FR2869478A1 - Moteur synchrone a faibles ondulations de couple, procede pour realiser le bobinage de ce moteur et direction assistee de vehicule automobile comportant un tel moteur - Google Patents

Abstract

Le moteur synchrone 200 à aimants permanents sans pièces polaires, comporte un rotor intérieur 201, des aimants 202, 203 étant accolés sur la surface de ce rotor, et à fem de forme sinusoïdale, et un stator 210 comportant des encoches E1 à E6, E8 à E13, E15 à E20, recevant les enroulements conducteurs (-1, +1, -2, +2, -3, +3) d'un bobinage triphasé symétrique monocouche. Les trois encoches E7, E14 et E21 sont, soit laissées vides par le bobinage monocouche, soit garnies par un bobinage complémentaire bicouche (-1, +3 ; +1,-2 ; -3, +2).Le moteur 200 peut être utilisé dans des directions assistées électriques de véhicule automobile.

Description

La présente invention concerne un moteur électrique à faibles ondulations

de couple.

L'application préférée d'un tel moteur électrique est la direction assistée des véhicules automobiles.

L'invention concerne également un procédé pour réaliser le bobinage du moteur précité.

La minimisation des ondulations de couple est indispensable dans l'application de direction assistée électrique. Plus généralement, cette minimisation constitue une préoccupation constante dans la conception des actionneurs électriques puisqu'elle détermine la qualité de l'effort mécanique créé. Avec les actionneurs à aimants permanents à commutation électronique, l'obtention d'un couple avec de très faibles ondulations passe par un choix judicieux de la structure de la machine.

Les ondulations de couple des moteurs synchrones à aimants permanents sans pièces polaires sont d'origines diverses et couvrent un domaine de fréquence très large. Elles peuvent être regroupées en trois catégories: ^ Les ondulations du couple de détente résultent de l'interaction entre les aimants et la structure encochée du stator. L'effet de cette interaction est de créer des positions d'équilibre préférentielles du rotor par rapport au stator. Lorsque le rotor se déplace par rapport au stator, les encoches créent des variations d'entrefer. Le rotor se déplace naturellement dans une position par rapport au stator qui minimise la réluctance du circuit magnétique vue de la roue polaire. Cette minimisation de réluctance correspond à la minimisation de l'entrefer global vu de l'inducteur. Ce couple dépend donc de la constitution du circuit magnétique. La périodicité du couple de détente sur un tour mécanique s'obtient par: PPCM (Et, 2p) avec Et nombre total d'encoches, 2p nombre total de pôles.

^ Les ondulations de couple dues aux harmoniques de la force électromotrice ( ripple torque ). L'amplitude de ces ondulations est proportionnelle à la valeur de la consigne de courant et dépend la qualité de la répartition spatiale du champ magnétique dans l'entrefer (par rapport à une répartition parfaitement sinusoïdale) et aux encoches le long de l'entrefer.

Le calcul après décomposition en série de Fourier de la force électromotrice, si celle-ci n'est pas sinusoïdale, montre que le couple résultant n'est pas constant et 25 30 dépend de la position angulaire du rotor. Il est composé d'un couple constant Co et de deux composantes d'harmoniques 6 et 12. L'harmonique de couple de rang 6 dépend de l'amplitude des harmoniques 5 (resp. 11) et 7 (resp. 13) des forces électromotrices des différentes phases. Les harmoniques de rang 3 et leurs multiples ne jouent aucun rôle dans la production du couple. Ces résultats permettent d'établir le lien entre les harmoniques des forces électromotrices (harmoniques de fem) et les composantes harmoniques des ondulations de couple causées par ces dernières. On cherchera donc à éliminer ces harmoniques de fem.

^ La variation de la réluctance provenant de l'anisotropie du rotor contribue aussi à la production des ondulations de couple. Du point de vue structurel, l'effet de saillance peut provenir des pièces polaires accolées aux aimants, ou de la disposition des aimants (aimants enterrés) au rotor. Cependant pour des machines sans pièces polaires comportant des aimants montés en surface, ce type d'ondulations est inexistant.

Ainsi, qu'il soit alimenté en courant sinusoïdal ou rectangulaire, le moteur synchrone à aimants permanents génère un couple présentant des ondulations liées à la position angulaire du rotor. Ces ondulations de couple (ondulations liées au couple de détente et aux harmoniques de fem.) sont ramenées au volant par le biais de la chaîne mécanique dans un rapport Kv (Kv rapport de réduction entre le moteur et le volant) pour l'amplitude et 1/Kv pour la fréquence.

Une des méthodes connues pour réduire les ondulations de couple de détente est l'inclinaison des encoches d'un pas dentaire ce qui a pour conséquences de supprimer tous les harmoniques du couple de détente. Une autre méthode consiste à incliner les aimants par blocs, en conservant une inclinaison identique entre chaque bloc d'aimant, cette technique permet d'éliminer tous les harmoniques du couple de détente exceptés les harmoniques multiples du nombre de blocs.

Par ailleurs la demande FR-A-2.714.773 au nom du demandeur décrit l'utilisation d'un nombre fractionnaire d'encoches par pôles et par phase pour réduire le couple de détente sans forcément avoir à incliner les encoches. En effet, avec cette technique, les variations de réluctance dues à la présence des encoches sont moins importantes car la périodicité des encoches n'est plus un multiple de la périodicité des aimants. Ainsi, l'amplitude du couple de détente est naturellement réduite et la fréquence de ses ondulations est relativement élevée comparativement au nombre d'encoches. Par exemple pour un moteur avec 24 encoches et 8 pôles, le premier harmonique du couple de détente sur un tour mécanique est de rang 24 tandis qu'avec un moteur avec 21 encoches et 8 pôles, le premier harmonique du couple de détente est de rang 168. Toutefois dans ce dernier cas le stator du moteur décrit dans la demande FR-A-2.714.773 comporte 9 encoches vides sur 21 d'ou une réduction sensibles du couple électromagnétique du moteur.

Les méthodes utilisées pour réduire les harmoniques de fem sont liées au type de bobinage employé et aux caractéristiques des aimants. En ce qui concerne les bobinages réguliers, les bobinages à pas raccourci, grâce au degré de liberté supplémentaire qu'ils apportent, permettent d'améliorer le taux harmonique global, ou de supprimer tel ou tel harmonique particulier en adoptant le pas adéquat. De même, les bobinages à pas diamétraux sont relativement défavorables en ce qui concerne les harmoniques surtout pour un nombre d'encoches par pôles et par phase égale à un, mais sont en revanche très avantageux pour le fondamental. Par ailleurs la largeur angulaire de l'aimant et le type d'aimantation permettent aussi de réduire les harmoniques, notamment une aimantation parallèle avec une largeur d'aimant de 150 permet d'obtenir une fem proche d'une sinusoïde.

Les techniques de minimisation des ondulations de couple pour les moteurs synchrones à aimants permanents sans pièces polaires sont nombreuses et variées. Dans le cadre de la direction assistée électrique, des moteurs comportant un nombre fractionnaire d'encoches par pôle et par phase avec des fem de forme trapézoïdale ont été développés et décrits notamment dans la demande FR-A-2.714.773.

Les moteurs à fem de forme trapézoïdale sont alimentés par des courants de forme rectangulaire. Ce type d'alimentation consiste à alimenter la machine avec des courants en forme de créneaux d'une largeur de 120 degrés électriques et d'une amplitude constante. En raison de la forme des courants de référence un capteur de faible résolution suffit à réaliser l'autopilotage. Cette structure de moteur, plus spécifiquement la forme de la fem trapézoïdale permet d'utiliser d'un capteur de position de faible résolution (sondes à effet Hall) par rapport au moteur à fem. de forme sinusoïdale ou l'utilisation d'un résolveur à haute précision est nécessaire.

Les solutions connues ci-dessus présentent cependant des inconvénients.

L'efficacité de la méthode consistant à incliner les encoches est basée sur la précision avec laquelle est réalisé l'angle d'inclinaison qui reste une opération délicate surtout pour des moteurs de petites dimensions. De plus, cette structure ne permet pas d'effectuer un bobinage automatique et conduit à augmenter l'inductance de fuite. Pour les moteurs à fem trapézoïdales l'inclinaison d'encoches provoque un arrondissement de l'angle de la courbe de couple. La réduction du couple électromagnétique est généralement de quelques pour cent pour des machines avec un nombre modéré d'encoches par pôles et par phase. Cependant, pour des machines avec un faible nombre d'encoches, l'inclinaison des encoches d'un pas dentaire conduit à une perte importante du couple électromagnétique.

Pour les machines à fem de forme trapèze, on aboutit à une diminution de la largeur du plateau de la fem. De plus, pour un angle d'inclinaison important, les harmoniques de la fem sont fortement réduits ce qui génèrent dans ce cas une fem de forme finalement proche d'une sinusoïde d'où une augmentation des ondulations de couple due à la distorsion de la fem.

Ainsi donc tes techniques mises en oeuvre pour minimiser les ondulations de couple dépendent à la fois de la forme de la fem du moteur et de l'origine des ondulations de couple ("détente" ('Cogging torque' en anglais)" ou "harmoniques de fem" ('Ripple torque' en anglais)) que l'on souhaite réduire. Malheureusement l'application d'une technique destinée par exemple à supprimer les ondulations du couple de détente conduit à accentuer le plus souvent l'autre cause des ondulations de couple ou contribue à la diminuer de la valeur moyenne du couple électromagnétique.

Le but de la présente invention est de remédier aux inconvénients des solutions connues ou tout du moins d'en réduire sensiblement les effets, notamment au niveau des oscillations de couple.

A cette fin, l'invention propose un moteur électrique synchrone à aimants permanents à alimentation polyphasée comprenant un stator dans lequel est formée une pluralité d'encoches régulièrement réparties angulairement par rapport à l'axe du stator, tout ou partie de la dite pluralité d'encoches recevant un bobinage statorique, et un rotor comportant une pluralité de 2p pôles d'aimant où p est égal au nombre de paires de pôles, caractérisé par la combinaison suivante: - le rapport EtIPGCD(Et, 2p) entre, d'une part, le nombre total Et d'encoches de stator et, d'autre part, le Plus Grand Commun Diviseur de Et et 2p, est égal à un 5 multiple du nombre de phases N de l'alimentation du moteur; - le rapport Spp = Etl(2pxN) entre le nombre total d'encoches Et et le produit du nombre d'aimants 2p par le nombre de phase N est égal à un nombre non entier ou fractionnaire; - le bobinage statorique comporte au moins un bobinage à une couche, ou bobinage monocouche, à N enroulements conducteurs de phase symétriques, déphasés entre eux d'un angle électrique de 360 IN et de périodicité q donnée par le PGCD(Et,p), - ledit bobinage statorique monocouche occupant É toutes les Et encoches du stator dans le cas où le rapport EtIPGCD(Et, p) ou le rapport (PPCM (Et, p))lp est un nombre pair, ou É Et (q x N) encoches du stator dans le cas où le rapport EtIPGCD(Et, p) ou le rapport (PPCM (Et, p))/p est un nombre impair, les (q x N) encoches non occupées par le bobinage monocouche comportant q x N encoches réparties angulairement avec décalage de 360 /(q x N).

On notera que, par convention dans le présent exposé et les revendications, le terme PGCD (A, B) signifie le Plus Grand Commun Diviseur de A et B et le terme PPCM (A, B) signifie le Plus Petit Commun Multiple de A et de B. La structure du stator de moteur synchrone selon l'invention permet de réduire sensiblement les ondulations du couple de détente sans induire d'autres ondulations de couple. En particulier pour un moteur à bobinage triphasé symétrique à stator à 21 encoches et à rotor à 4 paires de pôles à aimantation parallèle, le calcul montre que le premier harmonique du couple de détente sur un tour mécanique est de rang 168.

De plus cette structure permet de pallier la diminution de la valeur moyenne du couple électromagnétique liée au moteur à nombre non entier d'encoches par pôles et par phase. En effet, dans le but d'obtenir une configuration de bobinage symétrique triphasé en une couche il importe que tous les axes de phases soient positionnés d'une manière identique vis à vis des encoches, tout en respectant le déphasage de 120. Dans les structures de stators à bobinage monocouche des moteurs de l'art antérieur, toutes les encoches ne peuvent pas être garnies de conducteurs. A l'inverse la structure de stator selon l'invention permet de bénéficier des avantages de la réduction du couple de détente sans diminution de la valeur moyenne du couple par élimination des encoches vides pour des moteurs dans lesquels le rapport EtIPGCD(Et, p) ou le rapport (PPCM (Et, p)lp est un nombre impair par rapport aux structures de stators à bobinage monocouche de l'art l'antérieur.

Selon un premier mode réalisation d'un moteur synchrone selon l'invention, dans le cas où le rapport EtIPGCD(Et, p) ou le rapport (PPCM (Et, p)/p est un nombre impair, le bobinage statorique comporte de plus un bobinage multicouche pour occuper lesdites q x N encoches non occupées par le bobinage monocouche. Avantageusement le bobinage multicouche est un bobinage à deux couches ou bobinage bicouche. Par ailleurs le bobinage du stator est effectué de l'une des deux façons suivantes i) on bobine d'abord toutes les encoches concernées par le bobinage monocouche et ceci pour les N phases, puis on effectue le bobinage multicouche sur les q x N encoches encore libres ou ii) on bobine d'abord l'une des N phases en monocouche et en multicouche sur au moins deux encoches non concernées par le bobinage monocouche, puis successivement les N-1 autres phases pour garnir les q x N encoches non concernées par le bobinage monocouche.

Les avantages de la structure du moteur synchrone selon l'invention à bobinage complémentaire multicouche sont nombreux, notamment: Elle permet une amélioration de la valeur moyenne du couple électromagnétique par remplissage des encoches vides (extension du bobinage).

Elle permet une amélioration du contenu harmonique de la fem en raison de l'utilisation d'un bobinage à double couche, ce qui permet de retrouver les propriétés des bobinages à pas raccourcis.

La solution est peu sensible aux variations géométriques lors de la conception en comparaison aux méthodes consistant à incliner les encoches ou à incliner les aimants par blocs.

Pour un même couple électromagnétique, l'utilisation du bobinage en double couche permet de réduire la longueur active du moteur dans le même rapport que le gain en couple obtenu entre les deux structures.

Pour un même couple électromagnétique et un même encombrement, l'utilisation du bobinage en double couche permet de réduire les pertes (perte Joule) par le biais d'une diminution de la valeur efficace de la charge linéique de courant et permet aussi de diminuer l'échauffement du moteur (image des pertes Joule).

Elle offre la possibilité d'obtenir un même moteur avec des caractéristiques différentes (ondulations de couple dues aux harmoniques de fem., valeur moyenne du couple électromagnétique) suivant le bobinage adopté.

Elle permet également de décliner deux types de moteur avec ou sans extension de bobinage à partir d'une même structure.

Selon un autre mode de réalisation d'un moteur synchrone selon l'invention le nombre de phases N de l'alimentation est égal à trois. Dans ce cas, selon une première variante, le moteur synchrone selon l'invention à alimentation triphasée comporte un stator à 21 encoches dont 18 comportent un bobinage triphasé monocouche, les 3 encoches restantes restant vides ou comporte un bobinage complémentaire à deux couches.

Selon diverses variantes le moteur synchrone selon l'invention est associé à une l'alimentation polyphasée est sensiblement sinusoïdale et/ou présente une fem. de forme sinusoïdale.

Selon encore une autre variante le moteur synchrone selon l'invention comporte un rotor intérieur à aimants permanents sans pièces polaires, lesdits aimants étant accolés sur la surface de ce rotor.

L'invention a également pour objet un procédé de bobinage pour stator de moteur multiphasé à N phases (par exemple triphasé avec N=3) à 2p pôles et avec un rapport Spp = EtI(2pxN) égal à un nombre fractionnaire de formule Spp = a+ bic où a est un nombre entier ou nul, b et c sont des nombres entiers non nuls et b n'est pas divisible par c, dans lequel pour réaliser le bobinage monocouche à pas constant du stator comportant un nombre total entier d'encoches Et=N x K réparties en N x q encoches non concernées NC et n(K-q) encoches concernées EC, on procède comme suit: - on détermine le motif d'une série élémentaire de a.c + b encoches bobinées par pas polaire pour une même phase et constituée de nombres de groupes d'encoches bobinées, ou bobines élémentaires, par: un premier jeu de b-q groupes de a+1 bobines, suivi d'un second jeu de q groupes de a+1 bobines dont q bobines vides dans le bobinage 35 monocouche, et suivi d'un troisième jeu de c-b groupes de a bobines; - on bobine l'enroulement de chaque phase en boucle en traversant alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur les encoches concernées EC en suivant q fois le motif de ladite série élémentaire dans un même sens de bobinage et en décalant le positionnement de la première encoche de l'enroulement de chaque nouvelle phase de 360 /(N x q) dans le sens de bobinage pour obtenir bobinage triphasé symétrique.

Avantageusement pour remplir les 3q encoches non concernées NC, on procède à la mise en place d'un bobinage bicouche en boucle en traversant alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur les encoches non concernées NC en remplissant: - si le paramètre a est différent de zéro, chaque encoche non concernée NC vide avec les conducteurs des enroulements présents dans les deux encoches concernées EC entourant ladite encoche vide, ou - si le paramètre a = 0, chaque encoche non concernée NC vide de chaque phase 15 avec les conducteurs des enroulements correspondants à deux autres phases.

L'invention concerne également une direction assistée de véhicule automobile comportant un moteur synchrone défini ci-dessus dans ces divers modes de réalisation ou variantes ou incorporant un stator obtenu selon le procédé défini ci-dessus.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description qui suit de divers modes de réalisation de moteurs synchrones selon l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins ci-joints dans lesquels: la figure 1 est un schéma diamétral d'un moteur électrique synchrone triphasé à stator à 21 encoches dont 3 dépourvues de conducteur selon un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est le schéma du bobinage à une couche du moteur de la figure 1, la figure 3 est le schéma diamétral d'un moteur électrique synchrone triphasé à stator à 21 encoches toutes garnies de conducteur selon un second de mode de réalisation de l'invention, la figure 4 est le schéma la figure 2 est le schéma du bobinage du moteur de la figure 3 comportant un bobinage à une couche et un bobinage complémentaire à deux couches, et 30 - la figure 5 est un diagramme montrant les ondulations de couple (en grandeur relative en %) en fonction de la position angulaire du moteur pour les deux moteurs illustrés aux figures 1 et 3.

L'invention concerne un moteur électrique synchrone à aimants permanents à alimentation polyphasée à N phases comprenant un stator dans lequel est formée une pluralité d'encoches régulièrement réparties angulairement par rapport à l'axe du stator, tout ou partie de la pluralité d'encoches recevant un bobinage statorique, et un rotor comportant une pluralité de 2p pôles d'aimant où p est égal au nombre de paires de pôles et plus particulièrement un moteur du type précité à faibles ondulations de couple.

Selon une des caractéristiques de l'invention, une réduction des oscillations dues aux harmoniques de la fem est obtenue par l'utilisation d'un bobinage de stator multiphasé symétrique pour lequel les enroulements de phase conducteurs sont tous identiques et déphasés entre eux d'un angle électrique de 360 /N, le nombre total d'encoches Et du stator étant liés au nombre de phases du moteur. Cette condition est remplie pour tous les moteurs pour lesquels le rapport EtIPGCD(Et, 2p) entre, d'une part, le nombre total Et d'encoches de stator et, d'autre part, le Plus Grand Commun Diviseur de Et et 2p, est égal à un multiple du nombre de phase N de l'alimentation du moteur, en d'autres termes par la relation (1) EtIPGCD(Et, 2p) = K.N où K est un entier.

Les encoches étant régulièrement réparties sur la périphérie du stator, il est possible de s'affranchir du nombre pôles en adoptant une représentation qui ramène la position relative des encoches par rapport aux pôles sur une seule paire de pôles en faisant intervenir la périodicité q du bobinage donnée par la relation q=PCGD(Et, p). Dans ce cas on définira Ebe égal au nombre d'encoches ayant des positions différentes par rapport à une paire de pôles par la relation (2) Ebe= Et/PCGD(Et, p) = (PPCM (Et, p))/p = Et/q Selon une autre des caractéristiques de l'invention, une réduction des oscillations dues au couple de détente est obtenue par structure stator/rotor pour laquelle le rapport Spp = Et/(2pxN) entre le nombre total d'encoches Et et le produit du nombre d'aimants 2p par le nombre de phase N est égal à un nombre non entier ou fractionnaire. Pour faciliter la suite de l'exposé est sans aucun caractère limitatif on prendra pour valeur de Spp, défini comme le nombre d'encoches par pôle et par phase, un nombre fractionnaire exprimé par exemple par la relation (3) Spp= a + bic où a est un nombre entier ou nul, b et c sont des nombres entiers non nuls et b n'est pas divisible par c.

Sur ces bases, il est possible de fixer la position d'un axe de phase. Deux possibilités sont envisageables un axe de phase passant par le milieu d'une dent du stator et un axe de phase passant par le milieu d'une encoche. Lorsque le nombre d'encoches est impair, une seule possibilité est envisageable car le premier axe de phase passe à la fois par le milieu d'une encoche et par le milieu d'une dent.

La faisabilité d'un bobinage à une couche avec toutes les encoches garnies de conducteurs dépend de la position des axes de phase (c'est à dire de la parité de Ebe) mais aussi dans certains cas de la périodicité q du bobinage. Dans le cas où l'axe de phase par le milieu d'une dent (Ebe pair), un bobinage à une couche complet est réalisable. Dans le cas contraire (Ebe impair) un bobinage à une couche symétrique laissera q x N encoches vides décalées de 360 /(q x N). Dans ce dernier cas il est alors possible selon un mode réalisation très avantageux de l'invention de garnir les encoches vides par un bobinage complémentaire multicouche, par exemple une bobinage à deux couches de conducteurs.

A titre d'exemple non limitatif, le Tableau I ci-après donne pour tous les moteurs synchrones à alimentation triphasée selon l'invention comportant un nombre total d'encoches Et égal à 3K, avec K entier allant de 1 à 32, et un nombre de pôles 2p, avec p allant de 1 à 5, les quatre caractéristiques suivantes rangées en colonnes: - colonne 1: Spp (nombre d'encoches par pôle et par phase) - colonne 2: Rang: PPCM(Et, 2p) (rang du 1er harmonique du couple de détente sur un tour mécanique) - colonne 3: q = PGCD(Et, p) (périodicité du bobinage) - colonne 4: Ebe = EtIq (nombre d'encoches ayant des positions différentes par rapport à une paire de pôles du bobinage), les moteurs pour lesquels les quatre colonnes ne sont pas toutes renseignées étant exclus du champ de l'invention (par exemple les moteurs pour lesquels seules les colonnes 1 et 2 sont renseignées et qui comportent un nombre entier d'encoches par pôle et par phase ou les moteurs pour lesquels seule la colonne 3 est renseignée qui ne peuvent être bobinés qu'en double couche, l'expression Et-3q étant égale à zéro).

Spp Rang q Ebe Et 2 4 6 8 10 3 1 6 1 6 2 1/5 30 1 6 9 1 1/2 1 18111 9 3/4 1 36 1 1 1 9 3/8 ' 72 9 3/10 90 1 9 12 2 12 1 12 1/2 24 4 2/5 60 1 12 2 1 /2 1 30 1 15 1 1/4 60 1 15 5/8 120 15 1/2 30 5 3 18 3 18 1 1/2 36 2 9 1 18 3/4 72 2 9 3/5 90 1 18 21 3 1/2 1 4211121 1 3/4 84 1 21 7/8 168 21 7/10 210 1 21 24 4 24 2 24 1 24 4/5 120 1 24 27 41121 5411127 2 1/4 108 1 27 1 1/2 1 54 1 3 1 9 1 118 216 27 9/10 270 27 5 30 2 1/2 60 2 15 1 114 120 2 15 1 30 33 5 1/2 1 6611133 23/4 132 1 33 1 3/8 264 33 1 1/10 330 1 33 36 6 36 3 36 2 36 1 1/2 72 4 9 1 1/5 180 1 36 39 61/2.78 1 1 39 3 1/4 156 1 39 1 5/8 312 39 1 3/10 390 1 39 42 7 42 3 1/2 84 2 21 1 3/4 168 2 21 1 2/5 210 1 42 71121 9011145 3 3/4 180 1 45 21/21 90 1 3 15 1 7/8 360 45 1 1/2 90 5 9 48 8 48 4 48 2 48 1 3/5 240 1 48 51 8 1/2 1 102 1 1 1 51 4 1/4 204 1 51 2 1/8 408 1 51 1 7/10 510 51 54 9 54 4 1/2 108 2 27 3 54 2 1/4 216 2 27 1 4/5 270 1 54 57 9 1/2 114 1 1 57 4 314 228 1 57 2 3/8 456 1 57 1 9110 570 1 57 10 60 5 60 2 1/2 120 4 15 2 60 63 10 1/2 126 1 63 5 1/4 252 1 63 3 1/2 1 126 1 3 21 2 5/8 504 1 63 2 1/10 630 1 63 66 11 66 5 1/2 132 2 33 2 3/4 264 2 33 2 1/5 330 1 66

_

69 11 112 138 1 69 5 3/4 276 1 69 2 718 552 1 69 2 3110 690 1 69 72 12 72 6 72 4 72 3 72 2 2/5 360 1 72 12 150 1 1 75 6114 300 1 75 31/8 600 1 75 2 1/2 150 5 15 78 13 78 61/2 156 2 39 31/4 312 2 39 2 3/5 390 1 78 81 13 1/2 162 1 81 6 3/4 324 1 _ 81 4 1/2 1 162 1 3 27 3 3/8 648 1 81 2 7/10 810 1 81 84 14 84 7 84 3 1/2 _ 4 21 2 4/5 420 1 84 87 14 1/2 174 1 87 7 1/4 1348 l 1 j 87 3 5/8 696 1 87 2 9/10 870 1 87 15 90 7 1/2 1 180 2 45 5 90 3 3/4 1360 2 45 3 93 1 15 1/2 1 186 1 1 93 7 3/4 372 1 1 1 93 3 7/8 1744 11 I 93 1 3 1/10 930 1 96 16 96 8 96 4 96 3 1/5 480 1 96 Ainsi un moteur synchrone triphasé de l'invention considéré sera spécifié (éventuellement dans ses deux variantes de bobinage de stator avec ou sans bobinage multicouche complémentaire) par le nombre de pôles du rotor 2p, le nombre total d'encoches Et du stator en association avec quatre paramètres Spp, Rang: PPCM(Et, 2p), q et Ebe, par exemple un moteur à rotor à 8 pôles et à stator à 21 encoches avec Spp= 718, PPCM (21, 8)= 168, q=1 et Ebe=21. Ce moteur sera étudié plus en détails dans ces deux variantes sous les dénominations MV1 (sans bobinage multicouche complémentaire) et MV2 (avec bobinage multicouche complémentaire).

Bien entendu l'invention couvre également des moteurs répondant aux caractéristiques de sélection de l'invention présentées ci avant ayant une nombre de pôles supérieur à 10 et un nombre d'encoches supérieur à 96, tant en triphasé qu'en polyphasé avec un nombre de phases différent de 3 (dans de ce dernier un autre tableau analogue au tableau I pourra être établi en se référant aux informations données ci-avant pour l'établissement du tableau I).

Si l'on considère au nouveau le Tableau I, son examen montre que le terme Ebe (colonne 4) est impair pour les moteurs à rotor à 2, 4, 6 et 8 pôles, ce qui implique des stators à bobinage monocouche symétrique à encoches vides ou à bobinage bicouche complémentaire, les moteurs à rotor à 10 pôles étant sensiblement partagés entre stators à Ebe impair et stators à Ebe pair pour lesquels toutes les encoches sont garnies par le bobinage monocouche symétrique (les moteurs à stators à 30, 60 et 90 encoches étant exclus).

De plus la lecture de la ligne Et= 21 encoches montre qu'il est possible de réaliser des moteurs synchrones triphasés selon l'invention à stator à 21 encoches et à rotors à 2, 4, 8 ou 10 pôles (les rotors 6 pôles étant exclus). Tous ces moteurs à Ebe impair (colonne 4) comportent des stators à bobinage monocouche symétrique à périodicité q=1 (colonne 3) réparti sur 18 encoches avec 3 encoches vides ou garnies du bobinage complémentaire bicouche. Toutefois comme expliqué plus en détails ci- après les motifs de bobinage des trois enroulements du bobinage monocouche seront différents selon le nombre de pôles du rotor en fonction des paramètres a, b et c du nombre d'encoche par pôles et par phase Spp = a+b/c (colonne 1). Par ailleurs on peut remarquer que la réduction d'ondulations de couple de

détente est d'autant plus importante avec le nombre de pôles du rotor, le rang du 1er harmonique sur couple de détente par tour mécanique (colonne 2) passant de 48 pour de 2 pôles, à 84 pour 4 pôles à 168 pour 8 pôles et à 210 pour 10 pôles.

Le bobinage monocouche symétrique, et son éventuelle extension par bobinage multicouche, des stators pour moteurs synchrones polyphasés selon l'invention fait maintenant l'objet d'une présentation détaillée. A titre d'exemple non limitatif on a choisi le nombre de phases N égal à 3, sachant que la présentation ci-après s'applique par simple analogie à des bobinages de stators pour moteurs polyphasés à nombre de phases inférieur ou supérieur à 3, lesquels bobinages, stators et moteurs entrent également dans le cadre de l'invention. Cette dernière remarque s'applique également aux extensions de bobinage par bobinage multicouche ou bicouche, aux stators et aux moteurs incorporant les bobinages monocouche et leurs extensions de bobinages multicouche.

Le bobinage monocouche symétrique: En ce que concerne le bobinage monocouche des stators pour moteur synchrone multiphasé selon l'invention, on considère d'abord le paramètre Spp = Et/(2pxN) = a + bic dans lequel c, entier non nul et non diviseur de b, correspondant au nombre de pôles dans le domaine d'étude minimal du bobinage.

Un bobinage à pas constant (monocouche) se caractérise par le pas de bobinage utilisé et une série répétitive du nombre de groupes de bobines élémentaires (correspondant aux encoches garnies). Chaque nombre de la série répétitive correspond au nombre de groupes de bobines d'une même phase sur un pas polaire. La quantité de nombres nécessaire et suffisante qui composent cette série répétitive correspond au nombre de pôles du domaine minimal. Cette notion doit être prise en compte si la paramètre a est différent de zéro mais est également applicable de façon simplifiée pour a=0.

Pour a différent de zéro et N=3, pour réaliser le bobinage à une couche 30 symétrique du stator comportant un nombre entier d'encoches Et=3K reparties en 3q encoches non concernées NC et 3(K-q) encoches concernées EC, i) - on défini des motifs élémentaires de a.c + b (ou (a x c) +b) de bobines ou encoches bobinées par pas polaire pour une même phase par: un premier jeu de b-q groupes de a+1 bobines, suivi d'un second jeu de q groupes de a+1 bobines dont q bobines vides dans le bobinage monocouche, et suivi d'un troisième jeu de c-b groupes de a bobines, ci-après les relations (4) ; ii) - on bobine l'enroulement de chaque phase en boucle en traversant alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur les encoches concernées EC en suivant q fois le motif de la série élémentaire dans un même sens de bobinage et en décalant le positionnement de la première encoche de l'enroulement de chaque nouvelle phase de 360 I(3q) dans le sens de bobinage pour obtenir bobinage triphasé symétrique, chaque série étant représentée sur c pôles.

D'une façon générale il est possible d'obtenir plusieurs bobinages monocouches satisfaisant aux relations (4), toutefois l'homme de l'art cherchera autant que faire ce peut des structures de bobinages permettant d'avoir des longueurs de têtes de bobines identiques de chaque côté du moteur, étant fait remarquer que la façon de réaliser le bobinage monocouche et son éventuelle extension par bobinage bicouche n'a pas d'influence sur les caractéristiques électromagnétiques du moteur, sous réserve du respect des principes généraux de bobinage donnés dans le présent exposé et du motif de la suie élémentaire.

Dans le cas où a=0 les relations (4) se simplifient pour donner les relations (4') dans lesquelles i) on défini des motifs élémentaires de b bobines ou encoches bobinées par pas polaire pour une même phase par: un premier jeu de b-q groupes de 1 bobine, suivi un second jeu de q groupes de 1 bobine vide dans le bobinage monocouche, l'opération de bobinage définie au point ii) précédent restant inchangée.

Pour illustrer la présentation générale ci-dessus, on donnera ci-après trois exemples de bobinages monocouches symétriques pour moteurs synchrones triphasés selon l'invention. D'une façon générale les bobinages sont réalisés par l'introduction de conducteurs dans des encoches distinctes selon un cheminement axial aller et retour par rapport au stator. Par convention, les bobines ou encoches garnies de conducteurs sont repérées par le numéro de phase 1, 2 ou 3 assorti d'un signe ( ) pour une opération de bobinage aller au travers de l'encoche considérée dans sens également appelée vers l'intérieur et d'un signe (+) pour une opération de bobinage retour au travers de l'encoche considérée dans le sens inverse et également appelée vers l'extérieur , les encoches vides étant repérées par V. Toujours par convention les Et encoches du stator seront notées El à E(Et) en suivant le sens trigonométrique direct.

Exemple 1: Moteur à rotor à 8 pôles et à stator à 33 encoches.

Soit N=3, Et=33, p=4, le Tableau I donne Spp= 1 +3/8 et q=1 d'où il vient a=1, b=3 et c=8.

Selon les relations (4) la série élémentaire comporte 2 fois un groupe de 2 bobines, de 1 fois 2 bobines dont une vide et de 5 fois 1 bobine soit un total de 8+3= 11 bobines dont le motif s'écrit: 22 V1 11111 pour un sens de bobinage donné (trigonométrique direct ou inverse) soit pour la phase 1 le motif +1, +1, -1, -1, V, +1, -1, +1, -1, +1, - 1 soit pour la phase 2 le motif +2, +2, -2, -2, V, +2, -2, +2, -2, +2, - 2 soit pour la phase 3 le motif +3, +3, -3, -3, V, +3, -3, +3, -3, +3, - 3 Lors de l'opération de bobinage on commencera par l'enroulement de la phase 1 (la première encoche El ou encoche initiale étant indifférente) dans un sens trigonométrique donné, par exemple direct, suivi des enroulements des phases 2 et 3 en respectant le sens de bobinage choisi mais décalés à chaque fois d'un angle approprié pour obtenir un bobinage monocouche triphasé symétrique (en l'espèces un décalage de 11 encoches). Pour finir on obtient par exemple le bobinage monocouche à 3 encoches vides suivant: +1, +1, -3, +2, -1, -1, +3, -2, V, +1, -3, +2, +2, -1, +3, -2, -2, +1, -3, V, +2, -1, +3, +3, - 2, +1, -3, -3, +2, - 1, V, +3, -2.

avec les 3 encoches vides décalées de 120 en positions E9, E20 et E31.

Ce bobinage peut être obtenu par enroulement de cinq boucles par phase montées en série, par exemple pour la phase 1, une première boucle entre les encoches E2/E5, une seconde boucle entre les encoches E1/E6, une troisième boucle entre les encoches E10/E30, une quatrième boucle entre les encoches E14/E26 et une cinquième boucle entre les encoches E18/E22, les têtes de bobines pour les cinq boucles étant par ailleurs sensiblement parallèles entre elles (en fait parallèle au segment défini par la corde E9-E31). Les enroulements des deux autres phases sont obtenus de la même façon avec un décalage de 11 encoches pour chaque nouvel enroulement de phase par rapport à l'enroulement précédent.

Exemple 2: Moteur à rotor à 4 pôles et à stator à 21 encoches.

Soit N=3, Et=21, p=2, le Tableau I donne Spp= 1 +3/4 et q=1 d'où il vient a=1, b=3 et c=4.

Selon les relations (4) la série élémentaire comporte 2 fois un groupe de 2 bobines, de 1 fois 2 bobines dont une vide et de 1 fois 1 bobine soit un total de 4+3= 7 bobines dont le motif s'écrit: 22 VI 1 pour un sens de bobinage donné (trigonométrique direct ou inverse) soit pour la phase 1 le motif +1, +1, -1, -1, V, +1, -1, soit pour la phase 2 le motif +2, +2, -2, -2, V, +2, - 2, soit pour la phase 3 le motif +3, +3, -3, -3, V, +3, -3, Lors de l'opération de bobinage on commencera par l'enroulement de la phase 1 (la première encoche El ou encoche initiale étant indifférente) dans un sens trigonométrique donné, par exemple direct, suivi des enroulements des phases 2 et 3 en respectant le sens de bobinage choisi mais décalés à chaque fois d'un angle approprié pour obtenir un bobinage monocouche triphasé symétrique (en l'espèces 7 encoches). Pour finir on obtient par exemple le bobinage monocouche à 3 encoches vides suivant: +1, +1, -1, -1, +V, +1, -3, +2, +2, -2, -2, V, -1, +3, +3, -3, -3, V,+3, - 2.

avec les 3 encoches vides décalées de 120 en positions E5, E12 et E19.

Le bobinage monocouche se fera, par exemple, pour chaque phase par boucles entre deux encoches appariées garnies de conducteurs d'une même phase mais de signes opposés (+1, -1) , (+2, -2) et (+3, -3).

Exemple 3: Moteurs à rotor à 8 pôles et à stator à 21 encoches (MV1 ou MV2).

Soit N=3, Et=21, p=4, le Tableau 1 donne Spp= 0 +7/8 et q=1 d'où il vient a=0, b=7 et c=8.

Selon les relations (4') la série élémentaire comporte 6 fois un groupe de 1 bobine et de 1 fois 1 bobine vide soit un total de 7 bobines dont le motif s'écrit: 111111 V pour un sens de bobinage donné (trigonométrique direct ou inverse) soit pour la phase 1 le motif -1, +1, -1, +1, -1, +1, V, soit pour la phase 2 le motif -2, +2, -2, +2, -2, +2, V, soit pour la phase 3 le motif -3, +3, -3, +3, -3, +3, V, Lors de l'opération de bobinage on commencera par l'enroulement de la phase 1 (la première encoche El ou encoche initiale étant indifférente) dans un sens trigonométrique donné, par exemple direct, suivi des enroulements des phases 2 et 3 en respectant le sens de bobinage choisi mais décalés à chaque fois d'un angle approprié pour obtenir un bobinage monocouche triphasé symétrique (en l'espèces 7 encoches).

Pour finir on obtient par exemple le bobinage monocouche à 3 encoches vides suivant: -1, +3, -2, +1, -3, +2, V, -2, +1, -3, +2, -1, +3, V, -3, +2, -1, +3, -2,+ 1, V. avec les 3 encoches vides décalées de 120 en positions E7, E14 et E21.

Des exemples de bobinages seront données ultérieurement avec la description des moteurs MV1 et MV2 en références aux figures 1 à 4.

L'extension de bobinage par un bobinage bicouche complémentaire Une fois réalisé le bobinage monocouche symétrique pour les enroulements des trois phases et laisser 3q encoches non concernées NC vides. Il est possible de garnir de ces 3q encoches en respectant le sens de bobinage adopté lors de la réalisation du bobinage monocouche.

Deux cas sont à envisager selon que le paramètre a est égal où différent de zéro.

Le premier cas a=0, illustré par exemple par le moteur MV2 de l'exemple 3, a pour conséquence de disposer, en fin de réalisation du bobinage monocouche, les encoches vides d'une même phase entre deux conducteurs de cette même phase et d'orientations inverses. Par exemple pour les moteurs MV2 (et MV1) de l'exemple 3, l'encoche vide de la phase 1 est placée en E21 entre les encoches El = (-1) et E20 (+1), l'encoche vide de la phase 2 est placée en E7 entre les encoches E6 = (+2) et E8 = (-2) et l'encoche vide de la phase 3 est placée en E14 entre les encoches E13 = (+3) et El 5= (-3).

En cas d'extension de bobinage par un bobinage bicouche chacune de ces encoches vides pourra être garnie par des conducteurs des deux autres phases en respectant le sens de bobinage et la séquence utilisée lors du bobinage monocouche. Par exemple pour le moteur MV2 de l'exemple 3, l'encoche vide E21 de la phase 1 sera garnie de conducteurs des phases 2 et 3 en respectant la séquence - 1, +3, -2, +1, -3, +2 du bobinage monocouche, soit, après E20(+1), E21=(-3, +2). De même l'encoche vide E7 de la phase 2 sera garnie de conducteurs des phases 1 et 3, soit, après E6(+2), E7= (-1, +3) et l'encoche vide E14 de la phase 3 sera garnie de conducteurs des phases 1 et 2, soit, après E13(+3), E14=(-2, +1).

Ici encore des exemples de bobinages seront données ultérieurement avec la description des moteurs MV1 et MV2 en références au figures 1 à 4.

Dans le second cas avec le paramètre a différent de zéro, illustré par exemple par le moteur de l'exemple 1, l'extension de bobinage se fait en décalant les couches de conducteurs, en particulier en complétant les encoches vides par des conducteurs des encoches entourant l'encoche vide en respectant le sens trigonométrique de bobinage et l'orientation intérieur/extérieur de celui-ci.

En particulier pour le moteur de l'exemple 1, l'encoche vide de la phase 1, E9, disposée entre E8=(-2) et E10(+1) sera garnie des conducteurs des conducteurs (-2) et (+1), soit E9=(-2, +1), l'encoche vide de la phase 2, E20, disposée entre E19=(-3) et E21(+2) sera garnie des conducteurs des conducteurs (-3) et (+2), soit E20=( -3, +2) et l'encoche vide de la phase 3, E31, disposée entre E30=(-1) et E32=(+3) sera garnie des conducteurs des conducteurs (-1) et (+3), soit E31= (-1, +3). On obtient ainsi le bobinage bicouche complémentaire au bobinage monocouche.

Cette extension de bobinage de ce moteur de l'exemple 1 peut être réalisée aisément par une boucle garnie à moitié et intercalaire dans l'enroulement à cinq boucles de chaque phase, notamment pour la phase 1 une boucle entre les encoches E9/E31 intercalaire entre la seconde boucle El 1E6 et la troisième boucle E10/E30.

Description des moteurs triphasés à rotor à 8 pôles et à stator à 21 encoches (MV1 ou MV2) présentés dans l'exemple 3.

Les figures 1 et 3 sont des schémas diamétraux de deux moteurs synchrones triphasés MV1 100 et MV2 200 à fem (force électromotrice) de forme sinusoïdale comportant un rotor intérieur 101, 201 cylindrique, à aimants permanents, sans pièces polaires, disposé dans un stator 110, 210 cylindrique à 21 encoches coaxialement à ce dernier selon un axe XX' s'entendant perpendiculairement au plan des figures 1 et 3.

Chaque rotor 101, 201 comporte quatre paires de pôles réalisées par des aimants Nord 101, 202 et Sud 103, 203, en tuiles aimantées, disposés alternativement accolés sur la surface cylindrique du rotor. De préférence l'angle au centre de l'arc de chacun des 8 aimants est égal à 37,5, soit 45 (360 12p) diminué d'un angle égal à 180 /PPCM(N, 2p)= 180124=7,5 (l'angle de 7,5 correspondant à des séparateurs 104 sans effet magnétique ou électromagnétique). Cette réduction de l'angle au centre des aimants à également un effet positif sur la réduction de l'amplitude des harmoniques de fem.

Chaque stator 110, 210 est constitué par exemple de tôles découpées et empilées pour délimiter sur sa face cylindrique interne 21 encoches statoriques, à ouverture réduite 105, 205 numérotées de El à E21 dans le sens trigonométrique direct.

La configuration de bobinage est composée de plusieurs couples de conducteurs qui correspondent chacun à une paire d'encoches, l'une étant remplie par des conducteurs aller ou vers l'intérieur (noté dans le schéma de bobinage) et l'autre par des conducteurs retour ou vers l'extérieur (noté +).

Sur les 21 encoches du stator 110 (MV1) illustré à la figure 1, 18 encoches comportent un bobinage triphasé à une couche, c'est à dire chacune des encoches contient des conducteurs n'appartenant qu'à une seule phase et 3 encoches sont vides. On retrouve le bobinage symétrique monocouche à 3 encoches vides, présenté ci avant, pour les encoches El à E21 prises dans le sens trigonométrique direct: -1, +3, -2, +1, -3, +2, V, -2, +1, -3, +2, -1, +3, V, -3, +2, -1, +3, -2,+ 1, V avec les 3 encoches vides décalées de 120 en positions E7, E14 et E21.

Sur les 21 encoches du stator 210 (MV2) illustré à la figure 3, 18 encoches comportent un bobinage triphasé à une couche, en l'espèce le même bobinage monocouche que celui garnissant le stator 110, et le bobinage complémentaire en deux couches dans les encoches E7, E14 et E21, avec, comme présenté ci-avant, l'encoche E21 garnie des conducteurs des phases 2 et 3 pour donner E21= (-3, +2), l'encoche E7 garnie de conducteurs des phases 1 et 3 pour donner E7= (-1, +3) et l'encoche E14 garnie de conducteurs des phases 1 et 2, pour donner E14= (-2, +1).

Pour parfaire de définir le bobinage, il faut aussi préciser comment ces conducteurs sont reliés entre eux. Cet aspect est développé ci-dessous en donnant les schémas de bobinage.

La figure 2 représente le schéma du bobinage monocouche du stator 110 du moteur MV1 comportant un conducteur par encoche. Ce bobinage 120 est constitué de trois enroulements distincts 111 (phase 1), 112 (phase 2) et 113 (phase 3) avec pour chacun d'eux les entrées EP1, EP2, EP3 et les sorties SPI, SP2 et SP3, chaque enroulement comportant une boucle à trois aller et retour .

Le processus de bobinage du bobinage 120 s'effectue de la façon suivante: a) on bobine en boucle l'enroulement de la première phase 111 vers l'intérieur à travers l'encoche (El) constituant l'entrée EP1 de la première phase choisie par convention comme encoche initiale puis, - vers l'extérieur à travers (E4) qui est la 3'ème encoche repérée par rapport à l'encoche initiale dans le sens trigonométrique direct, - vers l'intérieur à travers (E12) soit la 1lième encoche repérée par rapport à l'encoche initiale dans le sens trigonométrique direct, - vers l'extérieur à travers (E20) soit la 2ième encoche repérée par rapport à l'encoche 25 initiale dans le sens trigonométrique indirect, - vers l'intérieur à travers (E17) soit la 5ième encoche repérée par rapport à l'encoche initiale dans le sens trigonométrique indirect, - vers l'extérieur à travers (E9) soit la 8ième encoche repérée par rapport à l'encoche dans le sens trigonométrique direct pour une reprise de la boucle en (El) jusqu'à sortir en SPI à cette encoche (E9) lorsque cette dernière encoche convenablement remplie, b) on bobine l'enroulement de la deuxième phase 112 suivant le même schéma de bobinage présenté en a) en commençant vers l'intérieur à travers (E8) (encoche d'entrée EP2 de la deuxième phase) et en sortant en SP2 à l'encoche (E16), c) on bobine l'enroulement de la troisième phase 113 suivant le même schéma de bobinage présenté en a) en commençant vers l'intérieur à travers de (E15) (encoche d'entrée SP3 de la troisième phase) et en sortant à SP3 et on obtient ainsi un bobinage à une couche laissant 3 encoches vides (E7), (E14) et (E21).

La figure 4 représente le schéma du bobinage du stator 210 du moteur MV2 comportant un bobinage 220 monocouche à un conducteur par encoche (représenté en trait plein) et un bobinage bicouche 230 à deux conducteurs par encoche (représenté en trait pointillé). Le bobinage 220, identique au bobinage 120 décrit ci-avant, est constitué de trois enroulements distincts 221 (phase 1), 222 (phase 2) et 223 (phase 3) avec pour chacun d'eux les entrées EP1, EP2, EP3 et les sorties SPI, SP2 et SP3, chaque enroulement comportant une boucle à trois aller et retour . Le bobinage bicouche 230 est constitué de trois enroulements distincts 231 (phase 1), 232 (phase 2) et 233 (phase 3) avec pour chacun d'eux les entrées EP1', EP2', EP3' et les sorties SPI', SP2' et SP3', chaque enroulement bicouche comportant une boucle à un aller et retour entre les encoches E7IE14 pour la phase 1, E141E21 pour la phase 2 et E211E7 pour la phase 3.

L'opération de bobinage des deux bobinages 220 et 230 peut s'effectuer de deux façons: - on bobine d'abord toutes les encoches concernées par le bobinage monocouche 220 et ceci pour les trois phases (selon le processus décrit pour le bobinage 120 ci-avant), puis on effectue le bobinage multicouche les trois encoches encore libres (selon le processus décrit ci-après pour le bobinage 230) ; ou - on bobine d'abord l'une des trois phases en monocouche (selon l'opération a), b) ou c) du processus décrit pour le bobinage 120) et en multicouche sur deux des trois encoches non concernées par le bobinage monocouche, puis successivement les deux autres phases pour garnir les trois encoches E7, E14 et E21 (selon l'opération a'), b') ou c') du processus décrit ci-après pour le bobinage 230) . Le processus de bobinage du bobinage bicouche 230 s'effectue de la façon 30 suivante: a') on bobine en boucle à mi-encoche un second enroulement de première phase en série avec le premier enroulement de la même phase à partir de l'encoche (E7) qui la hème encoche repérée par rapport à l'encoche d'entrée (E1) dans le sens trigonométrique direct, vers l'intérieur à travers l'encoche (E7) puis vers l'extérieur à travers (E14) qui est la 13ième encoche repérée par rapport à l'encoche d'entrée dans le sens trigonométrique direct et retour vers l'encoche (E7) et ainsi de suite jusqu'à sortir à l'encoche (E14) lorsque cette dernière est convenablement remplie à mi-encoche, b') on bobine en boucle à mi-encoche un second enroulement de troisième phase suivant le même schéma de bobinage présenté en a'), en commençant vers l'intérieur à travers (E21) puis vers l'extérieur à travers (E7) et retour vers l'encoche (E21) et ainsi de suite jusqu'à sortir à l'encoche (E7) lorsque cette dernière est complètement remplie, et c') on bobine en boucle à mi- encoche un second enroulement de deuxième phase suivant le même schéma de bobinage présenté en a'), en commençant vers l'intérieur à travers (E14) puis vers l'extérieur à travers (E21) et retour vers l'encoche (E14) et ainsi de suite jusqu'à sortir à l'encoche (E21) lorsque cette dernière est complètement remplie, et on obtient ainsi un bobinage à bicouche remplissant les 3 encoches (E7), (E14) et (E21).

Comme illustré sur la figure 4, le conducteur de la phase 1 en sortie SPI de l'enroulement 221 (encoche E9 entièrement garnie) se poursuit par la liaison 241 vers l'encoche E7 entrée EP1' de l'enroulement 231 puis par le bobinage de l'enroulement 231 pour une sortie SPI' après remplissage à mi-encoche en E14, les deux enroulements 221 et 231 étant montés en série pour le stator bobiné du moteur MV2 avec une entrée de phase 1 en EP1 et une sortie de phase SPI'.

Bien évidemment d'autres schémas de bobinage sont possibles pour réaliser des stators bobinés des moteurs MVI et MV2 selon les configurations illustrées aux figures 1 et 3, par exemple des bobinages à trois boucles parallèles pour les enroulements monocouches et une boucle complémentaire pour l'enroulement bicouche en adaptant à ces configurations le principe des boucles parallèles décrit dans le cadre du moteur de l'exemple 1.

On peut constater que la structure du moteur MV2 est très proche au moteur MV1 par sa structure (stator, rotor), son alimentation et le bobinage des 18 encoches à une couche mais complété par le garnissage des encoches vides.

Le degré de liberté ainsi obtenu par la deuxième étape de bobinage permet d'obtenir avec une même structure de moteur de base, des caractéristiques différentes (ondulations de couple dues aux harmoniques de fem., valeur moyenne du couple électromagnétique) simplement suivant le bobinage adopté.

Des essais ont montré une nette augmentation du couple électromagnétique moyen en valeur normalisée pour le moteur MV2 par rapport au moteur MV1. Cette différence vient de l'amélioration de l'occupation d'encoches (remplissage des 3 encoches initialement vides), dans le cas du moteur MV. Le gain G mesuré obtenu correspond sensiblement au rapport du remplissage des encoches vides sur le nombre total d'encoches pondéré par le nouveau coefficient de bobinage soit G 1,15.

Ainsi pour un même encombrement du moteur, on peut ainsi bénéficier d'une augmentation de la valeur du couple électromagnétique tout en réduisant les ondulations de couple dues aux harmoniques de fem.

Pour un même couple et pour un même encombrement, on peut également diminuer la valeur efficace de la charge linéique de courant, ce qui permet de diminuer les pertes par effet Joule par 11G2 tout en réduisant les ondulations de couple dues aux harmoniques de fem., comme montré par le diagramme de la figure 5 donnant les ondulations de couple en grandeur relative en % par rapport à la position mécanique en degré. L'amplitude moyenne des ondulations passe de 1,5% pour MV1 (courbe en +) à 0,5% pour MV2 (courbe en ) pour des périodes d'environ 15 mécaniques. Les équations analytiques de dimensionnement montrent que l'influence de la valeur efficace de la charge linéique de ce courant s'étend sur différentes parties structurelles de la machine. A diamètre et longueur de machine donnés, les pertes par effet Joule sont proportionnelles au carré de la charge linéique de courant alors que le couple électromagnétique est proportionnel à cette grandeur.

La diminution de la valeur efficace de la charge linéique de courant permet par le biais des pertes par effet Joule de diminuer l'échauffement du moteur.

Pour un même couple fourni (c'est-à-dire un même rayon d'alésage) et une même valeur efficace de la charge linéique de courant, le remplissage des encoches vides permet de diminuer la longueur du moteur dans le même rapport que le gain en couple qui aurait été obtenu pour le même encombrement du moteur.

On peut également constater dans le cas du moteur MV2 une amélioration du contenu harmonique de la fem en raison de l'utilisation d'un bobinage à double couche, ce qui permet de retrouver les propriétés avantageuses des bobinages à pas raccourcis.

Claims (1)

1. 24 REVENDICATIONS

   1. Moteur électrique synchrone (100, 200) à aimants (102-103, 202-203) permanents à alimentation polyphasée comprenant un stator (110, 210) dans lequel est formée une pluralité d'encoches E1-E21 régulièrement réparties angulairement par rapport à l'axe XX' du stator, tout ou partie de la dite pluralité d'encoches recevant un bobinage statorique, et un rotor (101, 201) comportant une pluralité de 2p pôles d'aimant où p est égal au nombre de paires de pôles, caractérisé par la combinaison suivante: - le rapport EtIPGCD(Et, 2p) entre, d'une part, le nombre total Et d'encoches E1-E21 de stator et, d'autre part, le Plus Grand Commun Diviseur de Et et 3p, est égal à un multiple du nombre de phases N de l'alimentation du moteur; - le rapport Spp = EtI(2pxN) entre le nombre total d'encoches Et et le produit du nombre d'aimants 2p par le nombre de phase N est égal à un nombre non entier ou fractionnaire; - le bobinage statorique comporte au moins un bobinage à une couche (120, 220), ou bobinage monocouche, à N enroulements conducteurs de phase symétriques (111-112-113, 221-222-223), déphasés entre eux d'un angle électrique de 360 /N et de périodicité q donnée par le PGCD(Et,p), - ledit bobinage statorique monocouche (120, 220) occupant É toutes les Et encoches du stator dans le cas où le rapport EtIPGCD(Et, p) ou le rapport (PPCM (Et, p))lp est un nombre pair, ou É Et (q x N) encoches du stator dans le cas où le rapport EtIPGCD(Et, p) ou le rapport (PPCM (Et, p))lp est un nombre impair, les (q x N) encoches non occupées par le bobinage monocouche comportant q x N encoches réparties angulairement avec décalage de 360 /(q x N).

   2. Moteur synchrone selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas où le rapport Et/PGCD(Et, p) ou le rapport (PPCM (Et, p)/p est un nombre impair, le bobinage statorique comporte de plus un bobinage multicouche (230) pour occuper lesdites q x N encoches non occupées par le bobinage monocouche.

   3. Moteur synchrone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bobinage multicouche (230) est un bobinage à deux couches ou bobinage bicouche.

   4. Moteur synchrone selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le bobinage (220, 230) du stator (210) est effectué de l'une des deux façons suivantes: on bobine d'abord toutes les encoches concernées par le bobinage monocouche (220) et ceci pour les N phases, puis on effectue le bobinage multicouche (230) sur les q x N encoches encore libres; ou on bobine d'abord l'une des N phases en monocouche et en multicouche sur au moins deux encoches non concernées par le bobinage monocouche (220), puis successivement les N-1 autres phases pour garnir les q x N encoches non concernées par le bobinage monocouche.

   5. Moteur synchrone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le nombre de phases N de l'alimentation est égal à trois.

   6. Moteur synchrone selon la revendication 1 à alimentation triphasée, caractérisé en ce que le stator (110) comporte 21 encoches dont 18 comportent un bobinage triphasé monocouche (120), les 3 encoches restantes restant vides.

   7. Moteur synchrone selon la revendication 3 à alimentation triphasée, caractérisé en ce que le stator (210) comporte 21 encoches dont 18 comportent un bobinage triphasé monocouche (220), les 3 encoches restantes comportant un bobinage complémentaire (230) à deux couches.

   8. Moteur synchrone selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'alimentation polyphasée est sensiblement sinusoïdale.

   9. Moteur synchrone selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il présente une fem de forme sinusoïdale.

   10. Moteur synchrone selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un rotor (101, 201) intérieur à aimants permanents (102, 103) sans pièces polaires, lesdits aimants étant accolés sur la surface de ce rotor.

   11. Procédé de bobinage pour stator (110, 210) de moteur selon l'une des revendications 6 et 7 à rotor à 8 pôles, caractérisé en ce que pour réaliser le bobinage à une couche (120, 220) dudit stator, on procède comme suit: a) on bobine en boucle l'enroulement (111, 221) de la première phase vers l'intérieur à travers l'encoche (El) constituant l'entrée de la première phase choisie comme encoche initiale puis, - vers l'extérieur à travers (E4) qui est la 3ième encoche repérée par rapport à l'encoche initiale dans le sens trigonométrique direct, - vers l'intérieur à travers (E12) soit la 11iè'" encoche repérée par rapport à l'encoche initiale dans le sens trigonométrique direct, - vers l'extérieur à travers (E20) soit la 2ième encoche repérée par rapport à l'encoche initiale dans le sens trigonométrique indirect, - vers l'intérieur à travers (El 7) soit la 5ième encoche repérée par rapport à l'encoche initiale dans le sens trigonométrique indirect, - vers l'extérieur à travers (E9) soit la 8ièr"e encoche repérée par rapport à l'encoche dans le sens trigonométrique direct pour une reprise de la boucle en (El) jusqu'à sortir à cette encoche (E9) lorsque cette dernière encoche convenablement remplie, b) on bobine l'enroulement (112, 222) de la deuxième phase suivant le même schéma de bobinage présenté en a) en commençant vers l'intérieur à travers (E8) (encoche d'entrée de la deuxième phase), c) on bobine l'enroulement (113, 223) de la troisième phase suivant le même schéma de bobinage présenté en a) et (El 5) (encoche d'entrée de la troisième phase) et on obtient ainsi un bobinage à une couche laissant 3 encoches vides (E7), (E14) et (E21).

   12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que pour remplir les 3 encoches vides on procède à la mise en place d'un bobinage bicouche comme suit: a') on bobine en boucle à mi-encoche un second enroulement (231) de première phase en série avec le premier enroulement de la même phase à partir de l'encoche (E7) qui la 6ème encoche repérée par rapport à l'encoche d'entrée (El) dans le sens trigonométrique direct, vers l'intérieur à travers l'encoche (E7) puis vers l'extérieur à travers (E14) qui est la 13ième encoche repérée par rapport à l'encoche d'entrée dans le sens trigonométrique direct et retour vers l'encoche (E7) et ainsi de suite jusqu'à sortir à l'encoche (E14) lorsque cette dernière est convenablement remplie à mi- encoche, b') on bobine en boucle à mi-encoche un second enroulement (233) de troisième phase suivant le même schéma de bobinage présenté en a'), en commençant vers l'intérieur à travers (E21) puis vers l'extérieur à travers (E7) et retour vers l'encoche (E21) et ainsi de suite jusqu'à sortir à l'encoche (E7) lorsque cette dernière est complètement remplie, et c') on bobine en boucle à mi-encoche un second enroulement (232) de deuxième phase suivant le même schéma de bobinage présenté en a'), en commençant vers l'intérieur à travers (E14) puis vers l'extérieur à travers (E21) et retour vers l'encoche (E14) et ainsi de suite jusqu'à sortir à l'encoche (E21) lorsque cette dernière est complètement remplie, et on obtient ainsi un bobinage à bicouche remplissant les 3 encoches (E7) , (E14) et (E21).

   13. Procédé de bobinage pour stator (110, 210) de moteur polyphasé selon la revendication 1, à 2p pôles et pour lequel le rapport Spp = Et/(2pxN) est égal à un nombre fractionnaire de formule Spp = a + bic où a est un nombre entier ou nul, b et c sont des nombres entiers non nuls et b n'est pas divisible par c, caractérisé en ce que pour réaliser le bobinage monocouche (110, 210) à pas constant dudit stator comportant un nombre total entier d'encoches Et=NxK réparties en Nxq encoches non concernées NC (E7, E14, E21) et Nx(K-q) encoches concernées EC, on procède comme suit: on détermine le motif d'une série élémentaire de a.c + b encoches bobinées par pas polaire pour une même phase et constituée de nombres de groupes d'encoches bobinées, ou bobines élémentaires, par: un premier jeu de b-q groupes de a+1 bobines, suivi d'un second jeu de q groupes de a+1 bobines dont q bobines vides dans le bobinage monocouche, et suivi d'un troisième jeu de c-b groupes de a bobines; - on bobine l'enroulement (111-112-113, 221-222-223) de chaque phase en boucle en traversant alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur les encoches concernées EC en suivant q fois le motif de ladite série élémentaire dans un même sens de bobinage et en décalant le positionnement de la première encoche de l'enroulement de chaque nouvelle phase de 360 I(Nxq) dans le sens de bobinage pour obtenir bobinage polyphasé symétrique.

   14. Procédé selon la revendication 13 prise en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce que pour remplir les Nxq encoches non concernées NC (E7, E14, E21), on procède à la mise en place d'un bobinage bicouche (230) en boucle en traversant alternativement vers l'intérieur et vers l'extérieur les encoches non concernées NC en remplissant: - si le paramètre a est différent de zéro, chaque encoche non concernée NC vide avec les conducteurs des enroulements présents dans les deux encoches concernées EC entourant ladite encoche vide, ou - si le paramètre a= 0, chaque encoche non concernée NC vide de chaque phase 10 avec les conducteurs des enroulements correspondants à deux autres phases.

   15. Direction assistée de véhicule automobile comportant un moteur selon l'une des revendications 1 à 9, ou incorporant un stator obtenu selon le procédé conforme à l'une des revendications 10 à 14.