Brevet FR3056354A1 — publié le 20180323

MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU SANS BALAIS POUR SYSTEME D'ESSUYAGE DE VEHICULE AUTOMOBILE L'invention a pour objet un moteur électrique à courant continu sans balais pour système d'essuyage de véhicule automobile. II est connu qu'un tel moteur électrique comporte principalement un rotor et un stator. Généralement, le stator comprend une pluralité de bobines d'excitation électromagnétique du rotor tandis que le rotor comprend un aimant multipolaire, notamment un aimant comprenant deux pôles magnétiques io opposés, nord et sud. Le moteur électrique est configuré pour que, quand les bobines sont alimentées en courant électrique, un champ magnétique est créé, entrainant un mouvement de rotation de l'aimant multipolaire autour d'un axe de rotation. 15 Le moteur électrique est également pourvu d'un dispositif de détermination de position du rotor, ce qui permet d'assurer une commutation électronique de l'alimentation des bobines en fonction de l'angle du rotor, s'affranchissant de ce fait de la présence de balais. L'installation du moteur électrique sans balais dans un système 20 d'essuyage pour véhicule automobile nécessite de tenir compte de contraintes spatiales puisqu'il est souhaitable de réduire autant que possible l'encombrement du moteur électrique. Or, pour réduire l'encombrement du moteur électrique, il serait pertinent de réduire la taille, notamment l'épaisseur, de l'aimant multipolaire. 25 Toutefois, quand le dispositif de détermination du rotor comprend plusieurs capteurs de position alignés, par exemple sur une carte de circuit imprimé, la taille de l'aimant multipolaire, notamment l'épaisseur, ne peut pas être diminuée du fait que, pour un aimant multipolaire étroit, les capteurs de position ne fonctionnent pas correctement et ne sont pas 3056354 2 capables de détecter des transitions des pôles magnétiques de l'aimant de manière fiable. Le but de l'invention est de remédier au moins partiellement à cet inconvénient. 5 A cet effet, l'invention a pour objet un moteur électrique à courant continu sans balais pour système d'essuyage de véhicule automobile, comportant un stator et un rotor, le stator comprenant une pluralité de bobines d'excitation électromagnétique du rotor et le rotor comprenant un aimant multipolaire monté pour être animé d'un mouvement de rotation autour d'un io axe de rotation et muni d'au moins trois couches axiales multipolaires, deux couches extrémales étant disposées le long de l'axe de rotation de part et d'autre d'une couche centrale, le moteur électrique comprenant un dispositif de détermination de position du rotor, ledit dispositif de détermination de position du rotor comprenant au moins trois capteurs de position de l'une 15 desdites au moins trois couches axiales multipolaires, chaque capteur de position étant associé respectivement à l'une des couches axiales multipolaires, le capteur associé à la couche centrale étant appelé capteur central et chaque capteur associé à l'une des couches extrémales étant appelé capteur extrémal, les capteurs de position étant installés dans un 20 plan contenant une direction parallèle à l'axe de rotation de l'aimant multipolaire en étant alignés les uns relativement aux autres, le capteur central étant monté centré axialement relativement à la couche centrale et au moins l'un des deux capteurs de position extrémaux étant décentré axialement relativement à la couche extrémale associée. 25 Ainsi, grâce au décentrage d'un ou des capteurs extrémaux, il est possible de réduire la taille, notamment l'épaisseur, des couches axiales multipolaires de l'aimant multipolaire tout en assurant que chaque capteur ne soit sensible qu'aux transitions magnétiques de la couche à laquelle il est associé, garantissant de ce fait un bon niveau de précision de la 30 commutation électronique dans l'alimentation des bobines. Selon différentes caractéristiques de l'invention qui pourront être prises 3056354 3 seules ou en combinaison : - les deux capteurs extrémaux sont décentrés axialement relativement à la couche extrémale associée ; - les couches axiales multipolaires sont d'une épaisseur identique ; 5 - la couche centrale présente une épaisseur supérieure aux épaisseurs des couches extrémales ; - les deux couches extrémales sont d'une épaisseur identique ; - les deux couches extrémales sont d'épaisseurs différentes ; - le moteur électrique comprend une carte de circuit imprimé, les io capteurs de position étant disposés sur ladite carte de circuit imprimé - chaque couche axiale multipolaire se présente sous la forme d'une couronne, et ledit moteur électrique comprend un arbre moteur qui traverse chaque couronne en son centre (géométrique) ; 15 - chaque couche axiale multipolaire comprend au moins une paire de pôles magnétiques nord et sud, de préférence trois paires de pôles nord et sud (soit six pôles magnétiques) ; - les couches axiales multipolaires sont disposées de telle sorte qu'il existe un décalage angulaire entre les pôles nord et sud sur au moins 20 deux couches axiales multipolaires successives, préférablement sur les trois couches axiales multipolaires successives ; - l'aimant multipolaire, qui comprend les couches axiales multipolaires successives, est un élément monobloc ; - les couches axiales multipolaires sont respectivement formées par 25 magnétisation de tronçons de l'élément monobloc ; - les couches axiales multipolaires sont chacune formée par une pièce rapportée ; 3056354 4 - les pièces rapportées formant les couches axiales multipolaires sont identiques et disposées le long de l'axe de rotation avec un décalage angulaire entre les pôles nord et sud sur au moins deux couches axiales multipolaires successives, préférablement sur les trois 5 couches multipolaires successives ; - les capteurs de position sont des capteurs à effet Hall. L'invention a également pour objet un système d'essuyage pour véhicule automobile, comprenant un moteur électrique tel que décrit précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la io lecture de la description qui va suivre. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue en perspective d'un moteur électrique selon la présente invention ; - la figure 2 illustre une vue schématique d'une coupe longitudinale 15 d'un détail de la figure 1 ; et - la figure 3 illustre des exemples de positionnement de capteurs du moteur électrique de la figure 2. Moteur électrique L'invention a pour objet un moteur électrique à courant continu sans 20 balais pour système d'essuyage de véhicule automobile, référencé 1 dans la figure 1. Comme visible sur la figure 1, le moteur électrique 1 comporte un rotor 2 et un stator 3. Le stator 3 comprend une pluralité de bobines d'excitation 25 électromagnétique 4 du rotor 2. Le rotor 2 comprend un aimant multipolaire 5 monté pour être animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation. 3056354 5 L'axe de rotation est appelé par la suite axe longitudinale, et référencé L. Le moteur électrique 1 est configuré pour que le rotor 2 tourne dans le stator 3, ce qui entraine une rotation d'un arbre moteur 6 solidaire de l'aimant multipolaire 5. 5 L'arbre moteur 6 s'étend selon l'axe longitudinal L. L'aimant multipolaire 5 est muni d'au moins trois couches axiales multipolaires 7. Sur le mode de réalisation illustré, l'aimant multipolaire 5 comprend trois couches axiales multipolaires 7, référencées 7-1, 7-2 et 7-3. io Comme visible sur les figures 1 et 2, chaque couche axiale multipolaire 7 se présente sous la forme d'une couronne. Les couches 7 sont qualifiées de couches « axiales » car les couronnes sont disposées les unes à la suite des autres le long de l'axe longitudinal L. Sur le mode de réalisation illustré, les couronnes 7 sont accolées les 15 unes aux autres le long de l'axe longitudinal L. Alternativement, les couronnes 7 sont des parties d'un même élément monobloc. Comme visible sur les figures, les couches axiales multipolaires 7 se succèdent le long de l'axe longitudinal L. La couche axiale multipolaire centrale est référencée 7-1 tandis que deux 20 couches multipolaires extrémales sont référencées 7-2 et 7-3. Les deux couches multipolaires extrémales 7-2 et 7-3 sont disposées de part et d'autre de la couche axiale multipolaire centrale 7-1. La juxtaposition des couronnes 7 réduit l'encombrement du moteur électrique 1. 25 L'arbre moteur 6 traverse les couronnes 7 en leur centre. Chaque couche axiale multipolaire 7 est configurée pour tourner autour de l'axe longitudinal L. 3056354 6 Sur le mode de réalisation illustré, chaque couche axiale multipolaire 7 comprend six pôles, soit 3 paires de pôles nord et sud, disposés de façon alternée (nord, sud, nord, ... ). Chaque pôle occupe une étendue angulaire de 60° (soit 360° de la couche axiale / 6 pôles = 60°). 5 Les trois capteurs de position 9 sont répartis de manière à déterminer les six instants de commutation des bobines d'excitation électromagnétique du stator par rotation à 360°. Les six étapes de commutation correspondent à une rotation de 360° électriques, c'est-à-dire une rotation complète de 360° du rotor dans le cas o où l'aimant permanent comprend une seule paire de pôles. Dans le cas d'un aimant comprenant deux paires de pôles, les six étapes de commutation, correspondant à 360° électriques, correspondent à une rotation de 180° du rotor et dans le cas d'un aimant comprenant trois paires de pôles, les six étapes de commutation, correspondant à 360° électriques, correspondent à 15 une rotation de 120° du rotor. Le passage d'une commutation à une autre est donc réalisé à chaque rotation d'un angle de 60° électriques de l'arbre moteur 6. Les couches axiales multipolaires 7 sont en outre disposées de telle sorte qu'il existe un décalage angulaire entre les pôles d'un même type 20 (nord et sud) sur au moins deux couches axiales multipolaires 7 successives, préférablement sur les trois couches axiales multipolaires 7 successives. Ce décalage angulaire entre les aimants de deux ou trois couches axiales multipolaires successives est fonction du nombre de paires de pôles des couches axiales multipolaires 7, et aussi fonction de la 25 distance y référencée en figure 2 et décrite ci-dessous. L'invention n'est toutefois pas limitée à une variante de réalisation dans laquelle chaque couche axiale 7 comprend six pôles. Les configurations à deux ou quatre pôles comme celles décrites précédemment, sont tout à fait possibles, de même que des configurations à plus de trois paires de pôles. 30 Comme visible sur la figure 1, le moteur électrique 1 comprend 3056354 7 également un dispositif de détermination de position du rotor, référencé 8. Le dispositif de détermination de position du rotor 8 comprend une pluralité de capteurs de position 9 de l'une des couches axiales multipolaires 7, chaque capteur de position 9 étant associé respectivement 5 à l'une des couches axiales multipolaires 7. De préférence, chaque capteur de position 9 est un capteur à effet Hall. Comme visible sur les figures, un capteur à effet Hall référencé 9-1 est associé à la couche axiale multipolaire centrale 7-1, un capteur à effet Hall référencé 9-2 est associé à la couche axiale multipolaire extrémale 7-2 et o un capteur à effet Hall référencé 9-3 est associé à la couche axiale multipolaire extrémale 7-3. Les capteurs à effet Hall 9 sont installés dans un plan P contenant une direction parallèle à l'axe longitudinal L en étant alignés. Comme visible sur les figures 1 et 2, le moteur électrique 1 comprend 15 également une carte de circuit imprimé 10. L'une des faces 11 de la carte de circuit imprimé 10 contient le plan P. La face 11 est disposée en regard du rotor 2. Les capteurs à effet Hall 9 sont disposés sur la face 11 de la carte de circuit imprimé 10. 20 Position des capteurs à effet Hall La position des capteurs à effet Hall 9 va maintenant être détaillée en relation principalement avec les figures 2 et 3. Chaque capteur à effet Hall 9 est monté de sorte à détecter les transitions successives des pôles opposés pendant la rotation du rotor 2 25 dans le stator 3. Comme visible sur la figure 2, chaque couronne 7 comprend une paroi longitudinale 12 qu'un plan de symétrie orthogonal à l'axe longitudinal L 3056354 8 divise virtuellement en deux régions semblables. Pour chaque couronne 7, le plan de symétrie comprend une ligne médiane 14 le long de la paroi longitudinale 12. La ligne médiane de la couche axiale multipolaire 7-1 est référencée 5 14-1, la ligne médiane de la couche axiale multipolaire 7-2 est référencée 14-2 et la ligne médiane de la couche axiale multipolaire 7-3 est référencée 14-3. Ainsi, un centre 15-1 du capteur à effet Hall 9-1 est disposé en regard de la ligne médiane 14-1 de la couche axiale multipolaire 7-1. io Autrement dit, le capteur à effet Hall central 9-1 est centré axialement relativement à la couche axiale multipolaire centrale 7-1. Comme visible sur la figure 2, le capteur extrémal 9-2 est décentré axialement relativement à la couche axiale multipolaire extrémale 7-2. En d'autres termes, un centre 15-2 du capteur extrémal 9-2 est décalé 15 par rapport à la ligne médiane 14-2 de la couche axiale multipolaire 7-2. De même, le capteur extrémal 9-3 est décentré axialement relativement à la couche axiale multipolaire extrémale 7-3. En d'autres termes, un centre 15-3 du capteur extrémal 9-3 est décalé par rapport à la ligne médiane 14-3 de la couche axiale multipolaire 7-3. 20 Cette configuration permet de réduire une épaisseur des couches axiales multipolaires extrémales 7-2 et 7-3. Ainsi, l'aimant multipolaire nécessite moins de matière et le moteur électrique 1 est court, ce qui diminue l'encombrement global du moteur électrique 1. 25 De préférence, comme illustré sur la figure 2, la distance d entre le centre 15-2 du capteur extrémal 9-2 et le centre 15-1 du capteur central 9-1 est supérieure à la distance D entre la ligne médiane 14-2 de la couche axiale 3056354 9 multipolaire extrémale 9-2 et la ligne médiane 14-1 de la couche axiale multipolaire centrale 7-1. En d'autres termes, les capteurs 9-1 et 9-2 sont plus éloignés l'un de l'autre qu'une position centrée du capteur 9-2 relativement à la ligne 5 médiane 14-2. Cet éloignement des capteurs 9-1 et 9-2 assure que le capteur extrémal 9-2 ne soit pas sensible aux transitions magnétiques de la couche axiale multipolaire centrale 7-1 même en cas d'épaisseur faible de la couche axiale multipolaire extrémale 7-2 et/ou de la couche axiale multipolaire io centrale 7-1. De manière analogue, la distance dd entre le centre 15-3 du capteur extrémal 9-3 et le centre 15-1 du capteur central 9-1 est supérieure à la distance DD entre la ligne médiane 14-3 de la couche axiale multipolaire extrémale 9-3 et la ligne médiane 14-1 de la couche axiale multipolaire 15 centrale 7-1. En d'autres termes, les capteurs 9-1 et 9-3 sont plus éloignés l'un de l'autre qu'une position centrée du capteur 9-3 relativement à la ligne médiane 14-3. Cet éloignement des capteurs 9-1 et 9-3 assure que le capteur extrémal 20 9-3 ne soit pas sensible aux transitions magnétiques de la couche axiale multipolaire centrale 7-1 même en cas d'épaisseur faible de la couche axiale multipolaire extrémale 7-3 et/ou de la couche axiale multipolaire centrale 7-1. Sur le mode de réalisation illustré, la couche axiale multipolaire centrale 25 7-1 présente une épaisseur, noté E1, supérieure aux épaisseurs des couches axiales multipolaires extrémales 7-2 et 7-3, notées respectivement E2 et E3. Sur la figure 2, les deux couches 7-2 et 7-3 sont de même épaisseur. Selon une variante non illustrée, les deux couches extrémales 7-2, 7-3 3056354 sont d'épaisseurs différentes. Selon un mode de réalisation non illustré, les couches axiales multipolaires 7-1 à 7-3 sont d'une épaisseur identique. En référence à la figure 3, on constate que le capteur extrémal 9-2 est 5 disposé de préférence dans une zone 16-2 décentrée axialement, c'est-à- dire relativement à la ligne médiane 14-2. La zone 16-2 est constituée par deux régions 17 et 18. La première région 17 est disposée à partir d'une position faisant face à la ligne médiane 14-2, à l'exclusion de celle-ci, vers la couche axiale io multipolaire 7-1. La région 18 est disposée à partir de la ligne médiane 14-2, à l'exclusion de celle-ci, vers une extrémité de la couche axiale multipolaire 7-2 opposée à la couche axiale multipolaire 7-1. Dans la région 17, le capteur extrémal 9-2 est disposé de préférence à une distance du centre 15-2 comprise dans une plage de valeurs : 10, 38%]E2. Alternativement, dans la région 18, le capteur extrémal 9-2 est disposé de préférence à une distance du centre 15-2 comprise dans une plage de valeurs : ]0, 63E2. On constate que pour des valeurs de distance supérieures à 50%E2, le capteur est disposé non pas en regard de la couche axiale multipolaire 9-2 mais est au contraire décalé vers l'extérieur de l'aimant multipolaire 5. Quand le capteur extrémal 9-2 est disposé dans la région 17, l'épaisseur E2 de la couche axiale multipolaire extrémale 7-2 peut être choisie particulièrement faible. Quand le capteur extrémal 9-2 est disposé dans la région 18, l'épaisseur El de la couche axiale multipolaire centrale 7-1 peut être choisie particulièrement faible. 3056354 11 La zone 16-3 est constituée par deux régions 19 et 20. La première région 19 est disposée à partir la ligne médiane 14-3, à l'exclusion de celle-ci, vers la couche axiale multipolaire 7-1. La région 20 est disposée à partir d'une position faisant face à la ligne 5 médiane 14-3, à l'exclusion de celle-ci, vers une extrémité de la couche axiale multipolaire 7-3 opposée à la couche axiale multipolaire 7-1. Dans la région 19, le capteur extrémal 9-3 est disposé à une distance du centre 15-3 comprise dans une plage de valeurs : ]0, 38E3. Alternativement, dans la région 20, le capteur extrémal 9-3 est disposé à io une distance du centre 15-3 comprise dans une plage de valeurs : 10, 63%]E3. On constate que pour des valeurs de distance supérieures à 50%E3, le capteur est disposé non pas en regard de la couche axiale multipolaire 9-3 mais est au contraire décalé vers l'extérieur de l'aimant multipolaire 5. 15 Par exemple, l'épaisseur E3 est de l'ordre de quelques millimètres, de préférence entre 3 mm et 10 mm, avantageusement de 4 mm. Quand le capteur extrémal 9-3 est disposé dans la région 19, l'épaisseur E3 de la couche axiale multipolaire extrémale 7-3 peut être choisie particulièrement faible. 20 Quand le capteur extrémal 9-3 est disposé dans la région 20, l'épaisseur El de la couche axiale multipolaire centrale 7-1 peut être choisie particulièrement faible. Avantages Grâce à la configuration selon la présente invention, il est possible de 25 réduire la taille, notamment l'épaisseur, des couches axiales multipolaires de l'aimant multipolaire tout en assurant le suivi de la position de chacune des couches. 3056354 12 En particulier, les couches extrémales sont avantageusement d'épaisseurs plus faibles, ce qui réduit l'encombrement global du moteur électrique. On note que l'invention a été présentée dans un mode de réalisation où 5 les deux capteurs 9-2 et 9-3 sont décentrés. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à ce mode de réalisation. Il est possible que seul l'un ou l'autre des capteurs 9-2 et 9-3 soit décentré. REVENDICATIONS1. Moteur électrique à courant continu sans balais pour système d'essuyage de véhicule automobile, comportant un stator (3) et un rotor (2), le stator (3) comprenant une pluralité de bobines d'excitation électromagnétique (4) du rotor (2) et le rotor (2) comprenant un aimant multipolaire (5) monté pour être animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe de rotation (L) et muni d'au moins trois couches axiales multipolaires, deux couches extrémales (7-2, 7-3) étant disposées le long o de l'axe de rotation (L) de part et d'autre d'une couche centrale (7-1), le moteur électrique (1) comprenant un dispositif de détermination de position du rotor (8), ledit dispositif de détermination de position du rotor (8) comprenant au moins trois capteurs de position (9) de l'une desdites au moins trois couches axiales multipolaires (7), chaque capteur de position (9) 15 étant associé respectivement à l'une des couches axiales multipolaires (7), le capteur (9-1) associé à la couche centrale (7-1) étant appelé capteur central (9-1) et chaque capteur (9-2, 9-3) associé à l'une des couches extrémales étant appelé capteur extrémal, les capteurs de position (9) étant installés dans un plan (P) contenant une direction parallèle à l'axe de 20 rotation de l'aimant multipolaire (5) en étant alignés les uns relativement aux autres, le capteur central (9-1) étant monté centré axialement relativement à la couche centrale (7-1) et au moins l'un des deux capteurs de position extrémaux (9-2, 9-3) étant décentré axialement relativement à la couche extrémale associée (7-2, 7-3). 25 2. Moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel les deux capteurs extrémaux (9-2, 9-3) sont décentrés axialement relativement à la couche extrémale associée (7-2, 7-3). 3. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel les couches axiales multipolaires (7-1, 7-2, 7-3) sont d'une 30 épaisseur identique. 3056354 14 4. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la couche centrale (7-1) présente une épaisseur supérieure aux épaisseurs des couches axiales extrémales (7-2, 7-3). 5. Moteur électrique selon la revendication précédente, dans lequel les 5 deux couches extrémales (7-2, 7-3) sont d'une épaisseur identique. 6. Moteur électrique selon la revendication 4, dans lequel les deux couches extrémales (7-2, 7-3) sont d'épaisseurs différentes. 7. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant une carte de circuit imprimé (10), les capteurs de o position (9) étant disposés sur ladite carte de circuit imprimé (10). 8. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque couche axiale multipolaire (7) se présente sous la forme d'une couronne, et dans lequel ledit moteur électrique comprend un arbre moteur (6) qui traverse chaque couronne en son centre. 15 9. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque couche axiale multipolaire (7) comprend au moins une paire de pôles magnétiques nord et sud, de préférence trois paires de pôles nord et sud. 10. Moteur électrique selon la revendication précédente, dans lequel les 20 couches axiales multipolaires (7) sont disposées le long de l'axe de rotation (L) de telle sorte qu'il existe un décalage angulaire entre les pôles nord et sud sur au moins deux couches axiales multipolaires (7) successives, préférablement sur les trois couches axiales multipolaires successives. 11. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 25 précédentes, dans lequel l'aimant multipolaire (5), qui comprend les couches axiales multipolaires (7) successives, est un élément monobloc. 12. Moteur électrique selon la revendication précédente, dans lequel les couches axiales multipolaires (7) sont respectivement formées par magnétisation de tronçons de l'élément monobloc. 3056354 15 13. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 en combinaison avec la revendication 9, dans lequel les couches axiales multipolaires (7) sont chacune formée par une pièce rapportée. 14. Moteur électrique selon la revendication précédente, dans lequel les 5 pièces rapportées formant les couches axiales multipolaires (7) sont identiques et disposées le long de l'axe de rotation (L) avec un décalage angulaire entre les pôles nord et sud sur au moins deux couches axiales multipolaires (7) successives, préférablement sur les trois couches axiales multipolaires successives. 15. Moteur électrique selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les capteurs de position sont des capteurs à effet Hall.15