Brevet FR3013169A1 — publié le 20150515

Moteur synchrone sans balai à détection de position angulaire du rotor par action sur un faisceau de lumière Domaine technique de l'invention L'invention concerne le domaine des moteurs synchrones à courant continu et sans balai (ou en anglais « brushless DC motors »). Etat de l'art Les moteurs synchrones à courant continu et sans balai sont des équipements utilisés dans de nombreux domaines techniques du fait de leur nombreux avantages par rapport aux moteurs à courant continu classiques, et notamment de leur rendement supérieur, de leur longévité accrue, de leur inertie réduite et de leur prix réduit. Par exemple, ils peuvent être utilisés dans le domaine de l'informatique, notamment pour refroidir des disques durs ou des graveurs de disques compacts (CDs ou DVDs), ou dans le domaine des véhicules hybrides, ou dans le domaine de la climatisation, ou encore dans le domaine du modélisme. Comme le sait l'homme de l'art, un moteur synchrone (à courant continu et) sans balai comprend un rotor (comportant un ou plusieurs aimants permanents), un stator, des moyens de détection propres à déterminer la position angulaire du rotor, et des moyens de contrôle agencés pour contrôler la commutation de courant dans le stator en fonction de cette position angulaire déterminée. Il est rappelé que le contrôle de la commutation de courant est destiné à assurer l'avance de phase du flux statorique par rapport au flux rotorique (en effet, c'est un contrôle par « saut » où l'avance varie de 90° à 30°). Les moyens de détection comprennent habituellement une bague magnétique solidarisée au rotor et au moins trois capteurs à effet Hall solidarisés au stator et destinés à détecter le passage du rotor en trois positions angulaires prédéfinies (espacées les unes des autres de 120°). Ils sont par conséquent onéreux, relativement complexes à installer et relativement fragiles. En outre, les moteurs synchrones sans balai comprennent des composants électroniques qui produisent des calories qui ne sont pas faciles à évacuer (ou dissiper), notamment du fait du confinement, et donc qui peuvent induire un échauffement de l'air situé dans leur voisinage et faire l'objet d'un vieillissement accéléré. Résumé de l'invention L'invention a notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose notamment à cet effet un moteur synchrone sans balai, comprenant un rotor, un stator, des moyens de détection propres à déterminer la position angulaire du rotor, et des moyens de contrôle agencés pour contrôler la commutation de courant dans le stator en fonction de cette position angulaire déterminée. Ce moteur se caractérise par le fait que : - ses moyens de détection comprennent une source propre à délivrer un faisceau de lumière et un photodétecteur propre à détecter ce faisceau de lumière, et sont agencés pour déterminer la position angulaire du rotor en cas d'action sur le faisceau de lumière, et - son rotor comprend un capot auquel sont couplés en des positions prédéfinies au moins trois éléments propres chacun à agir une fois sur le faisceau de lumière pendant chaque rotation d'un tour complet. Le moteur selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - ses moyens de détection peuvent être agencés pour déterminer la position angulaire du rotor chaque fois que le faisceau de lumière n'est plus détecté par le photodétecteur du fait de son interruption par l'un des éléments ; - en variante, ses moyens de détection peuvent être agencés pour déterminer la position angulaire du rotor chaque fois que le faisceau de lumière est détecté par le photodétecteur du fait de sa réflexion sur l'un des éléments ; - il peut comprendre au moins trois pales solidarisées fixement au capot et définissant chacune l'un des éléments, et de préférence séparées les unes des autres d'un secteur angulaire de 120° ; - les pales peuvent être agencées pour générer un flux d'air qui est destiné à refroidir des composants électroniques situés dans leur voisinage ; - chaque pale peut comprendre une protubérance définie sur une face interne orientée vers le faisceau de lumière et propre à agir sur ce faisceau de lumière ; - la source peut être une photodiode ; - il peut comprendre une carte à circuits imprimés comportant ses moyens de o contrôle ; - la source et le photodétecteur peuvent être installés en des endroits choisis de la carte à circuits imprimés ; - son rotor peut comprendre un arbre muni d'une première partie, à laquelle est solidarisé fixement le capot, et d'une seconde partie, à laquelle est 15 propre à être solidarisé fixement un moyen d'entraînement d'air. L'invention propose également un pulseur (ou ventilateur) comprenant un moyen d'entraînement d'air entraîné en rotation par un moteur synchrone sans balai du type de celui présenté ci-avant. Ce moyen d'entraînement d'air peut être choisi parmi (au moins) une 20 volute et une hélice. Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur 25 lesquels : - la figure 1 illustre de façon schématique et fonctionnelle, dans une vue du dessus, un exemple de pulseur comprenant un moteur synchrone sans balai selon l'invention à un instant où aucune des pales de son rotor n'interrompt le faisceau de lumière, et 30 - la figure 2 illustre de façon schématique et fonctionnelle, dans une vue du dessus, le pulseur de la figure 1 à un instant où l'une des pales du rotor du moteur synchrone sans balai interrompt le faisceau de lumière. Description détaillée L'invention a notamment pour objet de proposer un moteur synchrone à courant continu et sans balai MS, d'un nouveau genre. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le moteur synchrone (à courant continu et) sans balai MS est destiné à faire partie d'un pulseur (ou ventilateur) PA. Mais l'invention n'est pas limitée à ce type d'application. En effet, un moteur synchrone sans balai MS peut être destiné à entraîner en rotation au moins un élément. Ainsi, un moteur io synchrone sans balai MS peut faire partie d'un équipement ou dispositif destiné, par exemple, à fournir un flux d'air, éventuellement pour une installation de chauffage et/ou climatisation. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d'exemple non limitatif, que le pulseur (ou ventilateur) PA est destiné à faire partie d'une 15 installation de climatisation d'un véhicule automobile. Mais, comme indiqué ci- dessus, il pourrait faire partie d'un autre système. On a schématiquement et fonctionnellement représenté sur les figures 1 et 2 un pulseur (ou ventilateur) PA comprenant un moteur synchrone sans balai MS, selon l'invention. Comme illustré, ce dernier (MS) comprend au 20 moins un rotor RR, un stator SR, des moyens de détection MD et des moyens de contrôle MC. On notera que dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, les rotor RR, stator SR, moyens de détection MD et moyens de contrôle MC sont avantageusement installés avec des composants 25 électroniques CE sur une carte à circuits imprimés (ou PCB (« Printed Circuit Board »)) CC. Mais cela n'est pas obligatoire. Ils pourraient en effet être installés sur une plaque de support ou sur des parois internes d'un boîtier. Le stator SR comprend, par exemple, un induit comportant des plaques de tôle (éventuellement en acier) entourées d'un enroulement 30 électrique alimenté en courant par des composants électroniques CE sous le contrôle des moyens de contrôle MC. Le rotor RR comprend, par exemple, un capot CR auquel est solidarisé au moins un aimant permanent ER, et lui-même solidarisé fixement à une première partie d'un arbre AR monté à rotation (ici) sur la carte à circuits imprimés CC. Les moyens de détection MD sont agencés de manière à déterminer la position angulaire du rotor RR. Les moyens de contrôle MC sont agencés pour contrôler la commutation de courant dans le stator SR en fonction de la position angulaire du rotor RR déterminée par les moyens de détection MD. Par exemple, ces moyens de contrôle MC peuvent être agencés sous la forme, ou faire partie, io d'un micro-contrôleur, installé fixement (ici) sur la carte à circuits imprimés CC. Selon l'invention, les moyens de détection MD, d'une part, comprennent une source SL, qui est propre à délivrer un faisceau de lumière FL, et un photodétecteur PD, qui est propre à détecter ce faisceau de lumière FL, et, d'autre part, sont agencés pour déterminer la position angulaire du rotor 15 RR en cas d'action sur le faisceau de lumière FL. La source SL est, par exemple, une photodiode (par exemple de type LED (diode électroluminescente) ou de type diode laser. Egalement selon l'invention, au moins trois éléments PH sont couplés au capot CR du rotor RR en des positions prédéfinies, et sont propres chacun 20 à agir une fois sur le faisceau de lumière FL lors de chaque rotation d'un tour complet dudit rotor RR. On notera que la détection peut se faire soit par transmission (comme dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur les figures 1 et 2), soit par réflexion. 25 Dans le cas d'une détection par transmission, les moyens de détection MD sont agencés pour déterminer la position angulaire du rotor RR chaque fois que le faisceau de lumière FL n'est plus détecté par le photodétecteur PD du fait qu'il est interrompu par l'un des éléments PH. Chaque élément PH comporte donc une partie conformée de manière à intercepter la lumière sur 30 son trajet vers le photodétecteur PD sur un intervalle angulaire très petit (typiquement quelques degrés). Dans ce mode de réalisation, lorsque le rotor RR tourne, ses éléments PH viennent intercepter temporairement le faisceau de lumière FL les uns après les autres, et donc chaque interception entraîne une interruption du faisceau de lumière FL et par conséquent une absence temporaire de détection de lumière par le photodétecteur PD (qui est situé dans l'axe du faisceau de lumière FL). Chaque absence de détection est alors considérée comme une preuve de passage d'une zone prédéfinie du rotor RR en un endroit prédéfini, par des composants électroniques des moyens de détection MD, ce qui permet à ces derniers d'en déduire la toute dernière position angulaire du rotor RR. Dans le cas d'une détection par réflexion (non illustrée), les moyens de détection MD sont agencés pour déterminer la position angulaire du rotor RR chaque fois que le faisceau de lumière FL est détecté par le photodétecteur PD du fait d'une réflexion sur l'un des éléments PH. Chaque élément PH comporte donc une partie conformée de manière à réfléchir la lumière vers le photodétecteur PD sur un intervalle angulaire très petit (typiquement quelques degrés). Dans cet autre mode de réalisation, lorsque le rotor RR tourne, ses éléments PH viennent intercepter temporairement le faisceau de lumière FL les uns après les autres, et donc chaque interception entraîne une réflexion du faisceau de lumière FL vers le photodétecteur PD (qui est par exemple situé à côté de la source de lumière SL). Chaque détection de lumière est alors considérée comme une preuve de passage d'une zone prédéfinie du rotor RR en un endroit prédéfini, par des composants électroniques des moyens de détection MD, ce qui permet à ces derniers d'en déduire la toute dernière position angulaire du rotor RR. Dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, chaque élément PH est agencé sous la forme d'une pale d'hélice qui est solidarisée fixement au capot CR en un endroit prédéfini. Ici, les trois pales PH sont séparées les unes des autres d'un secteur angulaire de 120°. On notera que l'on pourrait utiliser plus de trois éléments (ou pales) PH, et par exemple quatre ou cinq. On notera également que les pales PH peuvent être avantageusement agencées de manière à générer un flux d'air qui est destiné à refroidir des composants électroniques CE qui sont situés dans leur voisinage (ici implantés sur la face supérieure FS de la carte à circuits imprimés CC), et notamment les composants de puissance assurant l'alimentation électrique du stator SR, la source SL et les moyens de contrôle MC. On notera également, bien que cela ne soit pas illustré sur les figures 1 et 2, que chaque pale PH peut éventuellement comprendre une protubérance, définie sur une face interne orientée vers le faisceau de lumière FL et la face supérieure FS de la carte à circuits imprimés CC, et propre à agir sur le faisceau de lumière FL. Cela peut permettre d'éloigner les pales PH de la face supérieure FS lorsque cela s'avère nécessaire (éventuellement pour favoriser le refroidissement des composants électroniques). Une telle protubérance peut être une pièce rapportée ou bien peut faire partie intégrante d'une pale PH (notamment lorsque cette dernière est réalisée par moulage dans une matière plastique ou synthétique). Comme illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, la carte à circuits imprimés CC peut comporter une interface de connexion IC propre à permettre son accouplement à un connecteur destiné à l'alimenter en courant et à lui fournir des instructions ou commandes. Dans l'exemple de réalisation illustré non limitativement sur les figures 1 et 2, le capot CR du rotor RR est solidarisé fixement à une première partie de l'arbre AR, située au-dessus de la face supérieure FS de la carte à circuits imprimés CC. Cet arbre AR traverse la carte à circuits imprimés CC et donc comprend une seconde partie qui prolonge sa première partie, est située au-dessous de la face inférieure de la carte à circuits imprimés CC (qui est opposée à sa face supérieure FS), et à laquelle est solidarisé fixement un moyen d'entraînement d'air ME. Ce dernier (ME) peut ainsi être entraîné en rotation par le moteur synchrone sans balai MS. Par exemple, ce moyen d'entraînement d'air ME peut être une volute ou une hélice destinée à produire au moins un flux d'air (et ici matérialisée en pointillés du fait qu'elle est située REVENDICATIONS1. Moteur synchrone sans balai, comprenant un rotor (RR), un stator (SR), des moyens de détection (MD) propres à déterminer la position angulaire dudit rotor (RR), et des moyens de contrôle (MC) agencés pour contrôler la commutation de courant dans ledit stator (SR) en fonction de ladite position angulaire déterminée, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection (MD) comprennent une source (SL) propre à délivrer un faisceau de lumière (FL) et un photodétecteur (PD) propre à détecter ledit faisceau de lumière (FL), et sont agencés pour déterminer ladite position angulaire en cas d'action sur ledit faisceau de lumière (FL), et en ce que ledit rotor (RR) comprend un capot (CR) auquel sont couplés en des positions prédéfinies au moins trois éléments (PH) propres chacun à agir une fois sur ledit faisceau de lumière (FL) pendant chaque rotation d'un tour complet. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection (MD) sont agencés pour déterminer ladite position angulaire chaque fois que ledit faisceau de lumière (FL) n'est plus détecté par ledit photodétecteur (PD) du fait d'une interruption dudit faisceau de lumière (FL) par l'un desdits éléments (PH). 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection (MD) sont agencés pour déterminer ladite position angulaire chaque fois que ledit faisceau de lumière (FL) est détecté par ledit photodétecteur (PD) du fait d'une réflexion sur l'un desdits éléments (PH). 4. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois pales solidarisées fixement audit capot (CR) et définissant chacune l'un desdits éléments (PH). 5. Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites pales (PH) sont agencées pour générer un flux d'air destiné à refroidir des composants électroniques (CE) situés dans leur voisinage. 6. Moteur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que chaque pale (PH) comprend une protubérance définie sur une face interne orientée vers ledit faisceau de lumière (FL) et propre à agir sur ledit faisceau de lumière (FL). 7. Moteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite source (SL) est une photodiode. 8. Moteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend une carte à circuits imprimés (CC) comportant lesdits moyens de contrôle (MC). 9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite source (SL) et ledit photodétecteur (PD) sont installés en des endroits choisis de ladite carte à circuits imprimés (CC). 10. Moteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que io ledit rotor (RR) comprend un arbre (AR) muni d'une première partie à laquelle est solidarisé fixement ledit capot (CR) et d'une seconde partie à laquelle est propre à être solidarisé fixement un moyen d'entraînement d'air (ME). 11. Pulseur (PA), caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'entraînement d'air (ME) entraîné en rotation par un moteur synchrone sans 15 balai (MS) selon l'une des revendications précédentes. 12. Pulseur selon la revendication 11, caractérisé en ce que ledit moyen d'entraînement d'air (ME) est choisi dans un groupe comprenant au moins une volute et une hélice.