Brevet FR3042329A1 — publié le 20170414

« Direction assistée de véhicule automobile avec un moteur électromagnétique à flux magnétique axial» La présente invention concerne une direction assistée de véhicule automobile avec un moteur électromagnétique à flux magnétique axial. Dans une direction assistée, un moteur électrique est utilisé en complément de la force de direction manuelle exercée par le conducteur du véhicule. Dans le cadre de l'invention, le moteur à flux magnétique axial de la direction assistée peut comprendre un stator et un rotor définissant entre eux un unique entrefer, un stator avec deux rotors ou inversement un rotor avec deux stators définissant entre eux deux entrefers ou plusieurs stators avec plusieurs rotors définissant entre eux plus de deux entrefers. Le moteur électromagnétique comprend un arbre de sortie relié au(x) rotor(s) pour délivrer le couple complémentaire de la force de direction. Par exemple, le document FR-A-2 926 688 décrit un moteur synchrone à aimants permanents à flux magnétique radial destiné à un système de direction assistée électrique pour véhicule automobile. Il est recherché dans ce document à réduire l'épaisseur d'aimant tout en conservant les caractéristiques de couple et de résistance de désaimantation. D'une manière classique, un moteur électromagnétique de direction assistée de véhicule automobile est destiné à délivrer un couple d'assistance destiné à un volant de direction du véhicule. Ce moteur électromagnétique comporte au moins un stator et au moins un rotor, au moins un entrefer étant défini entre lesdits au moins un stator et au moins un rotor. Au moins un aimant permanent est porté par ledit au moins un rotor, tandis qu'une série d'éléments de bobinage est portée par ledit au moins un stator, ledit au moins un rotor étant relié à un arbre de sortie du moteur transmettant le couple d'assistance vers le volant de direction. Dans des applications de direction assistée, les contraintes majeures sont la réduction de la masse et de l'encombrement du moteur pour un rendement optimal. Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un moteur électromagnétique pour direction assistée qui puisse délivrer un 3042329 2 couple massique élevé en présentant un encombrement le plus réduit possible. A cet effet, on prévoit selon l'invention une direction assistée de véhicule automobile comprenant un moteur électrique délivrant un couple 5 d'assistance destiné à un volant de direction du véhicule, le moteur comportant au moins un stator et au moins un rotor, au moins un entrefer étant défini entre lesdits au moins un stator et au moins un rotor, au moins un aimant permanent étant porté par ledit au moins un rotor, tandis qu'une série d'éléments de bobinage est portée par ledit au moins un stator, ledit au moins 10 un rotor étant relié à un arbre de sortie du moteur transmettant le couple d'assistance, caractérisée en ce que le moteur est un moteur électromagnétique à flux magnétique axial à un entrefer entre un stator et un rotor ou à plusieurs entrefers entre au moins deux stators et au moins un rotor ou au moins deux rotors et au moins un stator. 15 La présente invention permet de répondre à des contraintes de puissance et d'encombrement en ce sens qu'elle fournit un couple massique élevé pour un diamètre réduit et une longueur axiale plus petite qu'une direction assistée équipée d'un moteur électromagnétique à flux radial à un seul entrefer de même diamètre. 20 Il existait un fort préjugé contre l'utilisation d'un moteur électromagnétique à flux magnétique axial, ce qui a été vaincu par la présente invention. Avantageusement, le moteur électromagnétique comprend au moins un rotor intercalé entre au moins deux stators ou au moins un stator intercalé 25 entre au moins deux rotors reliés à l'arbre de sortie du moteur, avec un entrefer séparant chaque rotor ou chaque stator intercalé entre respectivement des stators ou rotors l'encadrant. Avantageusement, le moteur électromagnétique est constitué d'au moins deux stators et d'au moins deux rotors reliés à l'arbre de sortie du 30 moteur. Avantageusement, quand le moteur électromagnétique comprend plusieurs rotors, les rotors sont reliés successivement à l'arbre de sortie du moteur ou sont reliés à un arbre respectif relié à l'arbre de sortie du moteur. Avantageusement, ledit au moins un rotor est constitué d'un seul 35 aimant annulaire monopièce, l'aimant étant choisi parmi les aimants ferrites, 3042329 3 les aimants à base de terres rares comme des aimants néodyme-fer-bore ou des aimants samarium cobalt, des aimants à base d'aluminium, de nickel et de cobalt, avec ou sans liant thermoplastique. Avantageusement, quand le moteur électromagnétique comprend au 5 moins deux stators, lesdits au moins deux stators sont connectés électriquement en série ou en parallèle. Avantageusement, quand lesdits au moins deux stators sont connectés en parallèle, la direction assistée comprend un contrôle commande présentant des moyens de calcul ou de détection du couple d'assistance demandé à la 10 direction assistée pour le volant de direction du véhicule et des moyens de commande sélectifs desdits au moins deux stators pour les connecter ensemble ou sélectivement selon le couple d'assistance demandé. Avantageusement, la série d'éléments de bobinage d'un desdits au moins deux stators est décalée angulairement par rapport à la série 15 d'éléments de bobinage de l'autre stator. Avantageusement, chacun des éléments de bobinage comprend une dent portant une bobine, chaque dent étant encadrée sur chacun de ses côtés par une encoche. Avantageusement, les encoches de toutes les séries d'éléments de 20 bobinage présentent des moyens de canalisation du flux magnétique. Avantageusement, les encoches sont fermées sur la majeure partie de leur face en vis-à-vis de l'entrefer associée, une ouverture pour bloquer le passage de flux magnétique étant présente sur ladite face. Avantageusement, les dents ne comprennent pas de fer, en étant en 25 matériau plastique, composite, céramique ou en verre. Les deux stators peuvent ainsi être constitués de plusieurs dents de forme différente et des encoches semi-fermées dans le but de réduire le couple de détente. De plus, cela peut agir sur la configuration du flux magnétique émis par les éléments de bobinage. Des dents ne comprenant 30 pas de fer agissent aussi favorablement sur le couple de détente. Avantageusement, chacun des éléments de bobinage comprend un élément de séparation disposé entre chaque encoche d'une dent et l'encoche de la dent successive. Chaque élément de séparation, quand il est ferromagnétique, sert à la canalisation du flux magnétique émis par les 3042329 4 éléments de bobinage aussi bien pour un stator interne que pour un stator externe, ceci entre toutes les dents. Avantageusement, le moteur électromagnétique est associé à un multiplicateur de vitesse. 5 D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en coupe 10 axiale d'un mode de réalisation d'un moteur polyentrefers à flux axial intégré dans une direction assistée selon la présente invention, le moteur électromagnétique selon ce mode de réalisation comprenant deux stators et un rotor, - la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en 15 perspective en demi-coupe axiale d'un autre mode de réalisation d'un moteur polyentrefers à flux axial intégré dans une direction assistée selon la présente invention, le moteur électromagnétique selon ce mode de réalisation comprenant plusieurs stators et plusieurs rotors. 20 La figure 1 montre une vue longitudinale du moteur M électromagnétique présentant un double entrefer ayant un rotor 3 avec ou sans fer portant un ou des aimants. Le rotor 3 est placé entre deux stators 1, 1 a ayant un circuit magnétique 4, 4a et comportant une série d'éléments de bobinage 2, 2a. L'ensemble formé par le rotor 3 et les stators 1, 1 a est 25 disposé autour d'un arbre de sortie 9 du moteur M solidaire du rotor 3. Des roulements 10 permettent un mouvement de rotation du rotor 3 et de l'arbre de sortie 9 autour d'un axe longitudinal du moteur M le long duquel s'étend l'arbre 9. Une carcasse 11 permet de maintenir, de protéger et d'assembler les pièces du moteur M. 30 La figure 2 montre une demi-coupe longitudinale parallèle à l'axe longitudinal du moteur M vue en perspective. Le moteur M comporte quatre rotors 3, 3a, 3b, 3c, portant les aimants. Ces quatre rotors 3, 3a, 3b, 3c sont intercalés entre cinq stators 1, 1 a, 1 b, lc, 1 d chacun portant chacun au moins une série d'éléments de bobinage 2, 2a, 2b, 2c, 2d. Des entrefers respectifs 3042329 5 sont prévus entre chaque rotor 3, 3a, 3b, 3c et les deux stators 1, la, lb, lc, 1 d l'encadrant. Chacun des rotors 3, 3a à 3c ainsi que chacun des stators 1, la à ld sont avantageusement sous la forme d'un disque centré autour de l'arbre 9 de 5 sortie du moteur M. Tous ces disques sont concentriques et disposés axialement l'un après l'autre par rapport à l'axe longitudinal du moteur le long duquel s'étend l'arbre 9 de sortie du moteur M. Les rotors 3, 3a à 3c sont reliés à l'arbre 9 de sortie. Les stators 1, la à 1 d aussi sous forme de disques, peuvent être reliés entre eux à leur 10 périphérie extérieure par une forme cylindrique formant carcasse 11 et les englobant. La carcasse 11, enveloppant aussi à distance les rotors 3, 3a à 3c est reliée à l'arbre 9 de sortie par des roulements 10, avantageusement à chacune de ses extrémités. L'arbre 9 de sortie et les rotors 3, 3a à 3c peuvent 15 donc librement tourner autour de la carcasse 11. De manière générale car les modes de réalisation montrés aux figures 1 et 2 ne sont pas limitatifs tout en se référant à ces figures pour les références numériques, la présente invention concerne un moteur électromagnétique M comportant au moins un stator 1, la à 1d et au moins un 20 rotor 3, 3a à 3c, au moins un entrefer étant défini entre lesdits au moins un stator 1, la à ld et au moins un rotor. Dans ce moteur M, au moins un aimant permanent est porté par ledit au moins un rotor 3, 3a à 3c, tandis qu'une série d'éléments de bobinage 2, 2a à 2d est portée par ledit au moins un stator. Le ou les rotors 3, 3a à 3c 25 présents dans le moteur M sont reliés à un arbre 9 de sortie du moteur M transmettant le couple d'assistance. Un tel moteur M est intégré dans une direction assistée de véhicule automobile délivrant un couple d'assistance destiné à un volant de direction du véhicule. Selon la présente invention le moteur est un moteur M 30 électromagnétique à flux magnétique axial à un entrefer entre un stator 1, la à 1 d et un rotor 3, 3a à 3c ou à plusieurs entrefers entre au moins deux stators 1, la à ld et au moins un rotor 3, 3a à 3c ou au moins deux rotors 3, 3a à 3c et au moins un stator. Ceci se démarque complètement des directions assistées de l'état de la technique, les moteurs M largement utilisés dans ces 35 directions assistées connues étant des moteurs M à flux radial. Un tel moteur 3042329 6 M électromagnétique à flux axial selon la présente invention peut être associé ou non à un multiplicateur de vitesse. A la figure 1, il est montré deux entrefers entre un rotor 3 et deux stators 1, la tandis qu'à la figure 2 il est montré huit entrefers entre cinq 5 stators 1, la à ld et quatre rotors 3, 3a à 3c. Dans un mode de réalisation selon l'invention, le moteur M à flux axial de la direction assistée peut aussi ne présenter qu'un entrefer avec un seul rotor et un seul stator. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, le moteur M électromagnétique peut comprendre au moins un rotor 3, 3a à 3c intercalé 10 entre au moins deux stators 1, la à 1 d, ce qui correspond au mode de réalisation illustré à la figure 1 ou au moins un stator 1, la à ld intercalé entre au moins deux rotors 3, 3a à 3c. Dans ce dernier cas, lesdits au moins deux rotors 3, 3a à 3c sont reliés à l'arbre 9 de sortie du moteur M. Dans tous ces modes, un entrefer sépare 15 chaque rotor 3, 3a à 3c ou chaque stator 1, la à ld intercalé entre des stators 1, la à ld ou rotors 3, 3a à 3c l'encadrant. Dans d'autres modes de réalisation de l'invention, un de ces modes étant par exemple montré à la figure 2, le moteur M électromagnétique peut être constitué d'au moins deux stators 1, 1 a à 1d et d'au moins deux rotors 3, 20 3a à 3c reliés à l'arbre 9 de sortie du moteur M, à la figure 2 cinq stators 1, la à ld et quatre rotors 3, 3a à 3c. Quand le moteur M électromagnétique comprend plusieurs rotors 3, 3a à 3c, les rotors 3, 3a à 3c peuvent être reliés successivement à l'arbre 9 de sortie du moteur M ou sont reliés à un arbre respectif relié à l'arbre 9 de sortie 25 du moteur M. C'est la première disposition de rotors 3, 3a à 3c successifs qui est la préférée. En général, il est préféré que ce soit le ou les rotors 3, 3a à 3c qui portent les aimants et le ou les stators 1, la à ld qui portent les éléments de bobinage 2, 2a à 2d mais ceci peut être inversé. 30 De préférence, le ou les rotors 3, 3a à 3c sont constitués d'un seul aimant annulaire monopièce. Cet aimant peut être choisi parmi les aimants ferrites, les aimants à base de terres rares comme des aimants néodyme-ferbore ou des aimants samarium cobalt, des aimants à base d'aluminium, de nickel et de cobalt, avec ou sans liant thermoplastique, ce qui n'est pas 35 limitatif. 3042329 7 Quand le moteur M électromagnétique comprend au moins deux stators 1, la à 1 d, les deux stators 1, la à ld ou plus sont connectés électriquement en série ou en parallèle. Il est ainsi possible de n'utiliser qu'une partie des stators 1, la à ld afin 5 d'effectuer une redondance avec des stators 1, la à ld de réserve avec au moins un stator 1, la à ld des stators 1, la à ld étant un stator 1, la à ld redondant qui n'est connecté qu'en cas de panne de l'autre ou d'un autre des stators 1, la à ld en activité. Cela peut permettre de répondre de manière appropriée à un couple 10 demandé d'aide au braquage du véhicule. Quand les deux stators 1, la à ld ou plus sont connectés en parallèle, la direction assistée peut ainsi comprendre un contrôle commande présentant des moyens de calcul ou de détection du couple d'assistance demandé à la direction assistée pour le volant de direction du véhicule et des moyens de commande sélectifs desdits 15 au moins deux stators 1, la à ld pour les connecter ensemble ou sélectivement selon le couple d'assistance demandé. Typiquement, une série d'éléments de bobinage 2, 2a à 2d est composée d'une suite de bobinages de fil métallique bon conducteur d'électricité, par exemple en aluminium ou en cuivre, d'une dent et de deux 20 encoches encadrant chaque dent sur chacun de ses côtés. La série d'éléments de bobinage 2, 2a à 2d d'un des deux stators 1, la à ld ou plus peut être décalée angulairement par rapport à la série d'éléments de bobinage 2, 2a à 2d de l'autre stator. Chacun des éléments de bobinage 2, 2a à 2d peut comprendre une 25 dent portant une bobine, chaque dent étant encadrée sur chacun de ses côtés par une encoche. Les dents présentes sur un stator 1, la à ld externe peuvent être décalées par rapport aux dents présentes sur un autre stator. De même, les encoches de toutes les séries de bobinage peuvent présenter des moyens de canalisation du flux magnétique. Les encoches sont 30 avantageusement fermées sur la majeure partie de leur face en vis-à-vis de l'entrefer associée, une ouverture de passage de flux magnétique étant présente sur ladite face. Les dents peuvent être en fer, comme c'est le cas de manière usuelle, ou ne pas comprendre de fer, ce qui permet de diminuer un couple de détente 3042329 8 s'appliquant sur le moteur M. Dans ce cas, les dents peuvent être en matériau plastique, composite, céramique ou en verre. Dans un mode de réalisation préférentielle de la présente invention, un élément de séparation est disposé entre chaque encoche d'une dent et 5 l'encoche de la dent successive. Le terme élément de séparation caractérise un élément se trouvant entre deux encoches. Cet élément de séparation peut être en matériau ferromagnétique quand les dents de bobinage sont en fer ou en matériau ferromagnétique. En alternative, l'élément de séparation peut être en matériau isolant quand les 10 dents ne contiennent pas de fer. Avantageusement, les dents et les éléments de séparation pour chaque stator 1, 1a à 1d interne ou externe font partie d'un même élément. Dans un mode de réalisation, le ou les rotors 3, 3a à 3c du moteur M peuvent comprendre plusieurs aimants. Il est cependant préféré que le ou les 15 rotors 3, 3a à 3c comprennent un unique aimant. L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS1. Direction assistée de véhicule automobile comprenant un moteur (M) électrique délivrant un couple d'assistance destiné à un volant de direction du véhicule, le moteur (M) comportant au moins un stator (1, la à 1d) et au moins un rotor (3, 3a à 3c), au moins un entrefer étant défini entre lesdits au moins un stator (1, la à 1d) et au moins un rotor (3, 3a à 3c), au moins un aimant permanent étant porté par ledit au moins un rotor (3, 3a à 3c) tandis qu'une série d'éléments de bobinage (2, 2a à 2d) est portée par ledit au moins un stator (1, 1 a à 1d), ledit au moins un rotor (3, 3a à 3c) étant relié à un arbre (9) de sortie du moteur (M) transmettant le couple d'assistance, caractérisée en ce que le moteur (M) est un moteur (M) électromagnétique à flux magnétique axial à un entrefer entre un stator (1, la à 1d) et un rotor (3, 3a à 3c) ou à plusieurs entrefers entre au moins deux stators (1, 1 a à 1d) et au moins un rotor (3, 3a à 3c) ou au moins deux rotors (3, 3a à 3c) et au moins un stator (1, la à 1d). 2. Direction assistée selon la revendication 1, dans laquelle le moteur (M) électromagnétique comprend au moins un rotor (3) intercalé entre au moins deux stators (1, 1 a) ou au moins un stator (1, 1 a à 1d) intercalé entre au moins deux rotors (3, 3a à 3c) reliés à l'arbre (9) de sortie du moteur (M), avec un entrefer séparant chaque rotor (3, 3a à 3c) ou chaque stator (1, la à 1d) intercalé entre respectivement des stators (1, la à 1d) ou rotors (3, 3a à 3c) l'encadrant. 3. Direction assistée selon la revendication 2, dans laquelle le moteur (M) électromagnétique est constitué d'au moins deux stators (1, la à 1d) et d'au moins deux rotors (3, 3a à 3c) reliés à l'arbre (9) de sortie du moteur (M). 4. Direction assistée selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle, quand le moteur (M) électromagnétique comprend plusieurs rotors (3, 3a à 3c), les rotors (3, 3a à 3c) sont reliés successivement à l'arbre (9) de sortie du 3042329 10 moteur (M) ou sont reliés à un arbre respectif relié à l'arbre (9) de sortie du moteur (M). 5. Direction assistée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ledit au moins un rotor (3, 3a à 3c) est constitué d'un seul 5 aimant annulaire monopièce, l'aimant étant choisi parmi les aimants ferrites, les aimants à base de terres rares comme des aimants néodymefer-bore ou des aimants samarium cobalt, des aimants à base d'aluminium, de nickel et de cobalt, avec ou sans liant thermoplastique. 10 6. 15 7. 20 8. 25 30 9. Direction assistée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle, quand le moteur (M) électromagnétique comprend au moins deux stators (1, 1 a à 1d), lesdits au moins deux stators (1, 1 a à 1d) sont connectés électriquement en série ou en parallèle. Direction assistée selon la revendication précédente, dans laquelle, quand lesdits au moins deux stators (1, 1 a à 1d) sont connectés en parallèle, la direction assistée comprend un contrôle commande présentant des moyens de calcul ou de détection du couple d'assistance demandé à la direction assistée pour le volant de direction du véhicule et des moyens de commande sélectifs desdits au moins deux stators (1, la à 1d) pour les connecter ensemble ou sélectivement selon le couple d'assistance demandé. Direction assistée selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans laquelle la série d'éléments de bobinage (2, 2a) d'un desdits au moins deux stators (1, la à 1d) est décalée angulairement par rapport à la série d'éléments de bobinage (2a, 2) de l'autre stator (1, la à 1d). Direction assistée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chacun des éléments de bobinage (2, 2a) comprend une dent portant une bobine, chaque dent étant encadrée sur chacun de ses côtés par une encoche. 3042329 11 10. Direction assistée selon la revendication précédente, dans laquelle les encoches de toutes les séries d'éléments de bobinage (2, 2a) présentent des moyens de canalisation du flux magnétique. 11. Direction assistée selon la revendication précédente, dans laquelle les 5 encoches sont fermées sur la majeure partie de leur face en vis-à-vis de l'entrefer associée, une ouverture pour bloquer le passage de flux magnétique étant présente sur ladite face. 12. Direction assistée selon l'une quelconque des trois revendications précédentes, dans laquelle les dents ne comprennent pas de fer, en étant 10 en matériau plastique, composite, céramique ou en verre. 13. Direction assistée selon l'une quelconque des quatre revendications précédentes, dans laquelle chacun des éléments de bobinage (2, 2a) comprend un élément de séparation disposé entre chaque encoche d'une dent et l'encoche de la dent successive. 15 14. Direction assistée selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le moteur (M) électromagnétique est associé à un multiplicateur de vitesse.