Brevet FR3005808A1 — publié le 20141121

B12465 - 3415 1.FR 1 MOTEUR ÉLECTRIQUE À COURANT CONTINU ET À AIMANTS PERMANENTS Domaine La présente demande concerne les moteurs électriques à courant continu et à aimants permanents, en particulier les moteurs électriques à courant continu et à aimants permanents de 5 petites dimensions. Exposé de l'art antérieur Les moteurs à courant continu et à aimants permanents de petites dimensions sont utilisés notamment dans le domaine automobile, par exemple pour l'ouverture et la fermeture des 10 vitres du véhicule, le déplacement de l'assise d'un siège du véhicule sur des rails ou l'inclinaison du dossier du siège par rapport à l'assise. Les brevets US 8 274 189, US 7 498 706 et US 7 427 817 décrivent des exemples de moteurs électriques à courant continu 15 et à aimants permanents de petites dimensions. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit un moteur électrique, comprenant un stator et un rotor, le stator comprenant un boîtier ayant au moins deux portions latérales 20 reliées par une portion de connexion et contenant au moins un aimant permanent fixé au moins à la portion de connexion, ladite B12465 - 3415 1.FR 2 portion de connexion étant au moins en partie concave dans une section perpendiculaire à l'axe du rotor. Selon un mode de réalisation, la portion de connexion suit, dans ladite section, une courbe concave orientée vers 5 l'intérieur du moteur par rapport à une droite passant par les extrémités de la courbe. Selon un mode de réalisation, la courbe correspond à un arc de cercle. Selon un mode de réalisation, le rayon de courbure de 10 la portion de connexion est compris entre 4 mm et 200 mm. Selon un mode de réalisation, la courbure de la portion de connexion est différente de la courbure de chaque portion latérale. Selon un mode de réalisation, les portions latérales 15 sont planes. Selon un mode de réalisation, l'aimant s'étend, en outre, au moins sur une partie des parois latérales de part et d'autre de la portion de connexion. Selon un mode de réalisation, l'aimant comprend, dans 20 ladite section, au moins une première zone interposée entre des deuxième et troisième zones, l'épaisseur de la première zone étant strictement inférieure à l'épaisseur des deuxième et troisième zones. Selon un mode de réalisation, l'aimant comprend une 25 face opposée au rotor correspondant, dans ladite section, à un arc de cercle. Selon un mode de réalisation, le boîtier comprend au moins N portions latérales et au moins N portions de connexion, N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, chaque portion 30 de connexion parmi les N portions de connexion étant interposée entre deux portions latérales adjacentes parmi les N portions latérales, chaque portion de connexion étant au moins en partie concave dans ladite section. B12465 - 3415 1.FR 3 Selon un mode de réalisation, le moteur comprend au moins N aimants permanents, chaque aimant permanent recouvrant au moins l'une des N portions de connexion. Un mode de réalisation prévoit un véhicule automobile, 5 comprenant au moins un moteur tel que défini précédemment. Brève description des dessins Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en 10 relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une vue partiellement en éclaté d'un exemple de moteur électrique à courant continu et à aimants permanents ; la figure 2 est une section droite schématique du 15 stator du moteur électrique de la figure 1 ; la figure 3 est une section, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un moteur électrique à courant continu et à aimants permanents ; la figure 4 représente des courbes d'évolution du flux 20 magnétique le long d'un aimant pour les moteurs des figures 2 et 3 ; et la figure 5 représente des courbes d'évolution du couple d'encochage en fonction de l'angle d'inclinaison du rotor pour les moteurs des figures 2 et 3. 25 Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Dans la suite de la description, sauf indication contraire, les 30 termes "sensiblement", "environ" et "de l'ordre de" signifient "à 10 % près". En outre, seuls les éléments utiles à la compréhension de la présente description ont été représentés et sont décrits. En particulier, les enroulements du rotor et le commutateur du moteur électrique à courant continu sont des B12465 - 3415 1.FR 4 éléments bien connus de l'homme du métier et ne sont pas décrits en détail. La figure 1 est une reproduction de la figure 2 du brevet US 8 274 189 et la figure 2 est une reproduction 5 simplifiée de la figure 3 du brevet US 8 274 189. La figure 1 est une vue partiellement en éclaté d'un moteur 30 à courant continu et à aimants permanents et la figure 2 est une section droite du moteur 30 de la figure 1. Le moteur 30 comprend un stator et un rotor. Le stator comprend un boîtier 10 20 et des aimants permanents 26 fixés à la surface interne du boîtier 20. Le rotor comprend un arbre de rotor 27, un corps de rotor 28 et un commutateur 29 fixé à l'arbre 27. Des enroulements, non représentés, sont disposés autour du corps de rotor 28 et sont reliés au commutateur. Le rotor est monté à 15 rotation par rapport au stator, le corps du rotor 28 faisant face aux aimants 26. Le boîtier 20 est fermé à une extrémité par un couvercle 25 qui supporte un palier, non visible en figure 1, de l'arbre 27 du rotor. La figure 2 représente une section droite du stator du 20 moteur 30 de la figure 1 dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor. Dans cet exemple, le stator comprend quatre aimants permanents 26 fixés à la surface interne du boîtier 20. Le boîtier 20 comprend quatre portions de connexion 40 et quatre portions latérales 42. Les portions latérales 42 d'une paire de 25 portions latérales 42 adjacentes sont reliées l'une à l'autre par l'une des portions de connexion 40. Chaque aimant 26 est fixé sur la surface interne du boîtier 20 au niveau d'une portion de connexion 40. Dans le plan de la figure 2, chaque portion de connexion 40 suit la forme d'un arc convexe, c'est-à- 30 dire un arc courbé vers l'extérieur du boitier 20 par rapport à une ligne passant par les extrémités de l'arc. Même si le couple moteur pouvant être obtenu avec l'exemple de moteur 30 représenté sur les figures 1 et 2 est satisfaisant, notamment pour une application dans le domaine 35 automobile, ce moteur présente certains inconvénients. B12465 - 3415 1.FR Un inconvénient est le coût de fabrication élevé du moteur 30 qui provient, pour une part importante, du coût des aimants permanents 26. Il est donc souhaitable de réduire la masse totale des aimants permanents du moteur 30 tout en 5 conservant des performances en couple moteur au moins analogues pour les mêmes conditions de fonctionnement. Un autre inconvénient est que le couple d'encochage, appelé "cogging torque" en anglais, du moteur 30 peut perturber le fonctionnement du moteur. Le couple d'encochage est le couple vu par le rotor lorsqu'on le fait tourner par rapport au stator alors que le moteur 30 n'est pas alimenté. Il s'agit d'un couple qui est alternativement moteur ou résistif en fonction de la position du rotor par rapport aux aimants permanents 26. Dans certains modes de fonctionnement du moteur 30, le couple d'encochage peut favoriser l'apparition de vibrations qui sont indésirables. Il est donc souhaitable de réduire le couple d'encochage du moteur 30 tout en conservant des performances en couple moteur au moins analogues pour les mêmes conditions de fonctionnement. Ainsi, un objet d'un mode de réalisation est de pallier tout ou partie des inconvénients des moteurs électriques à courant continu et à aimants permanents décrits précédemment. Un autre objet d'un mode de réalisation est que la masse des aimants permanents est réduite. Un autre objet d'un mode de réalisation est que le couple d'encochage est réduit. Un autre objet d'un mode de réalisation est que les performances en couple moteur sont analogues aux moteurs à courant continu et à aimants permanents connus pour les mêmes 30 conditions de fonctionnement. La figure 3 est une section droite, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un moteur électrique 50. Le moteur 50 comprend un stator 52 et un rotor 54. La structure du rotor 54 peut être identique à celle décrite précédemment 35 pour le moteur 30 et les éléments constitutifs du rotor sont B12465 - 3415 1.FR 6 désignés par les mêmes références. En figure 3, seul le corps 28 et l'arbre 27 du rotor sont représentés, les enroulements du rotor n'étant pas représentés. L'axe de rotation de l'arbre 27 du rotor est désigné par la référence A. Le plan de la section de la figure 3 est perpendiculaire à l'axe A. Le stator 52 comprend un boîtier 56, par exemple en acier, notamment en acier doux, ayant une face interne 58 et une face externe 60. Le stator 52 comprend, en outre, des aimants permanents 62, par exemple en ferrite, fixés à la face interne 58. Le rotor 54 est disposé, au moins en partie, dans le stator 52. Le moteur comprend N portions de connexion 64 et N portions latérales 66, où N est un nombre entier pouvant varier de 2 à 8. Les portions latérales 66 d'une paire de portions latérales 66 adjacentes sont reliées l'une à l'autre par l'une des portions de connexion 64. L'épaisseur des portions 64, 66 du boîtier 56 peut être sensiblement constante. Chaque portion latérale 66 peut être sensiblement plane. Dans le présent mode de réalisation, le nombre N est, à titre d'exemple, égal à quatre. A titre d'exemple, le stator 52 est, dans le plan de la figure 3, à symétrie centrale autour de l'axe A et la face externe 60 du boîtier 56 est inscrite dans un carré. Les faces externes de deux portions latérales 66 opposées sont séparées de la distance D. Le moteur comprend N aimants permanents 62 fixés à la face interne 58 du boîtier 56. Dans le présent mode de réalisation, le moteur 50 comprend quatre aimants permanents 62. Chaque aimant permanent 62 recouvre l'une des portions de connexion 64 et s'étend sur une partie des portions latérales 66 de part et d'autre de la portion de connexion 64. Chaque aimant 62 comprend une surface 68, en vis-à-vis du rotor 54, qui correspond à un segment d'un cylindre à base circulaire d'axe A et de rayon R1. Chaque portion de connexion 64 est vue depuis l'axe A selon un angle a et chaque aimant permanent 62 est vu depuis l'axe A selon un angle 13. B12465 - 3415 1.FR 7 Dans le plan de la figure 3, chaque portion de connexion 64 suit une ligne moyenne ayant la forme d'un arc concave, c'est-à-dire un arc courbé vers l'intérieur du boitier 56 par rapport à une ligne passant par les extrémités de l'arc. Autrement dit, le rayon de courbure R2 de la face externe de chaque portion de connexion 64 est mesuré, dans le plan de figure 3, depuis un point 0 situé à l'extérieur du moteur 50. Le rayon de courbure R2 de la face externe de chaque portion de connexion 64 peut être sensiblement constant sur la totalité de la portion de connexion 64. Chaque portion de connexion 64 suit alors une ligne moyenne ayant la forme d'un arc de cercle. A titre de variante, le rayon de courbure R2 peut être variable le long de chaque portion de connexion 64. Les rayons de courbure des portions de connexion 64 peuvent être sensiblement identiques. Le rayon de courbure R2 dépend notamment de la distance D et du rayon R1. En raison de la forme concave de la portion de connexion 64, la partie de l'aimant 62 au contact de la portion de connexion 64 comprend une zone d'épaisseur minimale E1 sensiblement en partie médiane de l'aimant 62 et deux zones d'épaisseur maximale E2 situées chacune au niveau de la connexion entre la portion de connexion 64 et chaque portion latérale 66 adjacente. A titre d'exemple, la zone d'épaisseur minimale E1 se trouve sensiblement au niveau d'un plan de symétrie de l'aimant 62. La quantité de matière composant les aimants 62 du moteur 50 est donc réduite par rapport au moteur 30 représenté aux figures 1 et 2. Pour la même dimension D et pour un même angle cx, la masse des aimants permanents 62 est diminuée d'environ 21 % pour le moteur 50 par rapport au moteur 30. A titre d'exemple, en figure 3, on a représenté un corps de rotor 28 comprenant une portion centrale 70, entourant l'arbre de rotor 27 et six branches 72 qui se projettent radialement depuis la portion centrale 70. Toutefois, le nombre de branches 72 peut être différent de six et peut notamment B12465 - 3415 1.FR 8 varier entre 3 et 20. Deux branches 72 adjacentes sont séparées par une encoche 74. Chaque branche 72 comprend un pole 76 à son extrémité opposée à la portion centrale 70. Des exemples de dimensions du moteur 50 sont les 5 suivantes : distance D : entre 15 mm et 60 mm, de préférence entre 20 mm et 45 mm, en particulier environ 30 mm ; longueur du moteur 50 mesurée selon l'axe A : entre 30 mm et 120 mm, par exemple environ 80 mm ; 10 épaisseur des portions 64 et 66 : entre 1 mm et 2 mm, en particulier environ 1,5 mm ; rayon R1 : entre 30 mm et 120 mm, de préférence entre 45 mm et 90 mm, en particulier environ 80 mm ; rayon de courbure R2 : entre 4 mm et 200 mm, de 15 préférence entre 6 mm et 100 mm, en particulier environ 6 mm ; angle a : entre 10° et 70°, de préférence entre 30° et 50°, en particulier environ 30° ; angle 13 : entre 15° et 180°, de préférence entre 30° et 90°, en particulier environ 70° ; 20 épaisseur minimale E1 : entre 0,5 mm et 14 mm, de préférence entre 1 mm et 5 mm, en particulier environ 1,5 mm. épaisseur maximale E2 : entre 1 mm et 10 mm, de préférence entre 1 mm et 6 mm, en particulier environ 3 mm. La figure 4 représente des courbes d'évolution C1 et 25 C2 du flux magnétique radial dans le plan de la section droite le long de la surface interne de l'un des aimants permanents respectivement pour le moteur 30 de la figure 2 et le moteur 50 de la figure 3. Les courbes C1 et C2 ont été déterminées par simulation. Les courbes C1 et C2 sont représentées en fonction 30 d'un angle vu depuis l'axe A et mesuré depuis une extrémité de la surface 68 interne de l'aimant 62, cet angle étant égal à 0 à une extrémité de la surface 68 et étant égal à 13 à l'extrémité opposée de la surface 68. La courbe C1 comprenait successivement une portion croissante 80, le passage par un maximum 82 à un 35 angle sensiblement égal à V2 et une portion décroissante 84. La B12465 - 3415 1.FR 9 courbe C2 comprenait successivement une portion croissante 90, proche de la portion croissante 80, le passage par un maximum 92 à un angle sensiblement égal à V4, une portion décroissante 94, le passage par un minimum 96 à un angle sensiblement égal à V2, 5 une portion croissante 98, le passage par un maximum 100 à un angle sensiblement égal à 3V4 et une portion décroissante 102 proche de la portion décroissante 84. Les portions 94 et 98 de la courbe C2 sont situées sous la courbe Cl. Le flux magnétique radial de l'aimant permanent 62 est donc réduit en partie 10 centrale de l'aimant 62. Les inventeurs ont mis en évidence que la diminution locale du flux magnétique radial des aimants permanents 62 n'a sensiblement pas entraîné de diminution des performances en couple moteur du moteur 50 par rapport au moteur 30. Toutefois, 15 une réduction du couple d'encochage a été obtenue. La figure 5 représente des courbes d'évolution C3 et C4 du couple d'encochage vu par l'arbre de rotor au cours de la rotation du rotor respectivement pour le moteur 30 de la figure 2 et le moteur 50 de la figure 3. Les courbes C3 et C4 ont été 20 déterminées par simulation. La simulation a été réalisée pour un corps de rotor 27 comprenant une seule branche 72 et un seul pole 76. Les courbes C3 et C4 ont été représentées en fonction de l'angle de rotation y de la branche autour de l'axe A. L'angle y a été mesuré entre une droite de référence A 25 perpendiculaire à l'axe A et s'étendant entre deux aimants adjacents 62 et une droite B perpendiculaire à l'axe A et s'étendant au milieu de la branche unique du corps de rotor. Le couple d'encochage du moteur 50 a été réduit en moyenne d'environ 15 % pour une rotation de 360° par rapport au 30 couple d'encochage du moteur 30. Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, bien qu'un mode de réalisation de moteur électrique ait été décrit dans lequel les aimants permanents 62 B12465 - 3415 1.FR 10 ne sont pas jointifs, il est clair que chaque aimant 62 peut être au contact des aimants adjacents. REVENDICATIONS1. Moteur électrique (50), comprenant un stator (52) et un rotor (54), le stator comprenant un boîtier (56) ayant au moins deux portions latérales (66) reliées par une portion de connexion (64) et contenant au moins un aimant permanent (62) fixé au moins à la portion de connexion, ladite portion de connexion étant au moins en partie concave dans une section perpendiculaire à l'axe (A) du rotor. 2. Moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel la portion de connexion (64) suit, dans ladite section, 10 une courbe concave orientée vers l'intérieur du moteur par rapport à une droite passant par les extrémités de la courbe. 3. Moteur électrique selon la revendication 2, dans lequel la courbe correspond à un arc de cercle. 4. Moteur électrique selon l'une quelconque des 15 revendications 1 à 3, dans lequel le rayon de courbure (R2) de la portion de connexion (64) est compris entre 4 mm et 200 mm. 5. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la courbure de la portion de connexion (64) est différente de la courbure de chaque portion 20 latérale (66). 6. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les portions latérales (66) sont planes. 7. Moteur électrique selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 6, dans lequel l'aimant (62) s'étend, en outre, au moins sur une partie des parois latérales (66) de part et d'autre de la portion de connexion (64). 8. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'aimant (62) comprend, dans 30 ladite section, au moins une première zone interposée entre des deuxième et troisième zones, l'épaisseur (E1) de la première zone étant strictement inférieure à l'épaisseur (E2) des deuxième et troisième zones.B12465 - 3415 1.FR 12 9. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'aimant (62) comprend une face (68) opposée au rotor (54) section, à un arc de cercle. 10. Moteur électrique correspondant, dans ladite selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le boîtier (56) comprend au moins N portions latérales (66) et au moins N portions de connexion (64), N étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, chaque portion de connexion parmi les N portions de connexion étant interposée entre deux portions latérales adjacentes parmi les N portions latérales, chaque portion de connexion étant au moins en partie concave dans ladite section. 11. Moteur électrique selon la revendication 10, comprenant au moins N aimants permanents (62), chaque aimant 15 permanent recouvrant au moins l'une des N portions de connexion (64). 12. Véhicule automobile, comprenant au moins un moteur (50) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11.