Brevet FR3051993A1 — publié le 20171201

La présente invention concerne un kit mécanique (1) permettant d'améliorer à faible coût les caractéristiques structurelles et fonctionnelles d'un moteur sans balais autopiloté de type «outrunner», communément dénommé «moteur 5 brushless outrunner», ci-après le « moteur» (2). Ce kit mécanique (1) est composé de, - Un support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) qui, - est muni d'un roulement (4) de sorte que celui-ci se retrouve placé face et dans l'alignement de l'axe longitudinal central de l'arbre du moteur (2), - est rapporté et solidarisé par des fixations (5) au support fixe (6) que présente la base du moteur (2), moyennant sa conformation enveloppante (7, figure.1), ou bien par un jeu d'arbres (8, figure.2), - peut par ailleurs être fixé à tout socle externe où le moteur (2) est inséré, moyennant les fixations (9) que présente la base dudit support fixe distinct et distant (3), peut par ailleurs faire corps avec tout support dans lequel le moteur (2) est inséré ou implanté, - Un arbre moteur prolongé (10) conçu de telle sorte que celui-ci, - est de même diamètre que l'arbre moteur du moteur(2) qu'il vient remplacer, - est prolongé de telle sorte qu'il vient, d'une part, s'enchâsser dans le roulement (4) du support fixe distinct et distant(3) du moteur (2), d'autre part qu'il outrepasse l'affleurement dudit roulement (4) 40 45 Z.0 'tç 33 3051993 2 sur une longueur supérieure ou égale à cinq millimètres; de sorte que l'arbre moteur prolongé (10) et le roulement (4) du support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) sont ensemble parfaitement alignés sur l'axe longitudinal central dudit moteur (2), une fois que ledit support fixe distinct et distant (3) a été rapporté et solidarisé au support fixe (6) que présente la base du moteur (2). 40 Traditionnellement, les moteurs sans balais autopilotés (à aimants permanents, déposés ou insérés ; ou bien à concentration de flux), de type «outrunner», communément dénommé «moteur brushless outrunner» présentent : - À leur base, un support fixe sur la face interne de IS laquelle le pied de leur arbre moteur est solidarisé et articulé, de part et d'autre de celui-ci, moyennant un roulement situé au pied dudit arbre du côté de la face interne dudit support fixe, et un boulon ou un clip de fixation sur la face externe de ce dernier. - Un arbre moteur dont la caractéristique est, par voie de conséquence du point ci-avant, d'être arrimé en seul point, au niveau du support fixe de ces moteurs. Il arrive que les dispositifs traditionnels présentent un arbre moteur prolongé. Mais c'est alors uniquement pour que la r-S coiffe du stator du moteur, également étendue en épaisseur, puisse avoir sur ledit arbre une emprise linéaire plus importante. Il arrive par ailleurs que certaines versions de ces dispositifs traditionnels soient dotées d'un système de capteur de position du rotor, selon les besoins d'applications 5,) du moteur, qui est couplé, d'une part, à l'ensemble de son électronique de commande et d'autre part, au rotor, et qui est 3051993 3 destiné à assurer dans ces cas échéant la commutation fine des phases rotatives du moteur Exposé de la problématique technique : Dans les dispositifs traditionnels, la rotation du rotor du moteur (2) de type brushless outrunner affecte la stabilité de son arbre moteur pour les raisons mécaniques suivantes : - L'arbre moteur est arrimé et solidarisé en un seul point, au niveau de l'unique support fixe (6) du moteur (2) que ces dispositifs présentent à leur base, - Le rotor est également arrimé et solidarisé en un seul lieu, au niveau de la coiffe du stator du moteur (2), qui est situé à l'opposé du point d'arrimage de l'arbre moteur. Ces deux dernières caractéristiques ont pour conséquence de provoquer un déport longitudinal des masses mises en mouvement lors et par la rotation du moteur, en direction du roulement placé en tête de son stator. Mais ce roulement est le plus souvent et par ailleurs sous-dimensionné par rapport celui placé au pied du stator du moteur(2), pour des motifs de gain de place, comme pour éviter toute possibilité de frottement de ce roulement avec les bobinages du stator du moteur(2). Dans ce cadre, la rotation des rotors des dispositifs 1-5 traditionnels autour de leurs arbres moteurs (enchâssés dans les tubes creux des stators) a pour conséquence d'induire un effort indirect et un effet de levier sur ceux-ci, qui tendent à augmenter avec la vitesse - très rapide - de rotation des rotors et/ou des effets de leurs accélérations ou 1 décélérations. De ce fait, les rotors des dispositifs traditionnels, 3051993 4 - ne peuvent être mis en mouvement à moins que leurs moteurs ne reçoivent vingt pour cent, généralement, de leur puissance électrique nominale de fonctionnement, sont affectés, alors qu'ils sont en rotation, par un phénomène d'oscillations gyroscopiques qui ne leur permet pas de parcourir en permanence et de manière continue une course parfaitement circulaire autour de leurs stators. Or, dans tous les moteurs sans balais autopilotés de type «outrunner» (à aimant permanents, déposés ou insérés ; ou bien dotés d'un rotor à concentration de flux), la qualité et la quantité d'interactions mécaniques, électroniques et magnétiques des rotors et des stators déterminent les principales caractéristiques fonctionnelles effectives desdits moteurs, - puissance électrique consommée, ou bien délivrée si le moteur est utilisé en générateur d'électricité, - puissance mécanique délivrée, ou bien consommée si le moteur est utilisé en générateur d'électricité, Î.0 - rendement de la puissance apportée par rapport à la puissance délivrée, que le moteur soit utilisé en machine d'entraînement ou bien en générateur d'électricité, - température de fonctionnement du moteur ; 1S ainsi que leurs caractéristiques structurelles, - bruit engendré par le fonctionnement des moteurs du fait des vibrations engendrées par les interactions mécaniques des stators et des rotors qui sont eux-mêmes affectés d'oscillations gyroscopiques (cf. supra), 30 - usure des composants mis en mouvement et sollicités lors et par la rotation des rotors des moteurs, ce qui 3051993 5 - affecte la durée de vie des dispositifs traditionnels, - seuil de déclenchement de la rotation du rotor du moteur (2)(vingt pour cent de leur puissance nominale, 5 généralement, cf. supra), - impossibilité d'une conduite pas-à-pas des rotors des moteurs (2), qui est induite par les résistances internes des dispositifs traditionnels, comme par les frottements et interférences que ceux-ci engendrent lors de leur mise en fonctionnement. Dans le dispositif selon l'invention, un kit mécanique (1) composé, - D'un support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) qui, est muni d'un roulement (4) de sorte que celui-ci se retrouve placé face et dans l'alignement de l'axe longitudinal central de l'arbre du moteur (2), - est rapporté et solidarisé par des fixations (5) au support fixe (6) que présente le moteur (2), moyennant sa conformation enveloppante (7, figure.l), ou bien par un jeu d'arbres (8, figure.2), peut par ailleurs être fixé à tout socle externe du moteur (2) où celui-ci est inséré ou implanté, moyennant des fixations (9) que présente la base dudit support fixe distinct et distant (3), - peut par ailleurs faire corps avec tout support dans lequel le moteur (2) est inséré ou implanté, D'un arbre moteur prolongé (10) conçu de telle sorte que celui-ci, 40 ÀS ZS 3o 3051993 6 - Est de même diamètre que l'arbre moteur du moteur(2) qu'il vient remplacer, - Est prolongé de telle sorte qu'il vient, d'une part, s'enchâsser dans le roulement (4) du support fixe distinct et distant(3) du moteur (2), d'autre part qu'il outrepasse l'affleurement dudit roulement (4) sur une longueur supérieure ou égale à cinq millimètres ; de sorte que l'arbre moteur prolongé (10) et le roulement (4) du support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) sont ensemble parfaitement alignés sur l'axe longitudinal central dudit moteur (2), une fois que ledit support fixe distinct et distant (3) a été rapporté et solidarisé au support fixe (6) que présente la base du moteur (2), permet d'arrimer et de solidariser l'arbre moteur prolongé (10) fourni par le kit mécanique (1) en deux points distants, l'un étant placé au niveau du centre du support distinct et distant(3) du moteur (2), l'autre étant placé au centre h support fixe (6) que présente la base du moteur (2), De ce fait, le kit mécanique (1), une fois monté sur un moteur brusless de type « outrunner », permet de compenser par l'extérieur du moteur (2) (cf. support fixe distinct et distant (3) du moteur (2); arbre moteur prolongé (10)) les S déséquilibres mécaniques propres aux dispositifs traditionnels ; cf. supra. Par voie de conséquence, l'inertie qui affecte le rotor du moteur (2) comme l'effort et/ou l'effet de levier que celui-ci exerce sur l'arbre moteur prolongé (10), ainsi que les 30 oscillations gyroscopiques que ledit rotor subit, se trouvent ainsi neutralisés. Ce qui a pour effet de permettre au rotor Ao 4S 3051993 7 du moteur (2) muni du kit mécanique (1) de parcourir en permanence et de manière continu une course parfaitement circulaire autour de son stator et donc d'améliorer mécaniquement la qualité et la quantité d'interactions 5 mécaniques, électroniques et magnétiques du rotor et du stator du moteur (2), ce qui induit une amélioration de ses principales caractéristiques fonctionnelles effectives, - plus de puissance délivrée, mécanique si le moteur (2) est utilisée en machine d'entraînement; électrique si 40 le moteur (2) est utilisé en générateur d'électricité, - moins de puissance consommée, électrique ou mécanique selon que le moteur (2) est utilisé en machine d'entraînement ou bien en générateur d'électricité, - augmentation du rendement de la puissance apportée par AS rapport à la puissance délivrée, que le moteur (2) soit utilisé en machine d'entraînement ou bien en générateur d'électricité, ce qui est une conséquence des deux points précédents, - abaissement de la température de fonctionnement du Zo moteur (2) du fait de l'arrimage en deux points distants du rotor du moteur (2), ceci induisant de moindres frottements dudit rotor ; ainsi que ses caractéristiques structurelles, - réduction des vibrations du moteur (2), moyennant la cS réduction de l'oscillation gyroscopique de son rotor, ainsi que la réduction de ses frottements à l'égard du stator du moteur (2), réduction de son bruit, conséquence du point ci-avant, - moindre usure des composants du moteur (2) mis en mouvement et sollicités lors et par la rotation de son rotor, et augmentation conséquente de la durée de vie 3051993 8 du moteur (2), conséquences des points ci-avant, - abaissement du seuil de démarrage du moteur (2), qui peut être effectué à partir de zéro, comme sa conduite peut être réalisée pas-à-pas, car dans les deux cas, les masses à mettre en mouvement ou mises en mouvement lors de la rotation du rotor du moteur (2) n'opposent plus d'inertie ou de frottements significatifs à sa rotation, Le dispositif selon l'invention permet également d'apporter ces trois autres innovations techniques : - Un moteur (2) muni du kit mécanique (1) selon l'invention peut être accouplé et motoriser tous les systèmes mécaniques ou électromécaniques en prise directe sur ceux-ci, sans donc nécessiter l'adjonction de cardan et/ou de systèmes de transmission et/ou de pignons et/ou de réducteurs en sortie de l'arbre moteur prolongé (10), puisqu'un moteur (2) muni du kit mécanique (1) selon l'invention peut être lancé du point zéro et conduit pas-à-pas ; cf. supra. Ceci permettant une réduction de coût de fabrication et de production des appareils incluant des moteurs sans balais autopilotées de type «outrunner» (qu'ils soient à aimants permanents déposés ou insérés, ou bien fondés sur un rotor à concentration de flux), ainsi que d'améliorer leur solidité comme de leur durée de vie, du fait de l'absence, dans cette configuration, de composants intermédiaires mécaniques de transmission et/ou retransmission en sortie du moteur (2). - Du fait de l'arrimage de l'arbre moteur prolongé (10) du moteur (2) en deux points distincts et distants une fois 3051993 9 le kit mécanique (1) installé sur le moteur (2), ledit arbre (10) peut être allongé de manière très importante (figure.3 ; figure.4) par rapport à la longueur que présente les arbres moteurs des moteurs (2) traditionnels de telle sorte que, Ledit arbre prolongé peut dans ce dernier cas accueillir et articuler plusieurs moteurs (2) montés sur lui en série (figure.3), qui sont pilotés de manière synchrone et dynamique dans le 40 même sens de rotation. Dans cette configuration (figure.3), l'utilisateur du dispositif selon l'invention dispose d'un système de moteurs sans balais autopilotés de type «outrunner» (à aimants permanents, déposés ou insérés ; ou bien fondés sur des rotors à concentration de flux) additionnant leurs puissances dans un faible encombrement. Ledit arbre peut dans ce dernier cas, également accueillir et articuler deux ou plusieurs moteurs (2) montés sur lui en opposition les uns par rapport aux autres (figure.4), en étant pilotés de manière synchrone et dynamique en sens inverse des uns par rapport aux autres. Dans cette configuration (figure.4), l'utilisateur ZS du dispositif selon l'invention dispose d'un frein électromécanique dont l'emprise est modulable en fonction du couple et du contre-couple exercés sur l'arbre moteur prolongé (10) puisque dans ce cas échéant, chacun des moteurs (2) peut être piloté du 30 point zéro et pas-à-pas ; cf. supra. 3051993 Il comporte à ces effets les caractéristiques distinctives suivantes, selon des modes particuliers de réalisation : - Un kit mécanique (1) comprenant, - Un support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) 5 qui, - est muni d'un roulement (4) de sorte que celui-ci se retrouve placé face et dans l'alignement de l'axe longitudinal central de l'arbre du moteur (2), AD - est rapporté et solidarisé par des fixations (5) au support fixe (6) que présente le moteur (2), moyennant sa conformation enveloppante (7, figure.1), ou bien par un jeu d'arbres (8, Às figure.2), - peut par ailleurs être fixé à tout socle externe où le moteur (2) est inséré ou implanté, moyennant des fixations (9) que présente la base dudit support fixe distinct et distant (3), - peut par ailleurs faire corps avec tout support dans lequel le moteur (2) est inséré ou implanté, - Un arbre moteur prolongé (10) conçu de telle sorte que celui-ci, - est de même diamètre que l'arbre moteur du moteur (2) qu'il vient remplacer, ZS - est prolongé de telle sorte qu'il vient, d'une part, s'enchâsser dans le roulement (4) du support fixe distinct et distant(3) du moteur (2), d'autre part qu'il outrepasse l'affleurement dudit roulement (4) sur une longueur supérieure ou égale 30 à cinq millimètres. 3051993 11 À titre d'exemple non limitatif, le dispositif selon l'invention sera réalisé sous forme d'un kit mécanique (1) comprenant, - un arbre moteur prolongé (10), réalisé en acier 10006, dont le diamètre sera égal à celui de l'arbre du moteur (2) qu'il remplacera, et dont la longueur outrepassera de vingt millimètres l'affleurement du roulement (4) du support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) dans lequel il sera enchâssé, P - un support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) réalisé en aluminium qui, - sera muni d'un roulement (4) étanche, adapté au diamètre de l'arbre moteur prolongé (10), de sorte que celui-ci se retrouvera placé face et dans l'alignement de l'axe longitudinal central de l'arbre du moteur (2), - sera rapporté et solidarisé par des fixations (5) à vis au support fixe (6) que présente le moteur (2), moyennant sa conformation enveloppante (7, figure.1), - présentera une extrémité en forme de cloche. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à l'amélioration des performances des moteurs Ubrushless de type outrunner, qu'il s'agisse de machines d'entraînement ou de générateurs d'électricité. REVENDICATIONS1) Dispositif de kit mécanique (1) destiné aux moteurs sans balais autopilotés de type outrunner, communément dénommés «moteur brushless outrunner», ci-après le moteur (2), composé de, - Un support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) qui, - est muni d'un roulement (4) de sorte que celui-ci se retrouve placé face et dans l'alignement de l'axe longitudinal central du moteur (2), - est rapporté et solidarisé par des fixations (5) au support fixe (6) que présente le moteur (2), - Un arbre moteur prolongé (10) conçu de telle sorte que celui-ci, - est de même diamètre que l'arbre moteur du moteur (2) qu'il vient remplacer, - est prolongé de telle sorte qu'il vient, d'une part, s'enchâsser dans le roulement (4) du support fixe distinct et distant(3) du moteur (2), d'autre part qu'il outrepasse l'affleurement dudit roulement (4) sur une longueur supérieure ou égale à cinq millimètres. 2) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé en sens que le support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) est solidarisé au support fixe (6) que présente le moteur (2) par sa conformation enveloppante (7, figure 1), ou bien moyennant un jeu d'arbres (8, figure.2), présentant dans les deux cas des fixations (5) destinées à ladite fixation. 3) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé en 3051993 13 REVENDICATIONS sens que le support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) est fixé à tout socle externe du moteur (2) moyennant des fixations (9) que présente sa base, 4) Dispositif selon la revendication (1) caractérisé en 6 sens que le support fixe distinct et distant (3) du moteur (2) est conçu pour faire corps avec tout support dans lequel le moteur (2) est inséré ou implanté.