FR2873513A1

FR2873513A1 - Moteur electrique sans balais

Info

Publication number: FR2873513A1
Application number: FR0453254A
Authority: FR
Inventors: Katsumi Ohata; Masatsugu Nakano; Tetsunao Takaki
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-07-22
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-01-27
Anticipated expiration: 2024-12-30
Also published as: DE102004060851A1; JP4791013B2; FR2873513B1; JP2006042414A; US7202585B2; CN1725600A; DE102004060851B4; US20060017343A1; CN100362728C

Abstract

Moteur électrique sans balais.Le moteur comprend un stator (4) ayant un noyau dans lequel sont formées des fentes et des bobines disposées dans lesdites fentes, respectivement, dudit noyau et un rotor (6) ayant une pluralité d'aimants (5) du type segment disposés à l'intérieur dudit stator (4) de manière à faire face au stator dans lequel lesdits aimants sont magnétisés en orientation radiale inverse de telle manière que les champs magnétiques dirigés vers ledit stator (4) convergent vers ledit stator (4) et que chacun des aimants (5) est équipé aux extrémités opposées de sa surface périphérique externe d'une paire de parties entaillées (12) qui sont coupées pour se rapprocher peu à peu dans un sens axial au fur et à mesure qu'elles avancent depuis une partie intermédiaire jusqu'aux extrémités opposées.

Description

MOTEUR ELECTRIQUE SANS BALAIS

CONTEXTE DE L'INVENTION Domaine de l'invention La présente invention concerne un moteur sans balais du type à rotor interne, équipé d'un rotor ayant une pluralité d'aimants du type segment disposés à l'intérieur d'un stator de manière à faire face au stator.

Description de l'art connexe

On connaît un moteur sans balais traditionnel du type à rotor interne, équipé d'un rotor avec des aimants du type segment, d'orientation radiale (c'est-à-dire un champ magnétique dirigé vers le stator et diffusant vers le stator) (voir par exemple un document de brevet. Demande de brevet japonais mise à l'inspection publique n 2003-230239).

Un tel moteur traditionnel sans balais ayant des aimants d'orientation radiale pose le problème suivant: la densité du flux magnétique est faible dans un espace entre le stator et le rotor et la valeur d'une tension induite baisse en conséquence, fournissant ainsi un faible couple de sortie par courant.

Claims

RESUME DE L'INVENTION La présente invention a pour objectif d'éviter le problème précité et de fournir un moteur sans balais capable d'augmenter le couple de sortie tout en prévenant une augmentation de pertes par courant parasite. Dans un moteur sans balais selon la présente invention, des aimants sont magnétisés en orientation radiale inverse de telle manière que les champs magnétiques dirigés vers un stator convergent vers le stator et que chacun des aimants est équipé aux extrémités opposées de sa surface périphérique externe d'une paire de parties entaillées qui sont coupées pour se rapprocher peu à peu dans un sens axial au fur et à mesure qu'elles avancent depuis une partie intermédiaire jusqu'aux extrémités opposées. Avec le moteur sans balais selon la présente invention, le couple de sortie de celui-ci peut être augmenté tout en prévenant une augmentation de pertes par courant parasite. L'objet ci-dessus ainsi que d'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront plus facilement évidents à l'homme du métier grâce à la description détaillée suivante des modes de réalisation préférés de la présente invention considérée conjointement avec les dessins joints. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est une vue latérale en coupe transversale montrant un moteur sans balais conforme à un premier mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 est une vue de face en coupe transversale montrant le moteur sans balais de la figure 1. La figure 3 est une vue montrant l'orientation 5 du champ magnétique de l'aimant de la figure 1. La figure 4 est une vue de face en élévation montrant l'aimant de la figure 1. La figure 5 est une vue caractéristique montrant la relation entre l'angle de rotation d'un rotor et 10 une tension induite par phase. La figure 6 est une vue de face en élévation montrant un aimant d'orientation radiale. La figure 7 est une vue caractéristique montrant la relation entre l'angle de rotation d'un rotor et une tension induite par phase dans l'aimant de la figure 6. La figure 8 est une vue de face en élévation montrant un aimant d'orientation parallèle. La figure 9 est une vue caractéristique montrant la relation entre l'angle de rotation d'un rotor et une tension induite par phase dans l'aimant de la figure 8. La figure 10 est une vue de face en élévation montrant un aimant d'orientation radiale inverse. La figure 11 est une vue caractéristique montrant la relation entre l'angle de rotation d'un rotor et une tension induite par phase dans l'aimant de la figure 10. La figure 12 est une vue caractéristique montrant 30 la relation entre un facteur de forme n et un taux de pertes par courant parasite dans le moteur sans balais selon le premier mode de réalisation. La figure 13 est une vue caractéristique montrant la relation entre un facteur de forme a et un taux des couples dans le moteur sans balais selon le premier mode de réalisation. La figure 14 est une vue de face en élévation montrant l'orientation du champ magnétique de l'aimant selon le second mode de réalisation. La figure 15 est une vue en coupe transversale lorsque l'aimant de la figure 14 est coupé dans le sens axial. DESCRIPTION DES MODES DE REALISATION PREFERES Maintenant les modes de réalisation préférés de la présente invention sont décrits en détails en se référant aux dessins joints. Dans l'ensemble des modes de réalisation suivants et des figures illustrées de la présente invention, les éléments ou pièces identiques ou correspondants sont identifiés par les mêmes symboles. Mode de réalisation 1. La figure 1 est une vue latérale en coupe transversale d'un moteur sans balais selon le premier mode de réalisation de la présente invention coupé le long d'une direction axiale. La figure 2 est une vue de face en coupe transversale du moteur sans balais de la figure 1 coupé le long d'une direction diamétrale. Ce moteur sans balais, désigné en général par la référence 1, est composé d'un moteur pour un appareil de commande à puissance électro-hydraulique entraîné en permanence pour fonctionner même pendant une opération non concernée par la direction et qui est équipé d'un rotor 6 monté de manière fixe sur un axe 16 et d'un stator 4 ajusté serré à l'intérieur et solidement attaché à un cadre 2 d'une forme à fond cylindrique constituée d'une tôle d'acier et est disposé autour de la périphérie externe du rotor 6 avec un espace formé entre elles. Le rotor 6 est soutenu de manière pivotable sur un boîtier 7 en aluminium et le cadre 2 par l'axe 16 sur ses extrémités opposées au moyen d'un premier palier 8 fixé au boîtier 7 et d'un second palier 9 fixé au fond du cadre 2. Dans ce rotor 6, des aimants du type segment 5 sous forme d'aimants en ferrite sont disposés de manière à faire face au stator 4 avec leurs pôles N et leurs pôles S agencés de manière alternée. Le stator 4 est équipé d'un noyau 10 formé de plaques de tôles laminées et pourvu de neuf fentes 11 formées sur son côté radialement interne, s'étendant dans une direction axiale et disposées dans un sens circonférentiel à intervalles égaux et de bobines 3 disposées dans les fentes 11, respectivement et enroulées respectivement autour d'éléments du noyau 10 s'étendant de manière radiale. Ce moteur sans balais 1 est utilisé comme une source de commande pour l'appareil de direction à puissance électro-hydraulique (non représenté) et lorsqu'un conducteur fait fonctionner un volant de direction d'un véhicule non décrit, le moteur sans balais 1 est commandé pour fonctionner conformément à l'angle de direction, à la vitesse de roulement du véhicule etc., de sorte qu'une pompe hydraulique non décrite est commandée par le moteur sans balais 1 pour générer une pression hydraulique qui sert à son tour à fournir une force de maintien de direction à un système de direction non décrit au moyen d'un vérin de commande. Avec le moteur sans balais 1, les bobines 3 des phases respectives sont alimentées en courants commutés en fonction de l'angle de direction du volant de direction, de la vitesse de roulement du véhicule etc., de sorte que les champs pivotants sont générés dans le stator 4, au moyen duquel le rotor 6 est commandé pour pivoter de manière à suivre les champs pivotants. La figure 3 illustre un aimant 5 indiqué sur les figures 1 et 2, magnétisé en orientation radiale inverse de telle manière qu'un champ magnétique s'étendant dans une direction vers le stator 4 converge vers le stator 4 et est formé sur ses extrémités opposees avec une paire de parties entaillées 12 coupées de manière à se rapprocher peu à peu dans le sens axial (c'est-à-dire avec leur rayon diminuant graduellement) au fur et à mesure qu'elles avancent depuis une partie intermédiaire vers les extrémités opposées. La zone S (voir figure 4) de chacune des paires de parties entaillées 12 est en général exprimée par la formule S = (D2/ P) x e dans laquelle D est la dimension diamétrale de la partie périphérique externe axialement intermédiaire de chaque aimant 5; P est le nombre de paires de pôles; et a est un facteur de forme. Dans ce cas, le nombre de fentes est égal à 9; P est égal à 3 et le facteur de forme a à ce moment-là est une valeur de la plage 0 < e L 0,012. Par exemple, la configuration de chaque partie entaillée 12 est coupée dans une forme linéaire mais peut être coupée en forme d'arc circulaire. Des expériences ont permis à l'inventeur d'obtenir une vue caractéristique montrant la relation entre l'angle de rotation du rotor 6 et la tension induite par phase dans le moteur sans balais de ce premier mode de réalisation. La figure 5 est la vue caractéristique obtenue à ce moment-là. Des expériences ont également permis à l'inventeur d'obtenir une vue caractéristique d'un moteur sans balais utilisant un aimant 5A d'orientation radiale comme exemple de comparaison, comme l'indique la figure 6. La figure 7 est la vue caractéristique obtenue à ce moment-là. De la même façon, une vue caractéristique d'un moteur sans balais utilisant un aimant 5B d'orientation parallèle (c'est-à-dire des lignes de champs magnétiques dirigées vers un stator parallèles les unes aux autres) comme l'indique la figure 8, a été obtenue. La figure 9 est la vue caractéristique obtenue à ce moment-là. De plus, une vue caractéristique d'un moteur sans balais utilisant un aimant 5C d'orientation radiale inverse sans parties entaillées sur ses extrémités opposées, comme l'indique la figure 10, a été obtenue. La figure 11 est la vue caractéristique obtenue à ce moment-là. D'après les vues caractéristiques des figures 7, 9 et 11, on peut constater que la tension induite par phase est plus grande lorsque l'aimant 5B d'orientation parallèle a été utilisé que lorsque l'aimant 5A d'orientation radiale a été utilisé et que la tension induite par phase est plus grande lorsque l'aimant 5C d'orientation radiale inverse a été utilisé que lorsque l'aimant 5B d'orientation parallèle a été utilisé. Cela est dû au fait que la densité du flux magnétique dans l'espace entre le stator 4 et le rotor 6 est plus grande dans le cas de l'aimant 5C d'orientation radiale inverse que dans le cas des autres aimants 5a, 5B. Pour l'aimant 5C, l'onde de la tension induite par phase n'était pas une courbe lisse mais une onde d'une courbe beaucoup plus proche d'une onde sinusoïdale a été obtenue dans le cas de l'aimant 5 d'orientation radiale inverse avec les parties entaillées 12 sur ses extrémités opposées. La figure 12 est une vue caractéristique qui montre le changement d'un taux de pertes par courant parasite par rapport au facteur de forme a dans le moteur sans balais de ce mode de réalisation obtenu par des expériences avec le facteur de forme a pris sur l'axe des ordonnées et le taux de pertes par courant parasite considéré comme l'axe des abscisses. Le taux de pertes par courant parasite est fixé à 100 lorsque a = 0, c'est-à-dire lorsque la zone S de chaque partie entaillée 12 est zéro. Cette figure permet de comprendre que plus la zone S est grande, plus les pertes par courant parasite diminuent. La figure 13 est une vue caractéristique qui montre le changement de taux des couples par rapport à a obtenu par des expériences dans lesquelles le facteur de forme a est considéré corme l'axe des ordonnées et le taux des couples est considéré comme l'axe des abscisses. Comme on peut le constater d'après cette figure, le couple de production par courant est fixé à 100% lorsque a = 0, c'est-à-dire lorsque la zone S de chaque partie entaillée 12 est zéro. Selon cette vue caractéristique, on comprendra que le couple de sortie en fonction du courant diminue au fur et à mesure que la zone de chaque partie entaillée 12 augmente. Plus la densité du flux magnétique est importante dans l'espace entre le stator 4 et le rotor 6, plus le couple de sortie du moteur augmente, de sorte que la densité du flux magnétique prend des valeurs plus grandes, dans l'ordre de l'aimant 5A d'orientation radiale, de l'aimant 5B d'orientation parallèle et de l'aimant 5 d'orientation radiale inverse. L'inventeur a trouvé, grâce à des expériences, que lorsque le taux des couples avec un moteur sans balais comprenant l'aimant 5C d'orientation radiale inverse avec 6 pôles et 9 fentes est fixé à 100%, le taux des couples d'un moteur sans balais comprenant l'aimant 5B d'orientation parallèle avec 6 pôles et 9 fentes est de 93%. En conséquence, on peut constater d'après la vue caractéristique de la figure 13 que pour que le moteur sans balais de ce mode de réalisation obtienne un couple supérieur à celui d'un moteur sans balais comprenant l'aimant 5B d'orientation parallèle, il est nécessaire de fixer le facteur de forme e dans la plage de e L 0,012. De plus, lorsque le facteur de forme a est égal à 0, la zone S de chaque partie entaillée 12 est égale à 0 et de ce fait pour que S soit supérieur à zéro, a est fixé pour être supérieur à zéro (0< a). Selon le moteur sans balais de ce mode de réalisation, la densité du flux magnétique de chaque aimant 5 dans l'espace entre le stator 4 et le rotor 6 est plus grande que celle des autres aimants 5A, 5B et de ce fait une augmentation des pertes par courant parasite devient en conséquence plus importante mais comme on peut le voir d'après la vue caractéristique de la figure 5, la prévision de parties entaillées 12 pour chaque aimant 5 sert à amener la tension par phase induite dans le moteur sans balais par rapport à l'angle de rotation du rotor 6 dans une courbe proche d'une onde sinusoïdale, grâce à quoi il est possible de prévenir l'augmentation des pertes par courant parasite, permettant ainsi d'assurer une tension induite élevée par phase. En outre, la tension induite est une courbe proche de l'onde sinusoïdale, si bien qu'un changement abrupt du flux magnétique est prévenu, ce qui a un effet important sur la réduction du couple à dentures et de ce fait sur la réduction du bruit. D'autre part, chaque aimant 5 est entaillé ou coupé aux extrémités opposées de sa surface périphérique externe si bien que le volume de chaque aimant 5 peut être réduit en conséquence et de ce fait le coût de fabrication est également réduit en conséquence. En outre, lorsque le facteur de forme a est dans la plage de 0 < a L 0, 012, un couple de sortie par courant du moteur sans balais de ce mode de réalisation est assuré, qui est plus grand que celui du moteur sans balais 6 ayant les aimants 5B d'orientation parallèle avec 6 pôles et 11 fentes. Notez ici que lorsque le facteur de forme a est proche de zéro dans la plage de 0 < a L 0,012, le couple par courant devient plus grand et de ce fait il convient à un moteur sans balais dans lequel le couple élevé est dans la plage réelle d'utilisation, alors que lorsque le facteur de forme a est proche de 0,012, la tension induite a une onde en conséquence proche d'une onde sinusoïdale et le taux de pertes par courant parasite est faible, il convient donc à un moteur sans balais dans lequel la vitesse de rotation élevée se trouve dans la plage d'utilisation réelle. En conséquence, lorsque le moteur sans balais de ce mode de réalisation est appliqué à un appareil de direction à puissance électro-hydraulique entraîné en permanence même pendant une opération non concernée par la direction, on profite des avantages suivants. A savoir qu'il devient possible de diminuer le courant maximum à couple élevé correspondant pendant une direction fixe, de sorte que la charge de la batterie peut être réduite et en même temps la quantité de courant consommée pendant une opération non concernée par la direction, dans laquelle le moteur sans balais est entraîné en permanence pour fonctionner à couple réduit, peut aussi être réduite du fait de la réduction de pertes par courant parasite, permettant ainsi l'amélioration de la consommation de carburant en litres aux 100 kilomètres. Mode de réalisation 2. La figure 14 est une vue en élévation de face qui illustre un aimant 5 selon un second mode de réalisation de la présente invention et la figure 15 est une vue en coupe transversale lorsque l'aimant 5 de la figure 14 est coupé le long d'une direction axiale. Similaire au premier mode de réalisation susmentionné, cet aimant 5 est magnétisé en orientation radiale inverse de telle manière qu'un champ magnétique dirigé vers le stator 4 converge vers le stator 4 et que l'aimant 5 a une paire de parties entaillées 12 formées aux extrémités opposées de la surface périphérique externe de celles-ci. De plus, l'aimant 5 est magnétisé de sorte que le champ magnétique dirigé vers le stator 4 converge sur un côté axialement central du noyau 10 sur une section transversale prise le long de la direction axiale (orientation centrale), comme le montre la figure 15. Dans le moteur sans balais de ce second mode de réalisation, les mêmes avantages que ceux du premier mode de réalisation peuvent être obtenus et, en plus, le champ magnétique de l'aimant 5 est disposé en orientation centrale, de sorte que le flux de dispersion vers le stator 9 peut être réduit et le couple de production peut être amélioré en conséquence. Alors que l'invention a été décrite en termes de modes de réalisation préférés, l'homme de l'art reconnaîtra que l'invention peut être mise en pratique avec des modifications conformes à l'esprit et l'étendue des revendications jointes. REVENDICATIONS

1. Moteur sans balais comprenant: un stator (4) ayant un noyau dans lequel sont formées des fentes et des bobines disposées dans lesdites fentes, respectivement, dudit noyau; et un rotor (6) ayant une pluralité d'aimants (5) du type segment disposés à l'intérieur dudit stator (4) de 10 manière à faire face au stator; dans lequel lesdits aimants sont magnétisés en orientation radiale inverse de telle manière que les champs magnétiques dirigés vers ledit stator (4) convergent vers ledit stator (4) et que chacun des aimants (5) est équipé aux extrémités opposées de sa surface périphérique externe d'une paire de parties entaillées (12) qui sont coupées pour se rapprocher peu à peu dans un sens axial au fur et à mesure qu'elles avancent depuis une partie intermédiaire jusqu'aux extrémités opposées.

2. Moteur sans balais selon la revendication 1, dans lequel une zone de chacune desdites paires de parties entaillées (12) est exprimée par la formule suivante.

S=(D2/P)x a dans laquelle D est la dimension diamétrale de ladite partie intermédiaire de ladite surface périphérique externe de chacun desdits aimants; P est le nombre de paires de pôles; et a est un facteur de forme compris dans la plage de 0< a L 0,C12.

3. Moteur sans balais selon la revendication 1, dans lequel lesdits aimants (5) sont magnétisés de telle sorte que ladite orientation radiale inverse converge sur un côté axialement central dudit noyau sur une section transversale le long du sens axial.

4. Application d'un moteur sans balais, selon la revendication 1 à la fourniture de puissance à un appareil de direction à puissance électrohydraulique.