Brevet FR3057412A1 — publié le 20180413

MOTEUR ÉLECTRIQUE À DOUBLE ACCOUPLEMENT POLAIRE L'invention concerne les moteurs électriques à courant continu comme à courant non continu. Dans de nombreux domaines, comme par exemple celui des véhicules (éventuellement automobiles), on utilise des moteurs électriques pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique destinée à déplacer (éventuellement en rotation) au moins un élément ou équipement, 1 o ou pour transformer de l'énergie (éventuellement mécanique) en énergie électrique (fonctionnement en générateur) pour alimenter en courant au moins un équipement. L'invention concerne plus particulièrement les moteurs électriques qui comprennent un stator et un rotor. De nombreuses configurations de 15 combinaisons de stator et de rotor ont déjà été proposées. Bon nombre d'entre elles utilisent un rotor ayant une paroi cylindrique circulaire ayant deux parties de polarités différentes (« nord » et « sud »), et un stator comprenant plusieurs électroaimants placés à équidistance les uns des autres à la périphérie du rotor. Dans ce cas, seule l'une des deux extrémités des 20 électroaimants, placée en regard de la paroi du rotor, est utilisée pour mouvoir le rotor en n'agissant que sur l'un de ses deux pôles. Il en résulte un couple qui ne correspond pas au couple maximal que pourrait potentiellement permettre l'utilisation de tous les pôles. En effet, dans les architectures actuelles une partie des pôles des aimants permanents ou des électroaimants 25 n'est pas utilisée, accouplée. L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation. Elle propose à cet effet un moteur électrique comprenant : - un rotor comportant N premiers et N seconds aimants permanents, d'une part, ayant des premières et secondes extrémités contenues 30 respectivement dans des premier et second plans, et des orientations de pôles respectivement opposées, et, d'autre part, placés les uns à côté des autres de façon alternée en définissant une structure annulaire rotative, et 3057412 2 - un stator comportant M électroaimants, avec M 2N, ayant chacun des première et seconde extrémités placées respectivement devant les premières et secondes extrémités des premiers et seconds aimants permanents en étant décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance 5 inférieure ou égale à une largeur de ces derniers dans les premier et second plans afin d'induire un entraînement en rotation du rotor par combinaison de forces d'attraction et de répulsion exercées par chaque électroaimant actif sur des premier et second aimants permanents voisins. Grâce à cette utilisation des deux extrémités de chaque électroaimant pour mouvoir respectivement les premières extrémités de polarités opposées et les secondes extrémités de polarités opposées des premiers et seconds aimants permanents, on dispose d'un moteur électrique à double accouplement polaire offrant un couple de rotor notablement augmenté. Le moteur électrique selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : les N premiers aimants permanents et N seconds aimants permanents peuvent présenter une même forme cylindrique circulaire ; - chacun des électroaimants peut présenter une forme générale en C ou en U; - les première et seconde extrémités de chacun des électroaimants peuvent être décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance égale à la largeur des premiers et seconds aimants permanents dans les premier et second plans. En variante, les première et seconde extrémités de chacun des électroaimants peuvent être décalées l'une par rapport à l'autre d'un même décalage qui est égal à la largeur des premiers et seconds aimants permanents dans les premier et second plans divisée par M ; - chacun des électroaimants peut comprendre un coeur ayant une section transverse circulaire, et un bobinage enroulé autour d'une partie centrale du coeur située entre ses première et seconde extrémités ; - M peut être compris entre 1 et 2N. Ainsi, M peut être égal à 1 ou N ou 2N, par exemple. 3057412 3 L'invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant au moins un moteur électrique du type de celui présenté ci-avant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à 5 l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus pour certains en CAO/DAO (« Conception Assistée par Ordinateur/Dessin Assisté par Ordinateur »), d'où le caractère apparemment discontinu de certaines lignes), sur lesquels : la figure 1 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un 10 premier exemple de réalisation d'un moteur électrique, à un seul électroaimant (ici en forme générale de C), la figure 2 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un deuxième exemple de réalisation d'un moteur électrique, à N électroaimants, 15 - la figure 3 illustre schématiquement, dans une vue du dessus, une partie du deuxième exemple de moteur électrique de la figure 1, avec la matérialisation des pôles et des vecteurs de déplacement des aimants permanents du rotor induits par un exemple de fonctionnement de deux électroaimants voisins, 20 la figure 4 illustre schématiquement, dans une vue du dessus, une partie d'une variante du deuxième exemple de moteur électrique de la figure 1, avec seulement la matérialisation des pôles, et la figure 5 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, un troisième exemple de réalisation d'un moteur électrique, à 2N 25 électroaimants. L'invention a notamment pour but de proposer un moteur électrique ME, à courant continu ou à courant non continu selon les besoins. Dans ce qui suit, on considère, à titre d'exemple non limitatif, que le moteur électrique ME est destiné à équiper un véhicule, éventuellement de 30 type automobile (comme par exemple une voiture). Mais l'invention n'est pas limitée à cette application. En effet, un moteur électrique selon l'invention peut équiper n'importe quel dispositif, équipement, système, bâtiment, ou 3057412 4 installation (y compris industrielle). On a schématiquement et fonctionnellement représenté sur les figures 1, 2 et 5 trois exemples de réalisation d'un moteur électrique ME selon l'invention. 5 Comme illustré, un moteur électrique ME, selon l'invention, comprend au moins un rotor RT, comportant N premiers aimants permanents Al et N seconds aimants permanents A2, avec N 2, et un stator ST, comportant M électroaimants EA, avec M 2N. On notera que dans les trois exemples des figures 1, 2 et 5 le nombre 10 N est égal à huit (8). Mais il peut prendre n'importe quelle valeur supérieure ou égale à deux (2). Chacun des N premiers aimants permanents Al comprend des première El 1 et seconde E21 extrémités. Toutes les premières extrémités El 1 de ces N premiers aimants permanents Al sont contenues dans un 15 premier plan P1 et présentent une même première polarité (ou pôle, par exemple « nord »). Toutes les secondes extrémités E21 de ces N premiers aimants permanents Al sont contenues dans un second plan P2 et présentent une seconde polarité (ou pôle) opposée à la première polarité (et donc par exemple « sud »). 20 Chacun des N seconds aimants permanents A2 comprend des première E12 et seconde E22 extrémités opposées. Toutes les premières extrémités El 2 de ces N seconds aimants permanents A2 sont contenues dans le premier plan P1 et présentent la seconde polarité (ou pôle, par exemple « sud »). Toutes les secondes extrémités E22 de ces N seconds 25 aimants permanents A2 sont contenues dans le second plan P2 et présentent la première polarité (et donc par exemple « nord »). Par conséquent, les premiers Al et seconds A2 aimants permanents ont des orientations de pôles qui sont respectivement opposées. On notera que sur la figure 1 ce qui permet de distinguer les 30 premières extrémités El 1 des premiers aimants permanents Al des premières extrémités E12 des seconds aimants permanents A2 ce sont leurs couleurs. Les premières extrémités El 1 sont matérialisées en gris foncé et les premières extrémités El 2 sont matérialisées en blanc, afin de faciliter la 3057412 5 compréhension de l'agencement du rotor RT. Les N premiers aimants permanents Al et N seconds aimants permanents A2 sont placés les uns à côté des autres de façon alternée en définissant une structure annulaire rotative autour d'une direction axiale da. 5 Chacun des M électroaimants EA comprend des première EE1 et seconde EE2 extrémités opposées. Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la figure 1, chaque électroaimant EA peut comprendre un coeur CE ayant une section transverse circulaire, et un bobinage BE enroulé autour d'une partie centrale 10 du coeur CE qui est située entre ses première EE1 et seconde EE2 extrémités. Le coeur CE peut, par exemple, être en ferrite. Sur les figures 2 à 5 les bobinages BE n'ont pas été représentés afin de faciliter la compréhension des agencements des moteurs électriques ME. Toutes les premières extrémités EE1 de ces M électroaimants EA 15 sont contenues devant les premières El 1 et El 2 extrémités des premiers Al et seconds A2 aimants permanents. Toutes les secondes extrémités EE2 de ces M électroaimants EA sont contenues devant les secondes E21 et E22 extrémités des premiers Al et seconds A2 aimants permanents. De plus, les première EE1 et seconde EE2 extrémités de chaque 20 électroaimant EA sont décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance qui est inférieure ou égale à la largeur L que présente chacun des premiers Al et seconds A2 aimants permanents dans les premier P1 et second P2 plans. Ce décalage est destiné à induire un entraînement en rotation du rotor RT par combinaison de forces d'attraction et de répulsion exercées par chaque 25 électroaimant EA actif sur des premier Al et second A2 aimants permanents voisins. On a schématiquement illustré sur la partie d'exemple de moteur électrique ME de la figure 3 des vecteurs de déplacement des aimants permanents Al et A2 du rotor RT induits par un exemple de fonctionnement 30 de quatre électroaimants EA voisins. On utilise ainsi très avantageusement les deux extrémités EE1 et EE2 de chaque électroaimant EA pour mouvoir respectivement les premières extrémités El 1 et El 2 de polarités opposées et les secondes extrémités E21 3057412 6 et E22 de polarités opposées des premiers Al et seconds A2 aimants permanents. On dispose ainsi d'un moteur électrique ME à double accouplement polaire, qui permet d'augmenter notablement le couple et/ou la vitesse de rotation du rotor RT comparé à celui (ceux) offert(s) par un moteur 5 électrique de l'art antérieur (à rotor et stator). On notera que le nombre M d'électroaimants EA peut, par exemple, être compris entre 1 et 2N selon les besoins. Ainsi, dans le premier exemple illustré sur la figure 1 M est égal à un (1), dans le deuxième exemple illustré sur la figure 2 M est égal à N, et dans le troisième exemple illustré sur la 10 figure 5 M est égal à 2N. On notera également que le décalage des première EE1 et seconde EE2 extrémités de chaque électroaimant EA peut être dans un sens ou dans l'autre. En d'autres termes, la première extrémité EE1 d'un électroaimant EA peut être décalée à gauche ou bien à droite par rapport à la seconde 15 extrémité EE2 de ce même électroaimant EA. Par ailleurs, au sein d'un même moteur électrique ME, les électroaimants EA peuvent tous avoir des première EE1 et seconde EE2 extrémités ayant le même sens de décalage, comme dans le troisième exemple de la figure 3, ou bien peuvent avoir des première EE1 et seconde EE2 extrémités ayant des sens de décalage différents, en 20 alternance, comme dans le deuxième exemple des figures 2 et 3. Comme illustré non limitativement sur les figures 1, 2 et 5, les première EE1 et seconde EE2 extrémités de chacun des électroaimants EA peuvent, par exemple, être décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance qui est égale à la largeur L des premiers Al et seconds A2 aimants 25 permanents dans les premier P1 et second P2 plans. Mais dans une variante de réalisation non illustrée, les première EE1 et seconde EE2 extrémités de chacun des électroaimants EA peuvent, par exemple, être décalées l'une par rapport à l'autre d'un même décalage dc qui est égal à la largeur L des premiers Al et seconds A2 aimants permanents 30 dans les premier P1 et second P2 plans divisée par M (soit dc = L/M). On notera que dans l'exemple illustré sur la figure 3 les électroaimants EA fonctionnent tous ensemble et présentent tous la même orientation de polarisation. Mais cela n'est pas obligatoire, comme l'illustre la 3057412 7 variante de la figure 4 où une paire d'électroaimants EA voisins présente une même orientation de polarisation, et la paire d'électroaimants EA suivante présente une orientation de polarisation opposée à celle de la paire précédente (et possiblement de la paire suivante). En effet, selon les besoins 5 et selon l'agencement, certains des électroaimants EA peuvent à un instant donné fonctionner (et donc être actifs) ensemble (en ayant ou non la même orientation de polarisation), pendant que l'un au moins des autres électroaimants EA ne fonctionne pas (et donc n'est pas actif (temporairement)). 10 Lorsque les électroaimants EA sont associés au sein de paires de deux électroaimants présentant une même orientation de polarisation (mais pas forcément le même sens de décalage (comme dans les figures 2 à 4)), chaque paire exerce un travail sur le rotor RT et la paire suivante exerce un autre travail sur le rotor RT soit simultanément, soit après elle. La somme des 15 travaux des différentes paires détermine le travail total du moteur électrique ME. Par conséquent, les orientations de polarisation et l'activation ou la désactivation des électroaimants EA peuvent être choisies afin de privilégier le couple et/ou la vitesse de rotation selon les besoins. Comme illustré non limitativement sur les figures 1, 2 et 5, les N 20 premiers aimants permanents Al et les N seconds aimants permanents A2 peuvent présenter une même forme cylindrique circulaire. Mais ils pourraient présenter d'autres formes, et notamment parallélépipédique. Egalement comme illustré non limitativement sur les figures 1, 2 et 5, chacun des électroaimants EA peut présenter une forme générale en C. Dans 25 ce cas, les faces terminales des premières extrémités EE1 des électroaimants EA sont parallèles au premier plan P1 et donc parallèles aux, et très proches des, faces terminales des premières extrémités El 1 et El 2 des premiers Al et seconds A2 aimants permanents et les faces terminales des secondes extrémités EE2 des électroaimants EA sont parallèles au second plan P2 et 30 donc parallèles aux, et très proches des, faces terminales des secondes extrémités E21 et E22 des premiers Al et seconds A2 aimants permanents, ce qui est optimal sur le plan de l'action tangentielle sur les extrémités des aimants permanents Al et A2. 3057412 8 Mais dans une variante de réalisation non illustrée, chacun des électroaimants EA pourrait présenter une forme générale en U. Dans ce cas, les faces terminales des premières extrémités EE1 des électroaimants EA sont perpendiculaires au premier plan P1 et donc perpendiculaires aux faces 5 terminales des premières extrémités El 1 et El 2 des premiers Al et seconds A2 aimants permanents et les faces terminales des secondes extrémités EE2 des électroaimants EA sont perpendiculaires au second plan P2 et donc perpendiculaires aux faces terminales des secondes extrémités E21 et E22 des premiers Al et seconds A2 aimants permanents. Cet agencement est la moins optimal que celui illustré sur le plan de l'action tangentielle sur les extrémités des aimants permanents Al et A2, mais il offre une meilleure compacité du moteur électrique ME. REVENDICATIONS1. Moteur électrique (ME) comprenant un stator (ST) et un rotor (RT), caractérisé en ce que ledit rotor (RT) comprend N premiers (A1) et N seconds (A2) aimants permanents i) ayant des premières (Ell, E12) et secondes (E21, E22) extrémités contenues respectivement dans des premier (P1) et second (P2) plans, et des orientations de pôles respectivement opposées, et ii) placés les uns à côté des autres de façon alternée en définissant une structure annulaire rotative, et en ce que ledit stator (ST) comprend M électroaimants (EA), avec M 2N, ayant chacun des première (EE1) et seconde (EE2) extrémités placées respectivement devant lesdites premières (Ell, E12) et secondes (E21, E22) extrémités des premiers (A1) et seconds (A2) aimants permanents en étant décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance inférieure ou égale à une largeur de ces derniers (A1, A2) dans lesdits premier (P1) et second (P2) plans afin d'induire un entraînement en rotation dudit rotor (RT) par combinaison de forces d'attraction et de répulsion exercées par chaque électroaimant (EA) actif sur des premier (A1) et second (A2) aimants permanents voisins. 2. Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits N premiers aimants permanents (A1) et N seconds aimants permanents (A2) présentent une même forme cylindrique circulaire. 3. Moteur électrique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que chacun desdits électroaimants (EA) présente une forme générale 25 en C ou en U. 4. Moteur électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites première (EE1) et seconde (EE2) extrémités de chacun desdits électroaimants (EA) sont décalées l'une par rapport à l'autre d'une distance égale à ladite largeur des premiers (A1) et seconds (A2) aimants 30 permanents dans lesdits premier (P1) et second (P2) plans. 5. Moteur électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites première (EE1) et seconde (EE2) extrémités de chacun desdits électroaimants (EA) sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un 3057412 10 même décalage égal à ladite largeur des premiers (A1) et seconds (A2) aimants permanents dans lesdits premier (P1) et second (P2) plans divisée par M. 6. Moteur électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé 5 en ce que M est compris entre 1 et 2N. 7. Véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un moteur électrique (ME) selon l'une des revendications précédentes. 8. Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est de type automobile.