FR2776140A1 - Moteur sans balais utilise dans un ventilateur d'un climatiseur embarque a bord d'un vehicule - Google Patents

Moteur sans balais utilise dans un ventilateur d'un climatiseur embarque a bord d'un vehicule Download PDF

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Hideto Matsuzaki
Keisuke Sasaki
Masaaki Shimizu
Shinji Iwama
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Abstract

L'invention concerne un moteur sans balais qui comprend un stator (2) relié à une carcasse (1) du moteur et un rotor (6). Un ventilateur (11) déplace de l'air en fonction de la rotation du rotor. Un conduit (21) guide une partie de l'air déplacé par le ventilateur vers le stator (2). Une collerette (3b) s'étend depuis le stator et l'air guidé par le conduit s'écoule le long de cette collerette. Cette structure réduit les dimensions du moteur tout en augmentant sa puissance. DOMAINE D'APPLICATION: Climatiseurs pour véhicules, etc.

Description

L'invention concerne un moteur sans balais utilisé dans un ventilateur
d'un climatiseur embarqué à bord d'un véhicule. Un ventilateur typique utilisé dans un climatiseur de véhicule comprend un moteur sans balais du type à rotor extérieur. Le moteur comporte un stator fixé à une carcasse et un rotor placé autour du stator. Lorsqu'il est alimenté par un courant d'excitation, le stator fait tourner le rotor. Le stator comporte une pièce centrale, un noyau et
un fil enroulé autour du noyau.
Le fil du noyau du stator reçoit un courant d'excitation provenant d'un circuit d'excitation monté sur un substrat de commande. Le courant génère un champ magnétique qui, à son tour, fait tourner le rotor. Le substrat de commande est soit intégré à la carcasse et placé au voisinage de la carcasse, soit séparé du stator et
du moteur sans balais.
Le substrat de commande comprend une bobine d'arrêt qui est un élément situé dans le circuit d'excitation. La bobine d'arrêt élimine un bruit à haute fréquence présent dans le courant d'excitation fourni par le circuit d'excitation au fil du noyau. La bobine d'arrêt est connectée à une source d'énergie et à un élément du circuit
d'excitation, en série.
Une demande croissante portant sur des moteurs sans balais plus petits, de puissance plus grande est récemment apparue. Pour augmenter la puissance d'un moteur sans balais, il est nécessaire d'augmenter l'intensité du courant d'excitation fourni par le circuit d'excitation au
fil du noyau.
L'augmentation de l'intensité du circuit d'excitation élève la température du fil du noyau et des éléments situés sur le substrat. En d'autres termes, le fil du noyau et le substrat constituent deux sources de chaleur dans le moteur. Par conséquent, si le stator et le substrat de
commande sont montés sur la même carcasse de moteur, c'est-
à-dire si le stator et le substrat de commande sont proches l'un de l'autre, un accroissement de l'intensité du courant d'excitation élève rapidement la température du moteur. La chaleur du moteur augmente la résistance électrique du fil du noyau. Ceci, par suite, diminue le courant circulant
dans le fil du noyau et diminue la puissance du moteur.
Dans certains cas, la chaleur fait fondre et rompt le fil
du noyau.
Par ailleurs, si le substrat de commande est placé à l'écart du stator, c'est-à-dire si les deux sources de chaleur sont éloignées l'une de l'autre, un accroissement du courant d'excitation n'élève pas notablement la température du moteur. Cependant, cette construction exige des fils relativement longs pour connecter le stator et le substrat. En outre, le courant admissible des fils de connexion allongés peut limiter l'intensité du courant d'excitation fourni au fil du noyau. Ceci empêche d'élever au niveau souhaité la puissance du moteur. Cette construction exige aussi un boîtier séparé pour le substrat de commande, ce qui augmente les dimensions du moteur sans balais. L'accroissement du courant d'excitation pour augmenter la puissance du moteur élève la température de la bobine d'arrêt. La température élevée augmente la résistance de la bobine d'arrêt et diminue donc la puissance du moteur. La chaleur peut également amener la
bobine d'arrêt à griller et être détruite.
Le fait d'augmenter les dimensions de la bobine d'arrêt accroît le courant admissible de cette bobine d'arrêt, supprimant ainsi l'élévation de la température de la bobine d'arrêt. Cependant, l'augmentation des dimensions de la bobine d'arrêt entraîne une augmentation des dimensions du substrat de commande. Un substrat plus grand exige un boîtier plus grand, ce qui augmente les dimensions
du moteur.
Si la bobine d'arrêt est supprimée du substrat, un bruit électromagnétique généré par le courant d'excitation produit des parasites radioélectriques dans le récepteur radiophonique du véhicule ou provoque d'autres
interférences électroniques.
En conséquence, un objectif de l'invention est de procurer un petit moteur sans balais dont la puissance peut
être augmentée.
Pour atteindre les objectifs ci-dessus et autres et conformément au but de l'invention, il est proposé un moteur sans balais. Le moteur sans balais comporte une carcasse de moteur, un stator fixé à la carcasse du moteur, un rotor qui tourne par rapport à la carcasse du moteur et un substrat de circuit fixé à la carcasse du moteur. Le substrat de circuit comprend un circuit électrique pour fournir du courant au stator afin de faire tourner le rotor, un ventilateur destiné à déplacer de l'air en fonction de la rotation du rotor, un conduit pour guider une partie de l'air déplacé par le ventilateur vers le stator, et un radiateur s'étendant depuis le stator. L'air
guidé par le conduit s'écoule le long du radiateur.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: La figure 1 est une vue en coupe axiale illustrant un moteur sans balais selon une forme de réalisation de l'invention; et La figure 2 est une vue en plan illustrant une carcasse inférieure et un stator du moteur sans balais de
la figure 1.
Une forme de réalisation de l'invention sera notamment décrite en référence aux figures 1 et 2. Comme représenté sur la figure 1, un stator 2 est fixé à une cage 1 de moteur constituée d'une résine synthétique. Le stator 2 comprend une pièce centrale 3, un noyau 4 et un fil 5
enroulé autour du noyau 4.
Le stator 2 supporte un rotor 6 en lui permettant de tourner. Le rotor 6 comporte une culasse 7 recouvrant le stator 2, des aimants 8 et un arbre tournant 9 emmanché à force dans le centre de la culasse 7. L'arbre tournant 9 s'étend à travers la pièce centrale 3 et est supporté de façon à pouvoir tourner par deux paliers lisses 10. La pièce centrale 3 est formée d'un métal à haute conductibilité thermique et comprend un cylindre 3a et une collerette 3b formée à une extrémité du cylindre 3a. Un palier H de support cylindrique est emmanché à force dans le cylindre 3a au centre axial de ce cylindre 3a. Chaque palier 10 comporte une partie lOa de grand diamètre et une partie lob de faible diamètre. Le diamètre extérieur de la partie lOa de grand diamètre est sensiblement égal au diamètre intérieur du cylindre 3a, et le diamètre de la partie lob de faible diamètre est sensiblement égal au diamètre intérieur du palier H de support. Le diamètre intérieur de la partie lOb de faible diamètre est légèrement plus grand que le diamètre intérieur de la partie lOa de grand diamètre. La partie lOa de grand diamètre est emmanchée à force dans le cylindre 3a avec son extrémité intérieure en contact avec le palier H de support. La partie lob de faible diamètre est emmanchée à force dans le palier H de support. L'arbre tournant 9 s'étend à travers les paliers 10 et est supporté de façon à pouvoir tourner par ceux-ci. Un ventilateur 11 est fixé à
l'extrémité distale de l'arbre tournant 9.
Un substrat 12 est fixé au côté inférieur de la cage 1 de moteur par une ou plusieurs vis 13. Le substrat 12 comporte des éléments multiples constituant un circuit d'excitation et une bobine d'arrêt 14. La bobine d'arrêt 14 élimine les parasites à haute fréquence présents dans le courant fourni par le circuit d'excitation au fil 5. Le rotor 6 tourne lorsque le circuit d'excitation envoie un courant d'excitation au fil 5 du noyau en passant par la bobine d'arrêt 14. Par conséquent, l'arbre tournant 9 et le ventilateur 11 sont mis en rotation, ce qui produit un
courant d'air.
Un aimant 15 de capteur en forme de disque est monté sur l'extrémité inférieure de l'arbre tournant 9. Un élément 16 à effet Hall est placé au voisinage de l'aimant 15 de capteur. Une rotation du rotor 6 provoque des variations du flux traversant l'aimant 15 de capteur. Les variations du flux sont détectées par l'élément 16 à effet Hall. Par conséquent, l'angle de rotation du rotor 6 est détecté. Le courant d'excitation est réglé sur la base de
l'angle de rotation détecté.
Une carcasse inférieure 17 en forme de disque est fixée à la cage 1 du moteur et recouvre le côté inférieur du substrat 12. La carcasse inférieure 17 est formée de la même résine synthétique que la cage 1 du moteur et est plus mince que la cage 1 du moteur. Une chambre 18 est définie entre la cage 1 du moteur et la carcasse inférieure 17 pour
loger le substrat 12.
Une enveloppe 19 de ventilateur est reliée à la cage 1 du moteur pour recouvrir le ventilateur 11. Une ouverture 20 est formée dans la partie supérieure de l'enveloppe 19 de ventilateur. L'ouverture 20 est raccordée à un conduit d'admission (non représenté) qui introduit de l'air depuis l'extérieur du véhicule ou depuis le compartiment à passagers. Une ouverture de sortie (non représentée) est formée dans la paroi latérale de l'enveloppe 19 du ventilateur. L'ouverture de sortie est raccordée à un conduit de soufflage. La rotation du ventilateur 11 aspire de l'air à travers l'ouverture 20. L'air aspiré forme un tourbillon et est guidé vers l'ouverture de sortie à travers l'enveloppe 19 du ventilateur. L'air est ensuite envoyé au compartiment à passagers ou à un climatiseur en
passant par le conduit de soufflage.
Un conduit 21 de division d'écoulement est formé dans l'enveloppe 19 du ventilateur. Le conduit 21 de division d'écoulement introduit une partie de l'air arrivant depuis l'ouverture 20. La cage 1 du moteur présente un trou 22 de passage d'air. Le trou 22 de passage d'air est situé au voisinage de la bobine d'arrêt 14 et communique avec le
conduit 21 de division de l'écoulement d'air.
Un passage d'air 23 est défini entre la cage 1 du moteur et la carcasse inférieure 17. Le passage d'air 23 relie le trou 22 de passage d'air à la chambre 18. Comme montré sur la figure 2, le passage 23 s'étend vers la bobine d'arrêt 14. Un réservoir 24 est placé à côté de la chambre 18. Le fond du réservoir 24 est situé dans le même plan que le fond de la chambre 18. Une cloison 25 s'étend depuis le fond de la carcasse inférieure 17 et sépare le
réservoir 24 de la chambre 18.
La cage 1 du moteur comprend un support cylindrique 26 dans le centre pour recevoir la partie inférieure du stator 2 et du rotor 6. Le support cylindrique 26 comporte une plaque de fond 26b et un trou de guidage 27. Le trou de guidage 27 fait communiquer la chambre 18 avec le support cylindrique 26 et guide l'air depuis le passage 23 jusque dans le support cylindrique 26. Un espace 26a est défini
entre le support cylindrique 26 et la culasse 7.
La collerette 3b de la pièce centrale 3 est fixée à la plaque de fond 26b du support cylindrique 26 par une vis 29 avec l'interposition d'un coussinet 28 en caoutchouc. De cette manière, la pièce centrale 3 est fixée à la cage 1 du
moteur.
Une paroi écran 34a s'étend depuis le fond de la cage
1 du moteur au voisinage de la bobine d'arrêt 14.
L'extrémité distale de la paroi écran 34a est en contact avec le substrat 12. Une paroi écran 34b s'étend depuis la carcasse inférieure 17 et est en contact avec le substrat
12 dans une position correspondant à la paroi écran 34a.
Les parois écran 34a, 34b définissent une chambre secondaire 18a dans la chambre 18. La chambre secondaire 18a ne loge que la bobine d'arrêt 14. La collerette 3b s'étend jusqu'au voisinage du trou de guidage 27. Cette construction permet un écoulement d'air en douceur depuis le passage 23 jusque dans la culasse 7 à travers la chambre
secondaire 18a.
Des trous 30 de passage d'air sont formés dans la partie supérieure de la culasse 7. Comme montré sur les figures 1 et 2, le noyau 4 présente des évidements situés dans la paroi intérieure. Les évidements s'étendent axialement et sont espacés angulairement par des intervalles prédéterminés. Les évidements définissent des
passages d'air 31 entre le cylindre 3a et le noyau 4.
Un transistor 32 est monté sur un côté du substrat
12. Un dissipateur de chaleur 33 est fixé au transistor 32.
La surface supérieure de la cage 1 du moteur laisse à
découvert le dissipateur de chaleur 33.
Lorsque le circuit d'excitation fournit un courant d'excitation au fil 5 du noyau, le rotor 6 est mis en rotation. Par conséquent, le ventilateur 11 tourne. La rotation du ventilateur 11 introduit de l'air à partir du conduit d'admission et envoie l'air au conduit de sortie à travers l'enveloppe 19 du ventilateur. A ce moment, une partie de l'air introduit s'écoule jusque dans la chambre secondaire 18a en passant par le conduit 21 de division
d'écoulement, le trou 22 de passage d'air et le passage 23.
L'air refroidit la bobine d'arrêt 14.
L'air est ensuite guidé vers l'intérieur du support cylindrique 26 à travers le trou de guidage 27. En particulier, les parois écran 34a, 34b obligent la totalité de l'air de refroidissement à entrer dans le support cylindrique 26 à travers le trou de guidage 27. L'air de refroidissement s'écoule le long de la collerette 3b de la
pièce centrale 3, refroidissant ainsi la pièce centrale 3.
L'air de refroidissement s'écoule ensuite jusque dans la
culasse 7 et refroidit le fil 5 du noyau.
Puis l'air de refroidissement s'écoule en sortie de la culasse 7 à travers les trous 30. A ce moment, l'air de refroidissement s'écoule entre les aimants 8 et le noyau 4 et dans le passage 31. Une partie de l'air de refroidissement se trouvant dans le support cylindrique 26 sort du support cylindrique 26 à travers l'espace 26a, refroidissant ainsi la paroi circonférentielle de la
culasse 7.
Si de l'air introduit dans l'enveloppe 19 du ventilateur contient des gouttes de pluie ou de la neige ou est très humide, des gouttes d'eau peuvent adhérer à la
paroi intérieure du conduit 21 de division d'écoulement.
Les gouttelettes s'écoulent vers le réservoir 24 le long
des parois intérieures du conduit 21 et du passage 23.
Lorsque de l'air sec est introduit dans le conduit 21,
l'air évapore l'eau emmagasinée dans le réservoir 24.
Le moteur sans balais conforme à la forme de
réalisation illustrée possède les avantages suivants.
(1) La rotation du ventilateur 11 envoie de l'air depuis l'enveloppe 19 du ventilateur vers le conduit de sortie. Une partie de l'air afflue dans la chambre
secondaire 18a en passant par le trou 22 et le passage 23.
L'air guidé jusque dans la chambre secondaire 18a refroidit efficacement la bobine d'arrêt 14. Par conséquent, la résistance de la bobine d'arrêt 14 n'est pas augmentée de façon excessive par la chaleur. Cette construction permet d'augmenter le courant d'excitation fourni au fil 5 du noyau sans augmenter les dimensions de la bobine d'arrêt 14. Les dimensions du moteur peuvent donc être réduites
tandis que la puissance du moteur est augmentée.
(2) L'air guidé jusque dans la chambre secondaire 18a arrive dans la culasse 7 à travers le trou 27, ce qui
refroidit efficacement le stator 2.
(3) La collerette 3b augmente la surface utile de la pièce centrale 3. Ceci refroidit efficacement la pièce centrale 3 par convection. Autrement dit, la chaleur transmise depuis le fil 5 du noyau à la pièce centrale 3 est transmise efficacement à partir de la collerette 3b. La
collerette 3b sert donc de radiateur.
(4) L'air amené par guidage dans la culasse 7 refroidit le noyau 4 et le fil 5 du noyau. Autrement dit, l'air s'écoule dans les passages d'air 31 entre le cylindre 3a et le noyau 4 et refroidit efficacement le noyau 4 et le
fil 5.
(5) La forme de réalisation illustrée permet au substrat 12 qui comprend le transistor 32, d'être intégré à la cage 1 du moteur. Autrement dit, étant donné que le stator 2 est refroidi efficacement par un écoulement d'air, le transistor 32, qui génère de la chaleur, n'élève pas la température du stator 2. La forme de réalisation illustrée permet donc de réduire les dimensions du moteur tout en
augmentant sa puissance.
(6) La pièce centrale 3, le noyau 4 et le fil 5 du noyau sont refroidis par de l'air et, par suite, échauffent l'air. L'air échauffé s'écoule dans les passages 31 et à l'extérieur de la culasse 7 à travers les trous 30. L'air s'écoule également dans l'espace 26a entre la culasse 7 et le support cylindrique 26, refroidissant ainsi la culasse
7. Cette construction refroidit efficacement la culasse 7.
(7) Des gouttes d'eau qui peuvent se former sur la paroi intérieure du conduit 21 de division d'écoulement, s'écoulent jusque dans le réservoir 24. L'eau n'entre donc pas dans la chambre 18. Ceci évite tout mauvais fonctionnement du moteur par suite de l'entrée en contact de l'eau avec le substrat 12. En outre, le réservoir 24 est aisément séparé de la chambre 18 grâce à la formation de la
cloison 25.
(8) L'air introduit dans l'enveloppe 19 du ventilateur à travers le conduit d'admission peut contenir une certaine quantité d'eau. Cependant, l'eau ne peut pas entrer dans la chambre 18. Par conséquent, la forme de réalisation illustrée augmente la souplesse offerte pour l'agencement du conduit d'admission en permettant à de l'air provenant du côté inférieur du pare-brise, qui peut contenir de l'eau, d'arriver au ventilateur. En d'autres termes, le conduit d'admission ne nécessite aucun dispositif d'élimination de l'eau pour empêcher l'eau d'entrer dans le ventilateur. De plus, le conduit d'admission peut descendre directement depuis le dessous du pare- brise jusqu'à l'ouverture 20 de l'enveloppe 19 du ventilateur. (9) L'eau emmagasinée dans le réservoir 24 est évaporée par l'air sec introduit dans le conduit 21 de division d'écoulement. Le réservoir 24 n'a donc pas besoin
d'un conduit d'évacuation.
Il apparaît que de nombreuses modifications peuvent être apportées au moteur décrit et représenté sans sortir
du cadre de l'invention.
Un certain nombre de saillies et d'évidements ou d'ailettes peuvent être formés sur la collerette 3b de la pièce centrale 3. Ceci augmente la surface utile de la pièce centrale 3, refroidissant ainsi plus efficacement
cette pièce centrale 3.
Le réservoir 24 peut être placé n'importe o pourvu qu'il se trouve audessous du passage d'admission 23. Par
exemple, le réservoir 24 peut être placé directement au-
dessous du conduit 21 de division d'écoulement.

Claims (12)

REVENDICATIONS
1. Moteur sans balais, comportant une carcasse (1) de moteur; un stator (2) fixé à la carcasse (1) du moteur; un rotor (6) qui tourne par rapport à la carcasse (1) du moteur; un substrat (12) de circuit fixé à la carcasse (1) du moteur, et comprenant un circuit électrique pour fournir du courant au stator (2) afin de faire tourner le rotor (6); un ventilateur (11) pour déplacer de l'air en fonction de la rotation du rotor (6); et un conduit (21) destiné à guider une partie de l'air déplacé par le ventilateur (11) vers le stator (2), le moteur étant caractérisé par un radiateur (3b) s'étendant depuis le stator (2), l'air guidé
par le conduit (21) s'écoulant le long du radiateur (3b).
2. Moteur sans balais selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (2) comprend une pièce centrale (3), un noyau (4) placé autour de la pièce centrale (3) et un fil (5) enroulé autour du noyau (4), le
radiateur (3b) s'étendant depuis la pièce centrale (3).
3. Moteur sans balais selon la revendication 2, caractérisé en ce que le radiateur comporte une collerette
(3b) formée de façon intégrée avec la pièce centrale (3).
4. Moteur sans balais selon la revendication 3, caractérisé en ce que la pièce centrale (3) est formée d'un
métal à haute conductibilité thermique.
5. Moteur sans balais selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un passage (31) est formé entre la pièce centrale (3) et le noyau (4) pour permettre un
écoulement d'air.
6. Moteur sans balais selon l'une quelconque des
revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit
électrique situé sur le substrat (12) de circuit comprend un élément électrique (14) destiné à éliminer des parasites magnétiques générés par un courant fourni au stator (2), l'élément électrique (14) étant exposé à l'écoulement d'air
provenant du conduit (21).
7. Moteur sans balais selon la revendication 6, caractérisé en ce que la carcasse (1) du moteur comporte une chambre (18) destinée à loger le substrat (12) de circuit et une paroi (34a, 34b) de division destinée à définir une chambre secondaire (18a) dans la chambre (18), la chambre secondaire (18a) logeant l'élément électrique (14), et l'air provenant du conduit (21) s'écoulant à
travers la chambre secondaire (18a).
8. Moteur sans balais selon la revendication 7, caractérisé en ce que la carcasse (1) du moteur comporte un réservoir (24) qui reçoit des gouttelettes d'eau provenant de la paroi intérieure du conduit (21), empêchant ainsi les gouttelettes d'atteindre le stator (2), le réservoir (24) étant placé à proximité immédiate de la chambre secondaire (18a) et la carcasse (1) du moteur ayant en outre une cloison (25) destinée à séparer le réservoir (24) de la
chambre secondaire (18a).
9. Moteur sans balais selon l'une quelconque des
revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la carcasse (1)
du moteur comporte un réservoir (24) qui reçoit des gouttelettes d'eau provenant de la paroi intérieure du conduit (21), empêchant ainsi les gouttelettes d'atteindre
le stator (2).
10. Moteur sans balais selon la revendication 9, caractérisé en ce que le réservoir (24) est placé plus bas
que le conduit (21).
11. Moteur sans balais selon la revendication 9, caractérisé en ce que le conduit (21) comporte une entrée d'air, une première partie (22) s'étendant vers le bas depuis l'entrée, et une seconde partie (23) s'étendant latéralement depuis l'extrémité inférieure de la première partie jusqu'au stator (2), et le réservoir (24) étant
placé plus bas que la seconde partie.
12. Moteur sans balais selon l'une quelconque des
revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le rotor (6)
est supporté par le stator (2) d'une manière telle que le rotor (6) entoure le stator (2) et puisse tourner par rapport à lui, la carcasse (1) du moteur ayant une paroi cylindrique (26) entourant le rotor (6) et le stator (2), la paroi cylindrique ayant un trou de guidage destiné à guider de l'air depuis le conduit (21) jusque dans un espace intérieur du rotor (6), et le rotor (6) ayant un trou (30) de passage d'air pour guider de l'air sortant de l'espace intérieur du rotor (6) vers l'extérieur du rotor (6).
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