Brevet FR3075499A1 — publié le 20190621

MOTEUR ELECTRIQUE A COURANT CONTINU SANS BALAI ET VEHICULE ASSOCIE La presente invention concerne un moteur electrique a courant continu sans balai destine notamment a des equipements de vehicule automobile. De nombreux moteurs electriques a courant continu sans balais sont utilises 10 dans les equipements de vehicules automobiles notamment dans les motoreducteurs des dispositifs d'essuyage. Les moteurs electriques a courant continu sans balai peuvent presenter de nombreux avantages comme une grande duree de vie, un encombrement et une consommation reduits. 15 De plus, en appliquant une commande sensiblement sinusoidale it est possible d'obtenir un faible niveau sonore. La presente invention vise donc a proposer un moteur a courant continu sans balai ayant un faible niveau sonore. 20 A cet effet, la presente invention concerne un moteur electrique a courant continu sans balais comportant : - un rotor comprenant au moins deux paires de poles, - un stator presentant une pluralite de dents autour desquelles sont enroules des bobinages formant des bobines d'excitation electromagnetique du rotor, 25 dans lequel le stator comprend un premier type de dent couvrant un premier angle electrique et un deuxieme type de dent couvrant un deuxieme angle electrique different du premier angle electrique et en ce qu'une phase du moteur est formee par des bobinages enroules sur des dents du premier et du deuxieme type. 30 L'utilisation de dents de deux types differents couvrant deux angles electriques differents et en appliquant des commandes de forme creneaux sur les differentes bobines, on obtient une force electromotrice selon une forme en dents de scie ou en escalier (correspondant a la somme des creneaux de longueur differente) 2 s'approchant d'une forme sinusoidale qui permet d'obtenir un fonctionnement plus « doux » et donc un niveau sonore plus faible. De plus, le couple genere a faible vitesse de rotation est plus important. 5 Selon un autre aspect de la presente invention, le moteur electrique comprend trois phases. Selon un autre aspect de la presente invention, les trois phases couvrent le meme angle electrique et sont decalees de 120° electriques les unes des autres. Selon un autre aspect de la presente invention, une phase est associee a deux dents du premier type et deux dents du deuxieme type, les dents du meme type associees a une phase etant disposees a 180° mecaniques Tune de l'autre, les differentes dents associees une phase etant disposees a 90° mecaniques les unes des autres. Selon un autre aspect de la presente invention, le rapport entre Tangle electrique couvert par le deuxieme type de dent et Tangle electrique couvert par le premier type de dent est compris entre 0,6 et 0,9, l'ensemble des dents associees a une phase couvrant un angle electrique correspondant a 360° divise par le nombre de paires de poles du rotor. Selon un autre aspect de la presente invention, le nombre de spires d'un bobinage enroule sur une dent du premier type et le nombre de spires d'un bobinage 25 du deuxieme type est le meme. Selon un autre aspect de la presente invention, le nombre de spires d'un bobinage enroule autour d'une dent du premier type est superieur au nombre de spires d'un bobinage enroule autour d'une dent du deuxieme type. 30 Selon un autre aspect de la presente invention, le nombre de spires d'un bobinage enroule autour d'une dent du premier type est inferieur au nombre de spires d'un bobinage enroule autour d'une dent du deuxieme type. 3 Selon un autre aspect de la presente invention, les bobinages associes a une phase sont relies en serie. 5 Selon un autre aspect de la presente invention, les bobinages associes a une phase et enroules sur des dents du premier type sont relies en parallele pour former un premier sous-ensemble, les bobinages associes a ladite phase et enroules sur des dents du deuxieme type sont relies en parallele pour former un deuxieme sous-ensemble, le premier et le deuxieme sous-ensembles etant relies en serie. 10 Selon un autre aspect de la presente invention, un bobinage enroule sur une dent du premier type et associe a une phase est relie en serie a un bobinage enroule sur une dent du deuxieme type et associe a ladite phase pour former un sous-ensemble, les differents sous-ensembles associes a une phase etant relies en parallele. 15 Selon un autre aspect de la presente invention, le rotor comprend quatre paires de poles. La presente invention concerne egalement un vehicule automobile 20 comprenant un moteur electrique tel que decrit precedemment. D'autres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnee a titre d'exemple et sans caractere limitatif, en regard des dessins annexes sur lesquels : la figure 1 represente un schema d'une partie d'un moteur electrique triphase selon la presente invention, La figure 2 represente un schema de deux dents adjacentes d'un stator selon la presente invention, la figure 3 represente un schema de la repartition des bobinages sur un stator de la presente invention, la figure 4 represente la connexion entre les bobinages associes a une phase selon une premiere configuration, 4 la figure 5 represente la connexion entre les bobinages associes a une phase selon une deuxieme configuration, la figure 6 represente la connexion entre les bobinages associes a une phase selon une troisieme configuration, 5 la figure 7 represente les signaux de tension fournis par une dent du premier type et une dent du deuxieme type associe a une phase, la figure 8 represente la somme des signaux fournis par une dent du premier type et une dent du deuxieme type associe a une phase. 10 Sur toutes les figures, les elements identiques portent les memes numeros de reference. Les realisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se refere 15 a un ou plusieurs modes de realisation, ceci ne signifie pas necessairement que chaque reference concerne le meme mode de realisation ou que les caracteristiques s'appliquent seulement a un seul mode de realisation. De simples caracteristiques de differents modes de realisation peuvent egalement etre combinees ou interchangees pour fournir d'autres realisations. 20 La presente invention concerne un moteur electrique a courant continu sans balais, par exemple un moteur electrique utilise dans des equipements de vehicules automobiles comme les motoreducteurs des dispositifs d'essuyage. Le moteur electrique comprend un rotor muni d'au moins deux paires de 25 poles. Les paires de poles sont par exemple realisees par des aimants permanents repartis regulierement sur le pourtour du rotor. Le moteur electrique comprend egalement un stator presentant une pluralite de dents autour desquelles sont enroules des bobinages formant des bobines d'excitation electromagnetique du rotor. Ces bobines forment les phases du moteur et 30 leur alimentation permet la mise en rotation du rotor par le biais des aimants permanents. La figure 1 represente une portion d'un tel moteur electrique 1 comprenant un 5 rotor central 3 muni de quatre paires de poles formees par huit aimants permanents notes Al, A2...A8. Le moteur electrique 1 comprend egalement un stator 5 dispose autour du rotor 3 et comprenant douze dents D1, D2 reparties autour du rotor 3. 5 Le stator 5 comprend six dents notees D1 d'un premier type couvrant un premier angle electrique, par exemple 27° et six dents notees D2 d'un deuxieme type couvrant un deuxieme angle electrique, par exemple 18°, les dents du premier type D1 et du deuxieme type D2 etant reparties en alternance, Pecart entre deux dents adjacentes D1, D2 etant fixe pour toutes les dents D1, D2. La figure 2 represente un 10 schema montrant un exemple representant les dimensions d'une dent du premier type D1 et d'une dent du deuxieme type D2. Le moteur electrique 1 de la figure 1 est un moteur triphase de sorte que quatre dents D1, D2, deux dents du premier type D1 et deux dents du deuxieme type D2, sont associees a chaque phase. Les bobinages associes a la premier phase sont notes 15 B1 pour les dents du premier type D1 et B'l pour les dents du deuxieme type D2, les bobinages associes a la deuxieme phase sont notes B2 pour les dents du premier type D1 et B'2 pour les dents du deuxieme type D2, et les bobinages associes a la troisieme phase sont notes B3 pour les dents du premier type D1 et B'3 pour les dents du deuxieme type D2. Les dents D1, D2 associees a une phase sont disposees a 90° 20 (mecaniques) les unes des autres, deux dents du meme type D1 ou D2 (associees a une phase Bl, B2, B3) etant disposees a 180° (mecaniques) Tune de l'autre. Le rapport entre le premier angle electrique associe au premier type de dent D1 et le deuxieme angle electrique associe au deuxieme type de dent D2 est ici egal a 0,66 mais un rapport compris entre 0,5 et 0,9 peut etre choisi. 25 De plus, dans ce mode de realisation, comme represente sur la figure 3, le nombre de spires des bobinages Bl, B2 ou B3, ici B1 associes au premier type de dent D1 est superieur au nombre de spires des bobinages B'1, B'2, B'3, ici B'2, associes au deuxieme type de dent D2 de sorte que la valeur de la force electromotrice produite par les bobinages Bl, B2, B3 associes au premier type de dent D1 est superieure a la 30 valeur de la force electromotrice produite par les bobinages B'1, B'2, B'3 associes au deuxieme type de dent D2. Cependant, it est egalement possible d'utiliser des dents du premier type D1 et du deuxieme type D2 avec le meme nombre de spires de bobinages (les valeurs de forces electromotrices produites sont alors egales) ou des 6 dents du deuxieme type D2 avec des bobinages comprenant un nombre de spires superieur au nombre de spires des bobinages associes au dent du premier type D1 (la valeur de la force electromotrice produite par les bobinages associes au deuxieme type de dent D2 est alors superieure a la valeur de la force electromotrice produite 5 par les bobinages associes au premier type de dent D1). Par ailleurs, les bobinages des differentes dents d'une phase peuvent etre associes selon differentes configurations (nous presentons ici les configurations possibles pour la premiere phase dans le cas d'un moteur electrique 1 selon la figure 10 1). Selon une premiere configuration correspondant a la figure 4, les differents bobinages sont associes en serie, un bobinage B1 associe a une dent du premier type D1 etant associe en serie a un bobinage B'l associe a une dent du deuxieme type D2. Selon une deuxieme configuration correspondant a la figure 5, les bobinages B1 et B'l associes aux dents d'un meme type D1 et D2 sont associes en parallele pour former un premier et un deuxieme sous-ensembles notes respectivement El et E2, les deux sous-ensembles etant relies en serie. Selon une troisieme configuration correspondant a la figure 6, un bobinage B1 associe a une dent du premier type D1 est reliee en serie a un bobinage B'l associe a une dent du deuxieme type D2 pour former un sous-ensemble E'l ou E'2, les deux sous-ensembles notes E'l et E'2 etant relies en parallele. 25 La configuration choisie est la meme pour toutes les phases. Comme represents sur la figure 7, l'utilisation de dents d'un premier type D1 et d'un deuxieme type D2 couvrant un angle electrique different pour chaque phase du 30 moteur electrique 1 permet d'obtenir des forces electromotrices en forme de creneaux notes respectivement Cl et C2 de largeur differente pour les dents du premier type D1 et du deuxieme type D2. La largeur du creneau Cl correspond a un angle electrique 15 20 7 superieur a un angle al de 120° et inferieur a un angle a2 de 180°. La largeur du creneau C2 correspond a un angle electrique inferieur a un angle al de 120° (Tangle electrique de 120° correspondant a Tangle electrique moyen couvert par les dents d'une phase d'un moteur triphase). De plus, comme indique precedemment le 5 creneau Cl a une amplitude V1 plus importante que l'amplitude V2 du creneau C2 du fait du nombre de spires plus important pour les dents de type Dl. L'amplitude V1 associee aux dents du premier type D1 est donc plus importante que l'amplitude V2 associee aux dents de type D2. La figure 8 represente une courbe C3 correspondant a la somme des creneaux 10 Cl et C2. En effet, sur la figure 1, on peut observer que les dents du premier type D1 et du deuxieme type D2 associees a une phase viennent en regard d'un aimant permanent au meme moment de sorte que la force electromotrice obtenue correspondant a la somme des forces electromotrices obtenues a partir des dents du premier type D1 et du deuxieme type D2. La courbe C3 presente une forme en escalier 15 qui se rapproche d'une forme sinusoidale ce qui permet d'obtenir un fonctionnement plus fluide du moteur electrique 1. Ce fonctionnement plus fluide permet de reduire le niveau sonore et d'optimiser le rendement global du moteur electrique 1 en presentant un couple plus important a des vitesses de rotation faible. 20 La presente invention ne se limite pas a des moteurs electriques comprenant un stator ayant des dents de deux tailles differentes (couvrant deux angles electriques differentes) mais s'etend egalement a un nombre plus important de taille de dents differentes, par exemple trois ou quatre tailles de dents differentes (couvrant REVENDICATIONS1. Moteur electrique (1) a courant continu sans balais comportant : - un rotor (3) comprenant au moins deux paires de poles, - un stator (5) presentant une pluralite de dents (D1, D2) autour desquelles sont enroules des bobinages (B1, B2, B3, B'1, B'2, B'3) formant des bobines d'excitation electromagnetique du rotor (3), caracterise en ce que le stator (5) comprend un premier type de dent (D1) couvrant un premier angle electrique et un deuxieme type de dent (D2) couvrant un deuxieme angle electrique different du premier angle electrique et en ce qu'une phase du moteur est formee par des bobinages (B1, B'l ou B2, B'2 ou B3, B'3) enroules sur des dents du premier (D1) et du deuxieme (D2) type. 2. Moteur electrique (1) selon la revendication 1 comprenant trois phases. 3. Moteur electrique (1) selon la revendication 2 dans lequel les trois phases couvrent le meme angle electrique et sont decalees de 120° electriques les unes des 20 autres. 4. Moteur electrique (1) selon la revendication 3 dans lequel une phase est associee a deux dents du premier type (D1) et deux dents du deuxieme type (D2), les dents du meme type (D1, D2) associees a une phase etant disposees a 180° 25 mecaniques Tune de l'autre, les differentes dents (D1, D2) associees une phase etant disposees a 90° mecaniques les unes des autres. 5. Moteur electrique (1) selon la revendication 4 dans lequel le rapport entre Tangle electrique couvert par le deuxieme type de dent (D2) et Tangle electrique 30 couvert par le premier type de dent (D1) est compris entre 0,6 et 0,9, l'ensemble des dents (D1, D2) associees a une phase couvrant un angle electrique correspondant a 360° divise par le nombre de paires de poles du rotor (3). -9- 6. Moteur electrique (1) selon Tune des revendications precedentes dans lequel le nombre de spires d'un bobinage (B1, B2, B3) enroule sur une dent du premier type (D1) et le nombre de spires d'un bobinage (B'1, B'2, B'3) du deuxieme type (D2) est le meme. 7. Moteur electrique (1) selon Tune des revendications 1 a 5 dans lequel le nombre de spires d'un bobinage (B1, B2, B3) enroule autour d'une dent du premier type (D1) est superieur au nombre de spires d'un bobinage (B'1, B'2, B'3) enroule autour d'une dent du deuxieme type (D2). 8. Moteur electrique (1) selon Tune des revendications 1 a 5 dans lequel le nombre de spires d'un bobinage (B1, B2, B3) enroule autour d'une dent du premier type (D1) est inferieur au nombre de spires d'un bobinage (B'1, B'2, B'3) enroule autour d'une dent du deuxieme type (D2). 9. Moteur electrique (1) selon Tune des revendications precedentes dans lequel les bobinages (B1, B2, B3, B'1, B'2, B'3) associes a une phase sont relies en serie. 10. Moteur electrique (1) selon Tune des revendications 1 a 8 dans lequel les bobinages (B1, B2, B3) associes a une phase et enroules sur des dents du premier type (D1) sont relies en parallele pour former un premier sous-ensemble (El), les bobinages (B'1, B'2, B'3) associes a ladite phase et enroules sur des dents du deuxieme type (D2) sont relies en parallele pour former un deuxieme sous-ensemble (E2), le premier (El) et le deuxieme (E2) sous-ensembles etant relies en serie. 11. Moteur electrique (1) selon Tune des revendications 1 a 8 dans lequel un bobinage (B1, B2, B3) enroule sur une dent du premier type (D1) et associe a une phase est relie en serie a un bobinage (B'1, B'2, B'3) enroule sur une dent du deuxieme type (D2) et associe a ladite phase pour former un sous-ensemble (E'l, E'2), les differents sous-ensembles (E'l, E'2) associes a une phase etant relies en parallele. 5 10 15 12.Moteur electrique (1) selon Tune des revendications precedentes dans 10 lequel le rotor (3) comprend quatre paires de poles. 13. Whicule automobile comprenant un moteur electrique (1) selon Tune des revendications precedentes. 5