WO2009016023A1 - Moteur biphase avec un rotor a aimant multipolaire, en particulier pour l'entraînement de l'indicateur d'un affichage analogique - Google Patents

Moteur biphase avec un rotor a aimant multipolaire, en particulier pour l'entraînement de l'indicateur d'un affichage analogique Download PDF

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WO2009016023A1
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WO
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poles
stator
teeth
pole
main
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PCT/EP2008/059177
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Daho Taghezout
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Microcomponents Ag
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    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • Two-phase motor with a multipolar magnet rotor especially for driving the indicator of an analog display
  • the invention relates to a two-phase motor comprising a rotor with a ring-shaped multipolar magnet and a stator associated with two coils mounted respectively on two cores of this stator.
  • the multipolar magnet provided in the context of the present invention defines in the region of its outer lateral surface a plurality of magnetic poles each generating at its lateral surface a magnetic flux of substantially radial orientation with alternating polarity.
  • the present invention relates more particularly to relatively small size motors used in analog display devices for driving at least one analog indicator, in particular a needle.
  • a display device is integrated in the dashboard of a motor vehicle to indicate its speed or the number of revolutions / minutes of the engine system of this vehicle.
  • the engine according to the invention is of the synchronous type and can operate in a continuous / quasi-continuous or step-by-step mode.
  • the object of the present invention is to provide an efficient motor for actuating the indicator of an analog display and which is inexpensive, that is to say formed of simple pieces to be machined and which can be assembled easily.
  • Another object of the invention is to provide a two-phase multipolar rotor motor which has an electrical phase shift between its two coils of substantially 90 °, ie such a phase shift between the two magnet-coil coupled magnetic fluxes, all having a minimized parasitic positioning torque, i.e., less reluctant effect.
  • Another object of the invention is to provide a two-phase motor structure which makes it possible to spatially arrange its two supply coils with great flexibility so as to make it possible to better adapt the stator and the coils to the devices in which it is planned to incorporate such an engine.
  • an object of the invention is to be able to size the motor supply coils independently of the rotor dimensions and the arrangement of the magnetic poles of the stator.
  • the present invention relates to a motor of the type described above and characterized in that the stator comprises four main magnetic poles each having the same number of teeth arranged at the periphery of the multipole magnet of the rotor for collecting locally. the magnetic flux generated by the plurality of magnetic poles of this magnet, the number of teeth per pole being greater than one.
  • This motor is then characterized in that the number N of magnetic poles of the rotor is chosen so that N / 2 is an odd number. Then, this motor is further characterized by a symmetrical and regular arrangement of the teeth of the four main poles around the multipolar magnet, the teeth of any main pole of the stator being offset substantially by 90 ° relative to the corresponding teeth of each of the two adjacent main poles.
  • This motor is finally characterized by two coil cores magnetically connected by the stator respectively to two different pairs of diametrically opposite main magnetic poles relative to the axis of rotation of the rotor.
  • two main magnetic poles of the stator respectively belonging to the two pairs of main poles, are magnetically connected to form a common magnetic pole, the two other main magnetic poles forming two other poles of this stator.
  • This embodiment is particularly advantageous because it makes it possible to best use the magnetic flux of the magnet and thus to have a mutual flux magnet -bobin relatively important.
  • FIG. 1 is a schematic top view of a first embodiment of a biphase multipole motor according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view from above of a second embodiment of an engine according to the invention
  • FIG. 3 is a schematic view from above of a third embodiment of an engine according to the invention.
  • FIG. 4 is a schematic representation of the motor of Figure 3 with an enlargement of the rotor and teeth forming the four main poles of the engine;
  • FIGS. 5A and 5B respectively show the magnet-coil coupled fluxes for each of the two coils of the motor of FIG. 3;
  • FIGS. 6A and 6B schematically show two embodiments of the multipole magnet of the rotor of the motor of FIG. 3.
  • the first embodiment of a motor 2 shown in FIG. 1 comprises a rotor 4 formed by a ring-shaped multipolar magnet 6 and a stator 8 formed of four main magnetic poles 10, 11, 12 and 13.
  • main poles includes two 16A teeth and - AT -
  • the two teeth of a pole are respectively located at both ends of this pole. Between two adjacent teeth of two adjacent main poles is arranged an air gap to magnetically isolate the main poles of the stator.
  • the stator teeth are arranged at the periphery of the multipole magnet 6 to locally capture the magnetic flux generated by the plurality N of poles of the multipole magnet.
  • the N magnetic poles of the magnet coupled to the stator are located in the region of the outer lateral face 7 of the annular magnet, each of which these poles generating at this lateral surface a magnetic flux of substantially radial orientation, with an alternating polarity.
  • Radial orientation comprises a direction perpendicular to the axis of rotation of the rotor, that is to say a direction in a plane parallel to the plane of FIG. 1.
  • the number of teeth per main pole of the stator is identical and greater than one.
  • the end 20 of the teeth defines an angle at the center ⁇ .
  • the angle at the center ⁇ between the midpoints of two adjacent teeth of two main poles is substantially equal to 1, 5-oc. This case makes it possible to predict that the angle ⁇ defined by the teeth is substantially equal to the angle at the center ⁇ . Such an embodiment makes it possible to better capture the flow generated by a pole of the rotor when the tooth is located opposite it.
  • the multipole magnet 6 defines a general plane corresponding to that of FIG. 1, in which the four main poles of the stator extend, in particular the teeth of these main poles.
  • the stator further comprises two cores 26 and 28 on which two supply coils 22 and 24 are respectively mounted.
  • the first core 26 is magnetically connected to a first pair of main poles 10 and 12.
  • the second core 28 is magnetically connected to the second pair formed by the other main poles 11 and 13.
  • the poles of each of the first and second pairs of poles are opposite each other relative to the axis of rotation of the rotor.
  • the four main poles can be physically connected by thin bridges defining magnetic insulation isthms.
  • the motor 32 comprises a stator 30 also formed of four main magnetic poles 40, 41, 42 and 43.
  • the number N of poles selected for the rotor makes it possible to arrange these main poles each with three teeth 46, 47 and 48 (only the pole 40 has its referenced teeth).
  • the three teeth of the same pole are distributed regularly around the periphery of the multipole magnet 36.
  • the angle at the center ⁇ between an end tooth 46, 48 and the adjacent tooth 47 of the same main pole is equal to twice the angle ⁇ defined by a magnetic pole of the rotor.
  • the middle tooth 47 here has a width substantially equal to that of the end teeth 46 and 48.
  • the angle between the two end teeth of the same main pole is equal to 2 * ⁇ , that is to say - say substantially equal to four times the angle oc.
  • This second embodiment has characteristics similar to the first embodiment. Indeed, the angular spacings between the teeth of the same pole and between the adjacent teeth of two adjacent main poles relative to the angle at the center oc between two adjacent poles of the rotor are identical in both cases.
  • the nuclei 26 and 28 have a superposition zone, that is to say that they intersect in projection in the plane 1 and 2.
  • the first core 26 is fixed on the two poles 10 and 12 with which it is associated, while the core 28 is fixed below the two. other poles 1 1 and 13 to which this last nucleus is associated.
  • Other variants may be provided by those skilled in the art while maintaining a generally flat general structure for the engine.
  • N the number of poles of the multipolar magnet is chosen so that N / 2 is odd is important for the motor according to the invention.
  • N a north pole
  • S south pole
  • the pairs of opposite main poles with which the two coils 22 and 24 are respectively associated are magnetically 180 ° out of phase relative to one another.
  • the teeth of a main pole are located substantially facing as many poles of the multipolar magnet having a first polarity
  • the teeth of the opposite main pole are substantially facing as many poles of the multipolar magnet having a second polarity opposite to said first polarity.
  • This selection therefore makes it possible to associate two diametrically opposed poles with the same coil and in addition to regularly distributing the four main poles of the stator around the multipole magnet of the rotor, while having a magnetic phase shift of 90 ° between the two phases of the two-phase motor according to the invention, that is to say a phase shift of 90 ° between the two magnet-coil coupled flux.
  • Figures 3 to 6B will be described hereinafter a third embodiment of the invention. This third embodiment differs from the first two modes described above by several new and inventive features providing benefits in terms of operating efficiency, compactness and cost of manufacture.
  • the two-phase motor 52 comprises a rotor 54 provided with a multipole magnet 56 with ten poles located in the region of the lateral surface 57 of this magnet 56.
  • the magnetic flux generated outside the magnet by this plurality of poles have a substantially radial orientation.
  • the stator 58 defines four main magnetic poles 60, 61, 62 and 63. According to a particular characteristic of this third embodiment, the two main poles 62 and 63 together form a common magnetic pole, these two poles being connected magnetically by a part 64 of the stator forming a bridge of magnetic material between the two poles.
  • the core 68 of the coil 24 has a first end connected to the main pole 61 and a second end connected to a stator part of the common magnetic pole located on the side of the main pole 62 adjacent to this main pole 61.
  • the core 66 carrying the coil 22 has a first end attached to the main pole 60 and a second end connected to a portion of the common magnetic pole located on the side of the main pole 63 adjacent to the main pole 60.
  • the two cores 66 and 68 are arranged on one side and the other of the motor 52, the cores having no respective zones superimposed on one another.
  • the coil 22 is associated or magnetically coupled to a first pair of main poles 60 and 62 which are diametrically opposed relative to the axis of rotation of the rotor.
  • the coil 24 is associated or magnetically coupled to the second pair of main poles 61 and 63 which are diametrically opposed to each other relative to said axis of rotation.
  • the two main poles forming the common magnetic pole respectively belong to the first and second pairs of opposite main poles.
  • the two main poles 60 and 61 form two magnetic poles isolated from each other and from the common magnetic pole.
  • This advantageous arrangement of the stator makes it possible to have the two cores 66 and 68 in the same second plane parallel to the first plane in which the remainder of the stator 58 extends. This first plane is coincident with the general plane of the motor defined by the multipolar magnet 56.
  • the common magnetic pole has a blind slot 70 arranged between the two main poles 62 and 63 which forms it, this blind slot separating two adjacent teeth 66D and 68C respectively belonging to these two poles 62 and 63.
  • This slot 70 has preferably a depth greater than that provided between two teeth of the same main pole.
  • FIG. 5A shows a position of the multipolar magnet 56 for which the magnetic flux of this magnet picked up by the teeth of the main poles circulates essentially in a magnetic circuit comprising the core 66 of the coil 22.
  • this first configuration corresponds to the maximum flux of the multipole magnet can circulate in the core 66. It is therefore the mutual magnet-coil maximum flow for the first phase.
  • FIG. 5B shows a second position of the multipolar magnet 56 for which the flux of the multipolar magnet coupled to the stator via the teeth of the main poles essentially passes through a magnetic circuit comprising the core 68 of the coil 24.
  • This second configuration corresponds to This second configuration also corresponds to the maximum mutual flux for the second phase of the two-phase motor 52.
  • the angular offset between the two respective positions of FIGS. 5A and 5B corresponds substantially to the maximum flux of the magnet that can be coupled to the coil. a magnetic half pole of the magnet 56.
  • the two phases of the motor are well magnetically offset by 90 °, which corresponds to an optimal situation as in the first two embodiments, but here with a simplified structure of the stator allowing to have a rigid and compact stator with the two coil cores located on the same side of it.
  • the main poles of the magnetically distinct stator are connected by thin bridges 74, 75 and 76. These bridges define magnetic insulation isthms and a material connection between the various main poles of the stator so as to have a single flat plate defining the four main poles.
  • These thin bridges can be conventionally vertical, that is to say having a narrowing in the general plane of the stator as shown in the figures, or horizontal, that is to say forming locally a reduction in the thickness of the the stator plate so as to generate sufficient resistance to the passage of the magnetic flux.
  • a combination of these two variants is also possible.
  • Figure 4 is a partial and enlarged representation of Figure 3.
  • the four main poles of the stator surrounding the rotor 54 are shown only partially.
  • the magnetic connections established by the rest of the stator are schematized by a line connecting these four main poles.
  • the fundamental angle to which the other angles defining the various parts of the stator relate corresponds to the angle at the center ⁇ of each annular sector defining a magnetic pole of the multipolar magnet 56. Based on the arrangement of the main poles of the stator relative to the multipole magnet in the first two embodiments, the skilled person does not think a priori achieve such a motor with a magnet multipolar only ten magnetic poles.
  • the teeth 66A, 68A; 66B, 68B; 66C, 68C; 66D, 68D of the main poles have been arranged to allow the electromagnetic operation of the motor described above while ensuring an effective coupling between the supply coils and the multipole magnet of the rotor and by decreasing at best the reluctant effect due to stator teeth.
  • the angle at the center ⁇ defined by the end 20 of the teeth has a value clearly less than that of the angle oc.
  • each tooth can however capture most of the flux generated by a pole of the multipolar magnet when it is aligned with the magnetic pole.
  • the angle at the center ⁇ defined by the midpoints of the two teeth of any main pole is preferably less than twice the value of the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ between the midpoints of two adjacent teeth respectively belonging to two adjacent main poles has a value less than that of the angle ⁇ .
  • the arrangement of two adjacent teeth of distinct and adjacent poles may have a lower angle at the center while ensuring a gap sufficient to magnetically isolate two distinct poles and for allow the magnetic flux of a pole of the multipolar magnet is essentially captured by a single tooth at least when the latter is aligned on this pole.
  • the angular offset between two corresponding teeth has a value of 90 °.
  • the above-mentioned 90 ° angular offset corresponds to a magnetic phase shift of 90 ° (ie a magnetic half-pole : oc / 2) between the two phases (two coils) of the engine.
  • N / 2 gives, for an angular offset of 90 ° between the corresponding teeth of the two adjacent main poles 60 and 61 respectively coupled to the two coils 24 and 22, N / 4 rotor poles, which is equal to an integer number of poles plus one half pole.
  • the center angle between two adjacent teeth may vary.
  • the angle ⁇ between an end tooth and the adjacent tooth of the same pole may be between 1.5 * oc and 1.9 * oc, whereas the angle at the center between two adjacent inner teeth may be equal to 2'OC.
  • the inner teeth may have a width greater than that of the end teeth of the main pole in the context of this fourth embodiment.
  • FIGS. 6A and 6B respectively show two alternative embodiments of the multipolar magnet 56A and 56B for the rotor 54.
  • the magnet 56A has curved magnetic field lines between the magnetic poles defined at the lateral face 57 of this magnet.
  • Magnet 56B has substantially radial and opposite-direction magnetic field lines for two adjacent poles.
  • the annular magnet may be formed of a single piece or of several pieces.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)

Abstract

L'invention concerne un moteur biphasé (52) ayant un rotor (54) avec un aimant multipolaire (56) et un stator (58) ayant quatre pôles principaux (60, 61, 62 et 63). L'aimant a un nombre N de pôles supérieur ou égal à dix (N > = 10) qui génèrent des flux magnétiques d'orientation radiale et chaque pôle principal du stator a un nombre X de dents fonction du nombre N. N/2 est prévu impair et le décalage angulaire entre deux dents correspondantes de deux pôles principaux adjacents est égal à 90°. Chaque bobine (22, 24) du moteur est couplée à une paire de pôles principaux diamétralement opposés. Dans une variante, deux pôles principaux forment un pôle magnétique commun du stator.

Description

Moteur biphasé avec un rotor à aimant multipolaire, en particulier pour l'entraînement de l'indicateur d'un affichage analogique
L'invention concerne un moteur biphasé comprenant un rotor avec un aimant multipolaire de forme annulaire et un stator associé à deux bobines montées respectivement sur deux noyaux de ce stator. L'aimant multipolaire prévu dans le cadre de la présente invention définit dans la région de sa surface latérale extérieure une pluralité de pôles magnétiques générant chacun à sa surface latérale un flux magnétique d'orientation sensiblement radial avec une polarité alternée. La présente invention concerne plus particulièrement des moteurs de relativement petites dimensions utilisés dans des dispositifs d'affichage analogique pour entraîner au moins un indicateur analogique, notamment une aiguille. Par exemple, un tel dispositif d'affichage est intégré dans le tableau de bord d'un véhicule automobile pour indiquer sa vitesse ou le nombre de tours/minutes du système moteur de ce véhicule. Le moteur selon l'invention est du type synchrone et peut fonctionner dans un mode continu/quasi continu ou pas à pas.
La présente invention a pour but de fournir un moteur efficace pour actionner l'indicateur d'un affichage analogique et qui soit peu onéreux, c'est-à-dire formé de pièces simples à usiner et pouvant être assemblées aisément.
L'invention a aussi pour but de fournir un moteur biphasé à rotor multipolaire qui présente un déphasage électrique entre ses deux bobines de sensiblement 90°, c'est-à-dire un tel déphasage entre les deux flux magnétiques couplés aimant-bobine, tout en ayant un couple de positionnement parasite minimisé, c'est-à-dire un moindre effet réluctant. L'invention a encore pour but de fournir une structure de moteur biphasé permettant d'agencer spatialement ses deux bobines d'alimentation avec une grande flexibilité, de manière à permettre d'adapter au mieux le stator et les bobines aux dispositifs dans lesquels il est prévu d'incorporer un tel moteur. En particulier, un but de l'invention est de pouvoir dimensionner les bobines d'alimentation du moteur indépendamment des dimensions du rotor et de l'agencement des pôles magnétiques du stator.
A cet effet, la présente invention concerne un moteur du type décrit ci-avant et caractérisé par le fait que le stator comprend quatre pôles magnétiques principaux ayant chacun un même nombre de dents agencées à la périphérie de l'aimant multipolaire du rotor pour capter localement les flux magnétiques générés par la pluralité de pôles magnétiques de cet aimant, le nombre de dents par pôle étant supérieur à un. Ce moteur se caractérise ensuite par le fait que le nombre N de pôles magnétiques du rotor est choisi de manière que N/2 soit un nombre impair. Ensuite, ce moteur se caractérise encore par un agencement symétrique et régulier des dents des quatre pôles principaux autour de l'aimant multipolaire, les dents d'un quelconque pôle principal du stator étant décalées sensiblement de 90° relativement aux dents correspondantes de chacun des deux pôles principaux adjacents. Ce moteur se caractérise finalement par deux noyaux de bobine reliés magnétiquement par le stator respectivement à deux paires différentes de pôles magnétiques principaux diamétralement opposés relativement à l'axe de rotation du rotor. Selon un mode de réalisation particulier et avantageux de la présente invention, deux pôles magnétiques principaux du stator, appartenant respectivement aux deux paires de pôles principaux, sont reliés magnétiquement pour former un pôle magnétique commun, les deux autres pôles magnétiques principaux formant deux autres pôles de ce stator. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le moteur est caractérisé en ce que le nombre N de pôles de l'aimant multipolaire a une valeur donnée par N = 10 + 8*Y, Y étant un nombre naturel, et en ce que le nombre X de dents de chaque pôle principal du stator est égal à Y + 2. Ce mode de réalisation est particulièrement avantageux car il permet d'utiliser au mieux le flux magnétique de l'aimant et d'avoir ainsi un flux mutuel aimant-bobine relativement important.
Diverses caractéristiques particulières et certains avantages du moteur selon l'invention seront décrits ci-après dans la description détaillée suivante de divers modes de réalisation d'un moteur selon l'invention, faite en référence aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples nullement limitatifs, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique de dessus d'un premier mode de réalisation d'un moteur biphasé multipolaire selon l'invention; - la figure 2 est une vue schématique de dessus d'un deuxième mode de réalisation d'un moteur selon l'invention;
- la figure 3 est une vue schématique de dessus d'un troisième mode de réalisation d'un moteur selon l'invention;
- la figure 4 est une représentation schématique du moteur de la figure 3 avec un agrandissement du rotor et des dents formant les quatre pôles principaux de ce moteur;
- les figures 5A et 5B montrent respectivement les flux couplés aimant-bobine pour chacune des deux bobines du moteur de la figure 3; et
- les figures 6A et 6B montrent schématiquement deux variantes de réalisation de l'aimant multipolaire du rotor du moteur de la figure 3.
Le premier mode de réalisation d'un moteur 2 représenté à la figure 1 comprend un rotor 4 formé par un aimant multipolaire 6 de forme annulaire et un stator 8 formé de quatre pôles magnétiques principaux 10, 1 1 , 12 et 13. Chacun de ces pôles principaux comprend deux dents 16A et - A -
18A, respectivement 16B et 18B, 16C et 18C, 16D et 18D. Les deux dents d'un pôle sont situées respectivement aux deux extrémités de ce pôle. Entre deux dents adjacentes de deux pôles principaux adjacents est agencé un entrefer pour isoler magnétiquement les pôles principaux du stator. Les dents statoriques sont agencées à la périphérie de l'aimant multipolaire 6 pour capter localement les flux magnétiques générés par la pluralité N de pôles de l'aimant multipolaire. Comme cela sera décrit plus précisément par la suite à l'aide des figures 6, A et 6B les N pôles magnétiques de l'aimant couplés au stator sont situés dans la région de la face latérale extérieure 7 de l'aimant annulaire, chacun de ces pôles générant à cette surface latérale un flux magnétique d'orientation sensiblement radial, avec une polarité alternée. Par orientation radiale, on comprend une direction perpendiculaire à l'axe de rotation du rotor, c'est-à- dire une direction dans un plan parallèle au plan de la figure 1. Le nombre de dents par pôle principal du stator est identique et supérieur à un. L'extrémité 20 des dents définit un angle au centre δ. Dans le premier mode de réalisation de la figure 1 , le nombre de pôles magnétique N de l'aimant multipolaire 6 est égal à quatorze (N = 14).
Chaque pôle de l'aimant 6 définit un angle au centre oc dont la valeur est égal à 3607N. On notera ici que l'angle α définit également le décalage angulaire entre deux pôles adjacents de l'aimant multipolaire. L'angle au centre β entre les points milieux de deux dents d'un même pôle principal, est sensiblement égal au double de l'angle oc (β = 2*oc).
Selon l'invention, le nombre N de pôles magnétiques du rotor est choisi de manière que N/2 soit un nombre impair (dans le cas de la figure 1 , N/2 = 7). Ensuite, selon l'invention, les dents d'un quelconque pôle magnétique principal 10, respectivement 1 1 , 12 ou 13 sont décalées sensiblement de 90° relativement aux dents correspondantes de chacun des deux pôles magnétiques principaux adjacents. Ainsi, la dent 16C du pôle 12 est décalée de 90° relativement à la dent 16B du pôle 13, respectivement de la dent 16D du pôle 1 1.
On notera encore que dans ce premier mode de réalisation, l'angle au centre γ entre les points milieux de deux dents adjacentes de deux pôles principaux est sensiblement égal à 1 ,5-oc. Ce cas de figure permet de prévoir que l'angle δ défini par les dents soit sensiblement égal à l'angle au centre oc. Une telle réalisation permet de capter au mieux le flux généré par un pôle du rotor lorsque la dent est située en face de celui-ci.
L'aimant multipolaire 6 définit un plan général correspondant à celui de la figure 1 , dans lequel s'étendent les quatre pôles principaux du stator, en particulier les dents de ces pôles principaux.
Le stator comprend en outre deux noyaux 26 et 28 sur lesquels sont respectivement montées deux bobines d'alimentation 22 et 24. Selon l'invention, le premier noyau 26 est relié magnétiquement à une première paire de pôles principaux 10 et 12. Le second noyau 28 est relié magnétiquement à la seconde paire formée des autres pôles principaux 1 1 et 13. Les pôles de chacune des première et seconde paires de pôles sont opposés l'un à l'autre relativement à l'axe de rotation du rotor.
On notera que les quatre pôles principaux peuvent être reliés matériellement par de minces ponts définissant des isthmes d'isolation magnétique.
Toutes ces caractéristiques permettent d'obtenir un stator parfaitement symétrique. Dans le présent cas, les dents du stator présentent une symétrie centrale et plusieurs symétries axiales, à savoir huit. Cette structure symétrique et la répartition régulière des dents autour de l'aimant permanent 6 du rotor permet de diminuer le couple réluctant et donc les positions de repos parasites du rotor. Ceci permet d'entraîner le rotor de manière continue et homogène, c'est-à-dire sans saccades ou fluctuations de vitesse angulaire. A la figure 2 est représenté schématiquement un deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la pluralité N de pôles de l'aimant multipolaire 36 du rotor 34 est égal à vingt-deux (N = 22). Le moteur 32 comprend un stator 30 formé également de quatre pôles magnétiques principaux 40, 41 , 42 et 43. Le nombre N de pôles sélectionné pour le rotor permet d'agencer ces pôles principaux chacun avec trois dents 46, 47 et 48 (seul le pôle 40 a ses dents référencées). Les trois dents d'un même pôle sont réparties régulièrement à la périphérie de l'aimant multipolaire 36.
L'angle au centre β entre une dent d'extrémité 46, 48 et la dent adjacente 47 du même pôle principal est égal à deux fois l'angle oc défini par un pôle magnétique du rotor. La dent du milieu 47 présente ici une largeur sensiblement égale à celles des dents d'extrémité 46 et 48. L'angle entre les deux dents d'extrémité d'un même pôle principal est égal à 2*β, c'est-à- dire sensiblement égal à quatre fois l'angle oc. Ce deuxième mode de réalisation présente des caractéristiques similaires au premier mode de réalisation. En effet, les espacements angulaires entre les dents d'un même pôle et entre les dents adjacentes de deux pôles principaux adjacents relativement à l'angle au centre oc entre deux pôles adjacents du rotor sont identiques dans les deux cas. On peut encore augmenter le nombre de pôles de l'aimant multipolaire du rotor pour agencer le stator avec des pôles principaux ayant plus de trois dents chacun, tout en présentant une structure similaire au moteur 32 décrit ci-avant. Le concept proposé dans les deux premiers modes de réalisation peut être généralisé en prévoyant N pôles dans la région de la surface latérale extérieure de l'aimant multipolaire dont la valeur est donnée par N = 14 + 8*Y, Y étant un nombre naturel. Pour un Y quelconque choisi, le nombre X de dents prévues à chacun des pôles principaux du stator est donné par la relation X = Y + 2.
On remarquera que les noyaux 26 et 28 présentent une zone de superposition, c'est-à-dire qu'ils se croisent en projection dans le plan général des figures 1 et 2. De manière à assurer un entrefer entre ces deux noyaux pour les isoler magnétiquement, le premier noyau 26 est fixé sur les deux pôles 10 et 12 auxquels il est associé, alors que le noyau 28 est fixé dessous les deux autres pôles 1 1 et 13 auxquels ce dernier noyau est associé. D'autres variantes peuvent être prévues par l'homme du métier tout en conservant une structure générale essentiellement plane pour le moteur.
On remarquera aussi que le fait que le nombre N de pôles de l'aimant multipolaire soit choisi de telle sorte que N/2 soit impair est important pour le moteur selon l'invention. Ainsi, un pôle nord (N) est toujours diamétralement opposé à un pôle sud (S) et réciproquement. Ainsi, les paires de pôles principaux opposés auxquelles sont associées respectivement les deux bobines 22 et 24 sont magnétiquement déphasés de 180° l'un relativement à l'autre. Lorsque les dents d'un pôle principal sont situées sensiblement en regard d'autant de pôles de l'aimant multipolaire ayant une première polarité, les dents du pôle principal opposé sont sensiblement en regard d'autant de pôles de cet aimant multipolaire ayant une seconde polarité opposée à ladite première polarité.
Cette sélection permet donc d'associer deux pôles diamétralement opposés à une même bobine et en plus de répartir régulièrement les quatre pôles principaux du stator autour de l'aimant multipolaire du rotor, tout en ayant un déphasage magnétique de 90° entre les deux phases du moteur biphasé selon l'invention, c'est-à-dire un déphasage de 90° entre les deux flux couplés aimant-bobine. A l'aide des figures 3 à 6B on décrira ci-après un troisième mode de réalisation de l'invention. Ce troisième mode de réalisation se distingue des deux premiers modes décrits précédemment par plusieurs caractéristiques nouvelles et inventives apportant des avantages en terme d'efficacité de fonctionnement, de compacité et de coût de fabrication. Le moteur biphasé 52 comprend un rotor 54 muni d'un aimant multipolaire 56 avec dix pôles situés dans la région de la surface latérale extérieure 57 de cet aimant 56. Comme dans les autres modes de réalisation, les flux magnétiques générés hors de l'aimant par cette pluralité de pôles présentent une orientation sensiblement radiale. Le stator 58 définit quatre pôles magnétiques principaux 60, 61 , 62 et 63. Selon une caractéristique particulière de ce troisième mode de réalisation, les deux pôles principaux 62 et 63 forment ensemble un pôle magnétique commun, ces deux pôles étant reliés magnétiquement par une partie 64 du stator formant un pont en matériau magnétique entre les deux pôles.
Le noyau 68 de la bobine 24 a une première extrémité reliée au pôle principal 61 et une deuxième extrémité reliée à une partie statorique du pôle magnétique commun située du côté du pôle principal 62 adjacent à ce pôle principal 61. Le noyau 66 portant la bobine 22 a une première extrémité fixée au pôle principal 60 et une deuxième extrémité reliée à une partie du pôle magnétique commun située du côté du pôle principal 63 adjacent à ce pôle principal 60. Ainsi, comme cela ressort des figures, les deux noyaux 66 et 68 sont agencés d'un côté et de l'autre du moteur 52, les noyaux n'ayant aucune zone respective superposée l'une à l'autre. Toutefois, bien que les pôles principaux 62 et 63 soient reliés magnétiquement par le stator, la bobine 22 est associée ou couplée magnétiquement à une première paire de pôles principaux 60 et 62 qui sont diamétralement opposés relativement à l'axe de rotation du rotor. La bobine 24 est associée ou couplée magnétiquement à la seconde paire de pôles principaux 61 et 63 qui sont diamétralement opposés l'un à l'autre relativement audit axe de rotation. Ainsi, les deux pôles principaux formant le pôle magnétique commun appartiennent respectivement aux première et seconde paires de pôles principaux opposés. Le fonctionnement magnétique de ce moteur reste donc étonnamment similaire à celui des premier et deuxième modes de réalisation pour ce qui est du couplage entre l'aimant permanent du rotor et les bobines d'alimentation. Les deux pôles principaux 60 et 61 forment deux pôles magnétiques isolés l'un de l'autre et du pôle magnétique commun. Cet agencement avantageux du stator permet d'avoir les deux noyaux 66 et 68 dans un même deuxième plan parallèle au premier plan dans lequel s'étend le reste du stator 58. Ce premier plan est confondu avec le plan général du moteur défini par l'aimant multipolaire 56. Le pôle magnétique commun présente une fente borgne 70 agencée entre les deux pôles principaux 62 et 63 qui le forme, cette fente borgne séparant deux dents adjacentes 66D et 68C appartenant respectivement à ces deux pôles 62 et 63. Cette fente 70 présente de préférence une profondeur supérieure à celle prévue entre deux dents d'un même pôle principal. Le couplage magnétique entre les deux bobines 22 et 24 et l'aimant multipolaire 56 est représenté aux figures 5A et 5B. La figure 5A montre une position de l'aimant multipolaire 56 pour laquelle le flux magnétique de cet aimant capté par les dents des pôles principaux circule essentiellement selon un circuit magnétique comprenant le noyau 66 de la bobine 22. De plus, cette première configuration correspond au flux maximal de l'aimant multipolaire pouvant circuler dans le noyau 66. Il s'agit donc du flux mutuel aimant-bobine maximum pour la première phase.
La figure 5B montre une deuxième position de l'aimant multipolaire 56 pour laquelle le flux de l'aimant multipolaire couplé au stator via les dents des pôles principaux passe essentiellement par un circuit magnétique comprenant le noyau 68 de la bobine 24. Cette deuxième configuration correspond également au flux maximal de l'aimant pouvant être couplé à la bobine 24. Cette deuxième configuration correspond donc au flux mutuel maximum pour la deuxième phase du moteur biphasé 52. Le décalage angulaire entre les deux positions respectives des figures 5A et 5B correspond sensiblement à un demi pôle magnétique de l'aimant 56. Ainsi, les deux phases du moteur sont bien décalées magnétiquement de 90°, ce qui correspond à une situation optimale comme dans les deux premiers modes de réalisation, mais ici avec une structure simplifiée du stator permettant d'avoir un stator rigide et compact avec les deux noyaux de bobine situés du même côté de celui-ci. Les pôles principaux du stator magnétiquement distincts sont reliés par des ponts minces 74, 75 et 76. Ces ponts définissent des isthmes d'isolation magnétique et un lien matériel entre les divers pôles principaux du stator de manière à avoir une seule plaque plane définissant les quatre pôles principaux. Ces ponts minces peuvent être de manière classique verticaux, c'est-à-dire présentant un rétrécissement dans le plan général du stator comme représenté aux figures, ou horizontaux, c'est-à-dire formant localement une réduction de l'épaisseur de la plaque statorique de manière à engendrer une résistance suffisante au passage du flux magnétique. Une combinaison de ces deux variantes est aussi possible.
La figure 4 est une représentation partielle et agrandie de la figure 3. Les quatre pôles principaux du stator entourant le rotor 54 sont représentés seulement en partie. Les liaisons magnétiques établies par le reste du stator sont schématisées par un trait reliant ces quatre pôles principaux. A l'aide de cette figure 4, on décrira quelques caractéristiques particulières du troisième mode de réalisation. L'angle fondamental auquel se rapportent les autres angles définissant les diverses parties du stator correspond à l'angle au centre oc de chaque secteur annulaire définissant un pôle magnétique de l'aimant multipolaire 56. En se basant sur l'agencement des pôles principaux du stator relativement à l'aimant multipolaire dans les deux premiers modes de réalisation, l'homme du métier ne pense pas a priori réaliser un moteur de ce type avec un aimant multipolaire à seulement dix pôles magnétiques.
Selon des caractéristiques particulières de l'invention, les dents 66A, 68A; 66B, 68B; 66C, 68C; 66D, 68D des pôles principaux ont été agencées de manière à permettre le fonctionnement électromagnétique du moteur décrit précédemment tout en assurant un couplage efficace entre les bobines d'alimentation et l'aimant multipolaire du rotor et en diminuant au mieux l'effet réluctant dû aux dents statoriques. Dans cette optique, l'angle au centre δ défini par l'extrémité 20 des dents a une valeur nettement inférieure à celle de l'angle oc. De préférence, cet angle δ a une valeur comprise entre 0,3*oc et 0,5. oc, c'est-à-dire 0,3*oc < = δ < = 0,5*oc. Bien que les dents présentent ainsi une largeur nettement inférieure à l'étendue d'un pôle magnétique du rotor, chaque dent permet toutefois de capter la majeure partie du flux généré par un pôle de l'aimant multipolaire lorsque celle-ci est alignée sur ce pôle magnétique. L'angle au centre β défini par les points milieux des deux dents d'un quelconque pôle principal est prévu de préférence inférieur au double de la valeur de l'angle oc. En particulier, cet angle β est prévu supérieur à 1 ,5*oc et inférieur ou égal à 1 ,9*oc, c'est-à- dire 1 ,5*oc < que β < = 1 ,9»oc. Ainsi, dans cette variante préférée, l'angle γ entre les points milieux de deux dents adjacentes appartenant respectivement à deux pôles principaux adjacents a une valeur inférieure à celle du l'angle oc. Du fait que l'étendue des dents relativement aux pôles magnétiques du rotor est réduite, l'agencement de deux dents adjacentes de pôles distincts et adjacents peut présenter un moindre angle au centre tout en garantissant un entrefer suffisant pour isoler magnétiquement deux pôles distincts et pour permettre que le flux magnétique d'un pôle de l'aimant multipolaire soit essentiellement capté par une seule dent au moins lorsque cette dernière est alignée sur ce pôle. Les angles β et γ sont complémentaires pour former un angle au centre de 90° (β + γ = 90°).
Ainsi, quelle que soit la valeur sélectionnée pour l'angle β, le décalage angulaire entre deux dents correspondantes (66A et 66B; 68A et 68B; 66B et 66C; 68B et 68C; etc.) a une valeur de 90°. Ceci permet d'obtenir une structure statorique symétrique et régulière autour de l'aimant multipolaire du rotor. De plus, étant donné que le nombre N de pôles de l'aimant 56 est choisi de manière que N/2 est un nombre impair, le décalage angulaire de 90° susmentionné correspond à un déphasage magnétique de 90° (soit un demi pôle magnétique : oc/2) entre les deux phases (deux bobines) du moteur. En effet, N/2 impair donne, pour un décalage angulaire de 90° entre les dents correspondantes des deux pôles principaux adjacents 60 et 61 couplés respectivement aux deux bobines 24 et 22, N/4 pôles rotoriques, ce qui est égal à un nombre entier de pôles plus un demi pôle.
Le concept du troisième mode de réalisation peut aussi être généralisé dans un quatrième mode de réalisation à un moteur ayant un rotor avec un aimant multipolaire à N = 10 + 8*Y pôles magnétiques, Y étant un nombre naturel supérieur à zéro, et ayant un stator avec quatre pôles principaux à X dents chacun où X = Y + 2. Dans le cas où un pôle statorique principal a plus de trois dents, l'angle au centre entre deux dents adjacentes peut varier. Ainsi l'angle β entre une dent d'extrémité et la dent adjacente du même pôle peut être compris entre 1 ,5*oc et 1 ,9*oc, alors que l'angle au centre entre deux dents adjacentes intérieures peut être égal à 2'OC. De plus, les dents intérieurs peuvent présenter une largeur supérieure à celle des dents d'extrémité du pôle principal dans le cadre de ce quatrième mode de réalisation.
Les figures 6A et 6B montrent respectivement deux variantes de réalisation de l'aimant multipolaire 56A et 56B pour le rotor 54. L'aimant 56A présente des lignes de champ magnétique incurvées entre les pôles magnétiques définis à la face latérale 57 de cet aimant. L'aimant 56B présente des lignes de champ magnétique essentiellement radiales et de sens opposés pour deux pôles adjacents. L'aimant annulaire peut être formé d'une seule pièce ou de plusieurs pièces.

Claims

REVEN D I CATIONS
1. Moteur biphasé (2; 32; 52) comprenant un rotor (4; 34; 54) avec un aimant multipolaire (6; 36; 56) de forme annulaire, définissant un plan général de ce rotor, et un stator (8; 38; 58) associé à deux bobines (22, 24) montées respectivement sur deux noyaux (26, 28; 66, 68) de ce stator, ledit aimant multipolaire définissant dans la région de sa surface latérale extérieure (7, 57) une pluralité N de pôles magnétiques générant chacun à cette surface latérale un flux magnétique d'orientation sensiblement radiale avec une polarité alternée, caractérisé en ce que ledit stator comprend quatre pôles magnétiques principaux (10, 1 1 , 12, 13; 40, 41 , 42, 43; 60, 61 , 62, 63) ayant chacun un même nombre X de dents (16, 18; 46, 47, 48; 66, 68) agencées à la périphérie dudit aimant multipolaire pour capter localement lesdits flux magnétiques générés par ladite pluralité de pôles magnétiques, le nombre X étant supérieur à un ; en ce que le nombre N de pôles magnétiques du rotor est choisi de manière que N/2 soit un nombre impair ; en ce que les dents d'un quelconque pôle magnétique principal du stator sont décalées sensiblement de 90° relativement aux dents correspondantes de chacun des deux pôles magnétiques principaux adjacents ; et en ce qu'un premier des deux noyaux de bobine est relié magnétiquement par ledit stator à une première paire de pôles magnétiques principaux diamétralement opposés relativement à l'axe de rotation dudit rotor et le second noyau de bobine est relié magnétiquement par ledit stator à la seconde paire des autres pôles magnétiques principaux diamétralement opposés relativement audit axe de rotation.
2. Moteur biphasé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que deux pôles magnétiques principaux (62, 63), appartenant respectivement aux première et seconde paires de pôles, sont reliés magnétiquement pour former un pôle magnétique commun du stator, les deux autres pôles magnétiques principaux (60, 61 ) formant deux autres pôles magnétiques de ce stator.
3. Moteur biphasé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit stator, hormis les deux noyaux, s'étend dans ledit plan général, les deux extrémités du premier noyau étant reliées respectivement à deux pôles magnétiques principaux adjacents dont un seul forme ledit pôle magnétique commun, les deux extrémités du second noyau étant reliées aux deux autres pôles magnétiques principaux, de sorte que ces deux noyaux ne se croisent pas en projection dans ledit plan général.
4. Moteur biphasé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que ledit pôle magnétique commun comprend une fente borgne (70) séparant les deux dents adjacentes (68C, 66D) appartenant respectivement aux deux pôles magnétiques qui le forment, cette fente présentant une profondeur supérieure à celle prévue entre deux dents d'un même pôle principal.
5. Moteur biphasé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les pôles principaux magnétiquement distincts sont reliés par des ponts minces horizontaux et/ou verticaux du stator définissant des isthmes d'isolation magnétique.
6. Moteur biphasé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit nombre N = 14 + 8*Y, Y étant un nombre naturel, et en ce que ledit nombre de dents X = Y + 2.
7. Moteur biphasé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'angle au centre β entre les points milieux de deux dents adjacentes d'un même pôle est sensiblement égal au double de l'angle au centre α entre deux pôles adjacents de l'aimant multipolaire (β = 2*oc).
8. Moteur biphasé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le nombre N = 10 + 8*Y, Y étant un nombre naturel, et en ce que ledit nombre de dents X = Y + 2.
9. Moteur biphasé selon la revendication 8 et dans lequel deux pôles adjacents de l'aimant multipolaire présentant un angle au centre α, caractérisé en ce que l'angle au centre β entre les points milieux d'une dent d'extrémité d'un pôle magnétique principal et de la dent adjacente du même pôle est supérieur à 1 ,5*α et inférieur ou égal à 1 ,9*α (1 ,5*α < β <= 1 ,9*α).
10. Moteur biphasé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que l'angle au centre δ défini par l'extrémité des dents du stator a une valeur comprise entre 0,3-α et 0,5-α (0,3-α < = δ < = 0,5-α).
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