FR2780581A1 - Moteur pour un ensemble de direction assistee electrique - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique comprenant : une carcasse (1), une portion de champ magnétique multipolaire constituée d'au moins quatre pôles, fixée à la paroi interne de la carcasse (1), un arbre (4) disposé à l'intérieur de la carcasse (1) de façon à pouvoir tourner librement, un induit (20) fixé à l'arbre (4) comportant un enroulement construit en enroulant de façon imbriquée un câblage dans un nombre pair de fentes (11) formées sur la surface circonférentielle externe d'un noyau, de façon à s'étendre dans la direction axiale de celui-ci, un commutateur (6) comprenant une pluralité de segments (16) fixés à une portion d'extrémité de l'arbre (4), et une pluralité de balais (8) en contact avec la surface du commutateur (6).
Description
MOTEUR POUR UN ENSEMBLE DE DIRECTION ASSISTEE
ELECTRIQUE
CONTEXTE DE L'INVENTION
1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique destiné à assister la force de direction d'un volant d'automobile.
2. Description de l'art associé
La figure 15 est une section transversale d'un moteur classique pour un ensemble de direction assistée électrique (ci-après, "moteur électrique") 100. Le moteur électrique 100 comprend: une carcasse cylindrique 1; deux aimants à champ permanent 2 agencés de façon circonférentielle et fixés de façon à se trouver en face l'un de l'autre à l'intérieur de la carcasse 1; un arbre 4 disposé à l'intérieur de la carcasse 1 au moyen de roulements 3 de manière à pouvoir tourner librement; un induit 5 fixé à l'arbre 4; un commutateur 6 comprenant une pluralité de segments de cuivre 16 fixés sur une portion d'extrémité de l'arbre 4; et des balais 8 placés en contact avec la surface du commutateur 6 par la force élastique de
ressorts 7.
L'induit 5 comprend: un noyau 9 comportant une pluralité de fentes 11 s'étendant dans la direction axiale; et un enroulement 10 construit en enroulant du fil dans les fentes 11 par un procédé d'enroulement imbriqué. Dans le moteur électrique à 2 pôles à enroulement imbriqué 100 ci-dessus, un courant électrique est délivré à l'enroulement 10 depuis l'extérieur au moyen des balais 8 en contact avec les segments 16, de façon que l'induit 5 tourne avec l'arbre 4 en raison d'une
action électromagnétique.
Puisque le moteur électrique ci-dessus 100 est principalement utilisé dans des automobiles de faible capacité de poids relativement léger, le couple d'assistance provenant du moteur électrique 100 est faible et en conséquence, le bruit de fonctionnement du moteur électrique 100 est extrêmement petit, tellement petit qu'il ne se remarque pratiquement pas à
l'intérieur de l'automobile.
Toutefois, maintenant que sont requis une économie de carburant et une réduction de poids, même dans des automobiles de capacité moyenne et élevée, de poids important, en raison de la demande du public pour le rendement en carburant, la réduction des émissions d'échappement, etc., des ensembles de direction assistée à moteur en courant continu commencent à remplacer les ensembles de direction assistée hydraulique. Des moteurs électriques fournissant des couples importants sont requis dans de tels cas, mais puisque des conceptions à deux pôles à enroulements imbriqués ont pour conséquence des moteurs d'encombrement important, il est nécessaire d'augmenter le nombre de pôles jusqu'à quatre de façon à diminuer
la taille et à produire un couple élevé.
Les figures 16 et 17 montrent des comparaisons entre un moteur à courant continu à 14 fentes à 2 pôles (ci-après "moteur à 2 pôles") et un moteur à courant continu à 21 fentes à 4 pôles (ci-après, "moteur à 4 pôles") fournis comme exemple d'une machine multipolaire. Ces figures montrent les différences d'attraction magnétique agissant sur les induits dans des moteurs à 2 pôles et 4 pôles lorsque les induits sont décentrées et elles ont été obtenues par une
analyse de champ magnétique par le présent inventeur.
Sur la figure 16 "." représente le centre du stator, c'est-à-dire le centre d'origine de rotation et "X"
représente le centre de rotation en cas de décentrage.
Sur la figure 17, ".." représente la force de direction d'excentricité, "-x-" représente la force à angle droit de celle-ci. Comment peut voir d'après la figure, des vibrations et du bruit sont générés plus facilement dans un moteur à 4 pôles que dans un moteur
à 2 pôles.
C'est-à-dire que lorsque les forces agissant sur les induits sont examinées, chacune étant décentrée de la même quantité (0,1 mm) par rapport à la position centrale d'origine avec un angle d'excentricité quelconque de 0 degré à 360 degrés, l'attraction magnétique maximale agissant dans la direction de l'excentricité dans le moteur à 4 pôles était d'environ 2,7 N, soit six fois l'attraction magnétique maximale agissant dans la direction de l'excentricité dans le moteur à 2 pôles, qui était d'environ 0,45 N. Dans le moteur à 2 pôles, la direction de l'attraction magnétique due à l'excentricité peut être nettement observée et lorsque la force agissant est comparée à l'angle d'excentricité, on trouve que lorsque l'excentricité est située entre les pôles (angle d'excentricité de 90 degrés ou de 270 degrés), une attraction magnétique approximativement du double (0,45/0,21) agit comme lorsque l'excentricité est dirigée vers le centre d'un pôle (angle d'excentricité de 0 degré ou 180 degrés). D'autre part, dans le moteur à 4 pôles, aucune direction nette ne peut être observée. C'est-à-dire que la force dans la direction de l'excentricité est d'environ 2,7 N pour chaque angle d'excentricité allant de 0 degré à 360 degrés, ce qui signifie qu'il existe une direction de stabilité par rapport à l'excentricité dans un moteur à 2 pôles, mais aucune telle direction n'existe dans un moteur à 4 pôles et cette différence peut être considérée comme
étant liée aux différences de vibrations et de bruit.
Il est ainsi nécessaire d'augmenter le nombre de pôles jusqu'à quatre ou équivalent, de façon à diminuer la taille et à produire un couple élevé, mais des
problèmes de vibrations et de bruit subsistent.
Hormis l'enroulement imbriqué, un enroulement ondulé peut maintenant également être considéré comme un procédé d'enroulement pour des induits lorsque le nombre de pôles est accru pour diminuer la taille et augmenter le couple. Avec un enroulement imbriqué, le nombre de balais fournis est généralement le même que le nombre de pôles, mais avec un enroulement ondulé,
deux balais sont généralement fournis.
Les figures 18 et 19 sont des ensembles de diagrammes et de courbes représentant l'attraction magnétique agissant sur une induit à 21 fentes, 4 pôles, fournie comme exemple multipolaire, la figure 18 représentant un cas avec un enroulement ondulé et quatre balais et la figure 19 représentant un cas avec un enroulement ondulé et deux balais. Sur les figures 18 et 19, *"" représente un passage de courant de 100% perpendiculaire à la feuille dans la direction vers l'avant, "O" représente un passage de courant de 100% perpendiculaire à la feuille dans la direction vers l'avant, "G" représente un passage de courant de 50% perpendiculaire à la feuille dans la direction vers le bas, "+" représente un passage de courant de 50% perpendiculaire à la feuille dans la direction vers le
haut et " " représente un courant ne passant pas.
En comparant les deux figures, nous voyons que tandis que dans le cas de l'enroulement ondulé, l'attraction magnétique agissant sur l'induit lorsque l'induit a tourné d'une fente du noyau est toujours dirigée dans une direction donnée radialement vers l'extérieur, comme indiqué par la flèche A, dans le cas d'un induit à 21 fentes à enroulement imbriqué, l'attraction magnétique se déplace circonférentiellement comme indiqué par la flèche B et un problème avec un induit à 21 fentes à enroulement imbriqué est que des vibrations rotationnelles apparaissent facilement, rendant d'autant plus vraisemblable la génération d'un bruit de fonctionnement. Dans le cas d'un enroulement imbriqué multipolaire à nombre de fentes impair, un autre problème est que des différences apparaissent dans les forces électromotrices induites parmi les circuits de l'enroulement de l'induit en raison des influences de déséquilibres dans le circuit électromagnétique de la carcasse, les excentricités de l'induit, des courants électriques non uniformes s'écoulant à travers les balais, les erreurs d'ingénierie, etc., donnant naissance à des courants de circulation à l'intérieur de l'induit, s'écoulant à travers les balais et en conséquence, l'action de commutation des balais se dégrade, conduisant à des augmentations de température, une diminution de la durée de vie utile, des augmentations des ondulations de couple dans les balais et le commutateur qui accompagnent une augmentation des étincelles de commutation générées par les balais ainsi que de leurs effets combinés, augmentant ainsi le bruit
de fonctionnement.
En même temps, dans le cas d'un enroulement ondulé multipôles de nombre de fentes impair, il existe des problèmes tels que des ondulations de couple augmentant en amplitude et une dégradation de fonctionnalité due à l'épaisseur accrue de l'enroulement pour diminuer le nombre de circuits en parallèle, etc.
RESUME DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de résoudre les problèmes ci-dessus et un but de la présente invention consiste à fournir un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique permettant de diminuer le
bruit de fonctionnement.
Pour atteindre le but ci-dessus, selon un aspect de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique comprenant: une carcasse; une portion de champ magnétique multipolaire constituée d'au moins quatre pôles, fixée à la paroi interne de la carcasse; un arbre disposé à l'intérieur de la carcasse de façon à pouvoir tourner librement; un induit fixé à l'arbre comportant un enroulement construit en enroulant de façon imbriquée un câblage dans un nombre pair de fentes formées sur la surface circonférentielle externe d'un noyau, de façon à s'étendre dans la direction axiale de celui-ci; un commutateur comprenant une pluralité de segments fixés à une portion d'extrémité de l'arbre; et une pluralité
de balais en contact avec la surface du commutateur.
Selon une forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel le nombre de fentes est pair et
n'est pas un multiple du nombre de pôles.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique comprenant: une carcasse; une portion de champ magnétique multipolaire constituée d'au moins quatre pôles, fixée à la paroi interne de la carcasse; un arbre disposé à l'intérieur de la carcasse de façon à pouvoir tourner librement; un induit fixé à l'arbre comportant un enroulement construit en enroulant de façon imbriquée un câblage dans un nombre de fentes qui est un multiple du nombre de paire de pôles, les fentes étant formées sur la surface circonférentielle externe d'un noyau, de façon à s'étendre dans la direction axiale de celui-ci; un commutateur comprenant une pluralité de segments fixés à une portion d'extrémité de l'arbre; et une pluralité
de balais en contact avec la surface du commutateur.
Selon une forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel le nombre de fentes est un multiple du nombre de paires de pôles et n'est pas un multiple du nombre de pôles. Selon une autre forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique comprenant des organes d'égalisation pour empêcher à des courants de circulation de s'écouler à travers les balais en raison des différences de forces électromotrices induites apparaissant entre les circuits à l'intérieur des
circuits de l'induit.
Selon encore une autre forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel Ns/(nx2) < K < Ns, K étant le nombre d'organes d'égalisation, Ns le nombre de fentes dans le noyau et n le nombre maximum de segments recouverts par les
balais.
Selon une forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel le courant traversant l'enroulement est commandé par une commande par
modulation de largeur d'impulsions (PWM).
Selon une autre forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel l'enroulement est un
fil rond revêtu d'émail.
Selon encore une autre forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel la portion de champ magnétique comprend une pluralité d'aimants permanents disposés de manière à être espacés autour de
la paroi interne de la carcasse.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture
de la description ci-après faite en référence aux
dessins joint sur lesquels: la figure 1 est une section transversale partielle d'un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique selon le mode de réalisation 1 de la présente invention; la figure 2 est un agrandissement d'une partie de la figure 1; la figure 3(a) est une élévation de face développée du corps principal de l'égaliseur de la figure 1; la figure 3(b) est une élévation de côté de la figure 3(a); la figure 4(a) est une élévation de face de l'embase du corps principal de l'égaliseur de la figure 1; la figure 4(b) est une élévation de côté de la figure 4(a); la figure 5 est une élévation de face d'une borne du corps principal de l'égaliseur de la figure 1; la figure 6 est une élévation de face d'une plaque isolante du corps principal de l'égaliseur de la figure 1; la figure 7 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique agissant sur un induit ayant quatre pôles, un enroulement imbriqué, quatre balais et vingt-deux fentes; la figure 8 est une élévation de face montrant un autre exemple d'une borne; la figure 9 est une section transversale montrant un autre exemple d'induit; la figure 10 est un agrandissement d'une partie de la figure 9; la figure 11 est une courbe montrant la relation entre le nombre de bornes et une évaluation auditive; la figure 12 est une courbe montrant la relation entre la catégorie de sortie du moteur et le bruit de fonctionnement du moteur pour divers types de moteur; la figure 13 est une vue en perspective montrant un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique monté sur un pignon; la figure 14 est une courbe montrant les relations entre la commande de gain, la fluctuation de couple et l'attraction magnétique dans une direction radiale; la figure 15 est une section transversale d'un moteur classique pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 16 est un ensemble de diagrammes expliquant l'attraction magnétique dans un moteur à 2 pôles et dans un moteur à 4 pôles; la figure 17 est un ensemble de courbes expliquant l'attraction magnétique dans un moteur à 2 pôles et dans un moteur à 4 pôles; la figure 18 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 4 balais, 21 fentes à enroulement imbriqué à 4 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 19 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 2 balais, 21 fentes à enroulement ondulé à 4 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 20 est un schéma synoptique pour une unité de commande; la figure 21 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 4 balais, 24 fentes à enroulement imbriqué à 4 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 22 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 4 balais, 20 fentes à enroulement imbriqué à 4 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 23 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 4 balais, 26 fentes à enroulement imbriqué à 4 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 24 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 4 balais, 28 fentes à enroulement imbriqué à 4 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 25 est un tableau montrant la relation entre les ondulations de couple et l'attraction magnétique dans des moteurs à 4 balais, 20, 21, 22, 24, 26 et 28 fentes à enroulement imbriqué à 4 pôles; la figure 26 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 6 balais, 25 fentes à enroulement imbriqué à 6 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 27 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 6 balais, 24 fentes à enroulement imbriqué à 6 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 28 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 6 balais, 22 fentes à enroulement imbriqué à 6 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 29 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 6 balais, 26 fentes à enroulement imbriqué à 6 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 30 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 6 balais, 21 fentes à enroulement imbriqué à 6 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; la figure 31 est un ensemble de diagrammes et de courbes expliquant l'attraction magnétique et les ondulations de couple dans un moteur à 6 balais, 27 fentes à enroulement imbriqué à 6 pôles pour un ensemble de direction assistée électrique; et la figure 32 est un tableau montrant la relation entre les ondulations de couple et l'attraction magnétique dans des moteurs à 6 balais, 21, 22, 24, 25,
26 et 27 fentes à enroulement imbriqué à 6 pôles.
DESCRIPTION DETAILLEE DU MODE DE REALISATION PREFERE
Mode de réalisation 1 Un exemple d'un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique (ci-après, "moteur électrique") selon la présente invention va maintenant être expliqué et des parties de celui-ci telles que, ou correspondant à celles, de l'exemple classique,
comportent la même numérotation.
La figure 1 est une section transversale de la construction interne d'un moteur électrique selon le mode de réalisation 1 de la présente invention et la figure 2 est un agrandissement d'une partie de la figure 1. Le moteur électrique comprend: une carcasse cylindrique 1; quatre aimants permanents 2 constitués de ferrite espacés circonférentiellement et fixés à l'intérieur de la carcasse 1; un arbre 4 disposé à l'intérieur de la carcasse 1 au moyen de roulements 3 de façon à pouvoir tourner librement; un induit 20 fixé à l'arbre 4; un commutateur 6 comprenant une pluralité de segments 16 fixés à une portion d'extrémité de l'arbre 4; quatre balais 8 espacés de manière équidistante et placés en contact avec la surface du commutateur 6 par la force élastique de ressorts 7; et un corps principal d'égaliseur 22 fixé à l'arbre 4 entre l'induit 20 et le commutateur 6. De plus, la carcasse 1, les aimants permanents 2, les roulements 3, le ressort 7 et le balai 8 ne sont pas
représentés sur ces figures.
L'induit 20 comprend: un noyau 9 comportant vingt-
quatre fentes 11 s'étendant dans la direction axiale; et un enroulement 21 construit en enroulant un câblage 19 dans les fentes 11 par un procédé d'enroulement imbriqué. La figure 3(a) est une élévation de face développée du corps principal de l'égaliseur 22 et la figure 3(b) est une élévation de côté du corps principal de l'égaliseur 22 de la figure 3(a). Le corps principal de l'égaliseur 22 comprend: douze bornes 24 constituées de plaques de cuivre, etc., qui sont des organes d'égalisation; et douze plaques isolantes 25, empilées
alternativement dans des couches sur une embase 23.
Les figures 4(a) et 4(b) sont respectivement une élévation de face et une élévation de côté de l'embase 23. Douze broches 26 sont agencées de manière à se trouver équidistantes autour de la circonférence du
corps principal d'une embase torique 27.
La figure 5 est une élévation de face d'une borne 24 qui est un organe d'égalisation. Des ouvertures 29 sont formées en 24 points espacés de manière équidistante autour de la circonférence du corps principal de la borne annulaire 28 de chacune des bornes 24 qui sont des organes d'égalisation. De plus, des portions de conducteurs d'égaliseur 30a, 30b, s'étendant radialement vers l'extérieur dans des directions opposées sont disposées sur le corps
principal de la borne 28.
La figure 6 est une élévation de face d'une plaque isolante 25. Des ouvertures 32 sont formées en 24 points espacés de manière équidistante autour de la circonférence du corps principal de la plaque isolante
annulaire 31 de chacune des plaques isolantes 25.
Dans le moteur électrique ci-dessus, le corps principal de l'égaliseur 22 est assemblé en empilant alternativement les douze bornes 24 et les douze plaques isolantes 25 sur l'embase 23. Pendant ce processus, chaque borne successive 24 est tournée de 15 degrés et les bornes 24 sont fixées à l'embase 23 en faisant passer les broches 26 de l'embase 23 à travers les ouvertures 29 dans les bornes 24. De plus, les plaques isolantes 25 sont fixées à l'embase 23 en faisant passer les broches 26 de l'embase 23 à travers les ouvertures 32 dans les plaques isolantes 25. Puis, le corps principal de l'égaliseur 22 est intégré par
sertissage des extrémités des broches 26.
Puis, le corps principal de l'égaliseur 22 et le commutateur 6 sont ajustés sur l'arbre 4 dans cet ordre. Des protubérances 14 s'étendant dans la direction axiale sont formées sur l'arbre 4 pour positionner le corps principal de l'égaliseur 22 et le commutateur 6 par rapport au sens de rotation et l'embase 23 et le corps principal du commutateur 15, qui sont tous deux constitués de résine de phénol, sont
fixés aux protubérances 14 par déformation élastique.
Puis, l'induit 20 est formé en pliant des portions de conducteur d'égaliseur 30a, 30b, pour s'aligner avec des crochets 34 et en formant l'enroulement 21 en enroulant le câblage 19 sur le noyau 9 par un procédé d'enroulement imbriqué, puis des portions de conducteur d'égaliseur 30a, 30b et des crochets 34 sont connectés électriquement en vingt-quatre points par fusion
simultanée ou analogue.
Un moteur électrique de la construction ci-dessus comporte quatre pôles magnétiques, vingt-quatre fentes
11, un enroulement imbriqué et un système à 4 balais.
La figure 21 est un ensemble de diagrammes et de courbes d'attraction magnétique et d'ondulations de
couple agissant sur l'induit 20 dans le moteur ci-
dessus que les présents inventeurs ont obtenu par analyse de champ magnétique. Tandis que dans le cas de l'induit à 21 fentes, 4 balais à enroulement imbriqué à 4 pôles de la figure 18 décrit ci-dessus, l'attraction magnétique agissant sur l'induit se déplace circonférentiellement et les vibrations rotationnelles apparaissent facilement, rendant beaucoup plus vraisemblable la génération de bruit de fonctionnement, il est évident que dans le cas d'un induit à enroulement imbriqué à 24 fentes, l'attraction magnétique totale agissant sur l'induit est nulle et ce bruit de fonctionnement n'apparaît donc pas en raison
de vibrations rotationnelles.
La figure 7 est un ensemble de diagrammes et de courbes d'attraction magnétique et d'ondulations de couple agissant sur un induit comportant quatre pôles, un enroulement imbriqué et vingt-deux fentes numérotées régulièrement que les présents inventeurs ont obtenu
par analyse de champ magnétique.
Comme on peut le voir d'après la figure, dans le cas d'un induit à enroulement imbriqué à 22 fentes, l'attraction magnétique totale agissant sur l'induit est également nulle et en conséquence, il ne se produit pas de bruit de fonctionnement dû à des vibrations rotationnelles. De plus, tandis que dans le cas de l'induit à enroulement ondulé de la figure 19 décrit ci-dessus, les ondulations de couple (p-p) représentées par le rapport entre la variation verticale dans l'onde de couple et le couple total sont de 1,37 pour cent, dans le cas de l'induit à enroulement imbriqué à 22 fentes, les ondulations de couple (p-p) sont inférieures au cas de l'enroulement ondulé, à 0,876 pour cent. Pour cette raison, dans un moteur électrique 18 commandé par une modulation de largeur d'impulsions (PWM) au moyen d'un signal de commande de moteur provenant d'une unité de commande 13 comme représenté sur la figure 20, les ondulations de couple sont réduites, améliorant la sensation du volant 12 pour le conducteur, par rapport
à un moteur électrique à enroulement ondulé.
De plus, les corps principaux de bornes annulaires 28 sont utilisés dans un corps principal d'égaliseur 22 de la construction ci-dessus, mais des corps principaux de borne en forme d'arc 50 peuvent être utilisés dans les bornes 52, comme représenté sur la figure 8, pour
préserver la quantité de matériau de cuivre utilisé.
De plus, comme représenté sur les figures 9 et 10, six bornes 24 et six plaques isolantes 25 d'un corps principal d'égaliseur 60 peuvent être empilées alternativement sur l'embase 23 et une borne 24 connectée électriquement à un crochet sur deux 34 ou une borne, peut être connectée électriquement à un crochet 34 sur trois. Pour empêcher les courants de circulation de s'écouler à travers les balais en raison de différences de force électromotrices induites entre les circuits, plus le nombre de bornes qui sont des organes d'égalisation est grand, puis l'effet est important, mais comme expliqué ci-dessus, le nombre peut être réduit pour permettre une production plus facile et des
coûts inférieurs pour le corps principal d'égaliseur.
Il a été découvert que le bruit de fonctionnement était inférieur lorsque le nombre de bornes satisfaisait à l'équation Ns/(nx2) S K S Ns, K étant le nombre d'organes d'égalisation, Ns le nombre de fentes dans le noyau et n le nombre maximum de segments recouverts par les balais. La figure 11 est une
évaluation du cas o Ns = 22 et n = 3 et la formule ci-
dessus satisfait aux critères d'évaluation, ou six sur
dix ou davantage sont passables.
De plus, dans un moteur électrique de la construction ci- dessus, l'enroulement de machine du câblage 19 de l'enroulement 21 utilisant un fil rond revêtu d'émail est possible pour diminuer les coûts de production et permettre une production en grande quantité, mais même une machine à bobiner ne peut pas enrouler des rangées parfaites et il existe un risque pour que des irrégularités de la résistance et de l'inductance entre circuits de l'enroulement augmentent. Toutefois, puisque les courants de circulation sont empêchés de s'écouler à travers les balais en raison des différences de la force électromotrice induite apparaissant entre les circuits par la fourniture du corps principal d'égaliseur 22, les problèmes provenant des irrégularités de la résistance et de l'inductance entre les circuits de
l'enroulement ne se produisent pas.
De plus, dans un moteur électrique de la construction ci- dessus, desaimants à champ permanent 2 constitués de ferrite sont utilisés pour diminuer les ondulations de couple associées principalement à la direction. Lorsque le champ est généré par des électroaimants, la densité de flux magnétique est généralement supérieure à celle des aimants permanents, ce qui intensifie les modifications de densité de flux dans l'entrefer lorsque les fentes et les dents du noyau sont alternativement orientées vers les pôles en raison de changements de position du sens de rotation de l'induit, augmentant ainsi les ondulations de couple. Tandis que la densité de flux moyenne dans l'entrefer dans le cas d'aimants à champ permanent en ferrite est normalement d'environ 0,3 à 0,4 Tesla, il est approximativement du double dans le cas d'électroaimants à 0,7 à 0,8 Tesla et dans le cas d'électroaimants, les ondulations de couple augmentent, les fluctuations d'attraction magnétique augmentent également au niveau des dents du noyau et le bruit électromagnétique augmente également. De plus, lorsque des aimants en ferrite à champ permanent sont utilisés, il devient possible de diminuer la taille du moteur, ce qui simplifie l'opération d'assemblage et diminue les coûts. Il est ainsi efficace d'utiliser des aimants à champ de ferrite permanent dans un moteur électrique, mais dans ce cas, puisque la densité de flux magnétique du champ est faible, il est nécessaire d'augmenter le nombre de spires du câblage dans l'induit pour assurer la qualité du couple. Pour cette raison, les aimants de champ sont grandement influencés par la réaction de l'induit et le centre magnétique de la répartition de flux des pôles de champ magnétique est décalé généralement en sens inverse par rapport au sens de rotation de l'induit. Dans un moteur ordinaire, ce décalage du centre magnétique est compensé en déplaçant les balais par rapport au centre géométrique des pôles magnétiques en sens inverse du sens de rotation de
l'induit pour obtenir une bonne répartition de flux.
Toutefois, puisque ce moteur électrique tourne dans les deux sens, il n'est pas possible de compenser les décalages de centre magnétique en déplaçant les balais en sens inverse par rapport au sens de rotation de
l'induit pour obtenir une bonne répartition de flux.
En conséquence, dans ce moteur électrique, une bonne répartition de flux est assurée en améliorant l'équilibre de la tension induite dans chacun des circuits de l'enroulement en prévoyant un corps principal d'égaliseur 22 sur l'induit 20 pour compenser la répartition de flux médiocre et les effets spéciaux
décrits ci-dessous sont obtenus.
(1) Puisque le bruit de fonctionnement de ce moteur électrique est réduit comme représenté sur la figure 12, le conducteur ne remarque aucun bruit de fonctionnement désagréable pendant la direction, même si ce moteur électrique est monté sur la colonne de direction. De plus, puisque ce moteur électrique peut être monté sur la colonne à l'intérieur de l'habitacle de l'automobile, il est placé dans un environnement plus avantageux en ce qui concerne la chaleur et l'eau qu'un moteur électrique classique 100 qui est monté, par exemple, sur un support 40 dans le compartiment moteur, comme représenté sur la figure 13, permettant à ce moteur électrique d'être fabriqué de manière plus économique. (2) Puisque ce moteur électrique adopte un procédé à 4 balais à enroulement imbriqué, les ondulations de couple peuvent être réduites et même si ce moteur est commandé par une modulation de largeur d'impulsion (PWM) au moyen d'un signal de commande de moteur provenant d'une unité de commande 13, les vibrations transmises au volant 12 pendant l'activation de ce moteur électrique sont pratiquement inexistantes, empêchant la dégradation de la sensation du volant pour
le conducteur.
De plus, puisque les ondulations de couple sont réduites dans ce moteur électrique, le degré de liberté pour concevoir le procédé de commande PWM de l'unité de commande 13 est accru, permettant des améliorations dans l'aptitude à la réponse et à la commande de microcourant d'être introduite, améliorant encore la
sensation du volant.
De plus, le bruit de maintien (bruit généré par les vibrations provoquées par un moteur électrique dues à des changements de couple en raison de variations de l'écoulement de courant à travers l'induit résultant de très petites variations du contact entre les balais 8 et les segments 16 lorsque le volant 12 est maintenu dans une position donnée; ou le bruit de vibrations généré dans la période des très petits déplacements dus à la réaction du système lorsque le moteur électrique n'est pas actif) peut être réduit. Dans un procédé classique à 2 balais à enroulement ondulé, les ondulations de couple sont importantes et le bruit de maintien est facilement généré, mais lorsque des tentatives sont effectuées pour supprimer la génération de ce bruit de maintien au moyen de l'unité de commande 13 en augmentant le gain de commande, les fluctuations de couple indiquant le degré de bruit de maintien sont réduites, comme représenté sur la figure 14, tandis que le bruit de fonctionnement (attraction magnétique dans la direction radiale) est accru et il n'est pas possible de supprimer à la fois le bruit de maintien et le bruit de fonctionnement simultanément. D'autre part, dans ce moteur électrique utilisant un procédé à 4 balais à enroulement imbriqué, il est possible de supprimer à la fois le bruit de maintien et le bruit de
fonctionnement simultanément.
(3) Puisque ce moteur électrique utilise un procédé à 4 balais à enroulement imbriqué, la densité de courant dans les balais 8 peut être réduite, permettant d'allonger le temps de maintien de courant admissible de ce moteur électrique. Pendant une marche arrière de parcage, des demi-tours, etc., le volant 12 est fréquemment tourné jusqu'à son angle maximum et utilisé dans un état dit "de direction fixe" ou "bloqué en extrémité", mais à ce moment, l'induit d'un moteur électrique a du mal à tourner réellement pendant que le couple continue à être généré et que le moteur électrique est utilisé dans un état contraint. Ce moteur électrique permet à la densité de courant dans les balais 8 d'être réduite à ce moment, lorsque les augmentations de température sont les plus importantes, permettant à la période d'utilisation admissible dans l'état "de direction fixe" ou "bloqué en extrémité" d'être allongée, augmentant ainsi l'utilité du moteur électrique. De plus, la durée de vie utile des balais 8 est allongée en conséquence, améliorant la fiabilité et la
durée du moteur électrique.
(4) Puisque ce moteur électrique adopte un procédé à 4 balais à enroulement imbriqué, l'aire en section transversale du câblage dans l'enroulement 21 peut être approximativement de la moitié de celle d'un enroulement ondulé par des conditions identiques, facilitant la mise en forme du fil et améliorant l'enroulement et puisque le diamètre du fil est petit, il existe moins d'espace entre les portions du câblage à l'intérieur des fentes 11 du noyau 9, améliorant le rapport fil sur espace et permettant à la taille du moteur électrique d'être réduite. En conséquence, le moment d'inertie et la perte de couple de l'induit 20, qui sont des facteurs importants dans la direction,
peuvent être réduits.
(5) En améliorant l'équilibre de la tension induite entre chacun des circuits de l'enroulement, une réduction globale des ondulations de couple peut être obtenue, diminuant les ondulations de couple transmises au volant et permettant une amélioration globale de la
sensation du volant pour le conducteur.
(6) Puisque ce moteur électrique fournit une bonne action de commutation, outre la possibilité d'effets tels que l'allongement de la durée de vie utile des balais 8, la suppression des augmentations de température dans les balais 8 et la réduction du bruit de commutateur (bruit d'étincelles) dans les balais 8, il est avantageux en ce qui concerne le bruit radioélectrique, etc., car la génération d'étincelles est réduite. En particulier, lorsqu'il est monté sur la colonne de direction lorsque l'utilisation à proximité immédiate de circuits de puissance radio, etc., ne peut pas être évitée, les effets du bruit radioélectrique,
etc., sont faibles.
De plus, puisque la génération d'étincelles est réduite, la charge des ressorts 7 poussant sur les balais 8 contre le commutateur 6 peut être réduite, permettant la réduction de perte de couple due à la pression des balais et permettant également la réduction de la chaleur de frottement due à la pression des balais 8. En conséquence, même si ce moteur électrique adopte un procédé à 4 balais à enroulement imbriqué, la perte de couple peut être maintenue au même niveau que celle d'un procédé à 2 balais à
enroulement ondulé.
De plus, le mode de réalisation ci-dessus a été expliqué pour des moteurs à enroulement imbriqué à 4 pôles, 24 et 22 fentes, pour des ensembles de direction assistée électrique, mais le nombre de fentes n'est pas limité à ces nombres et à condition que le nombre de fentes soit un nombre pair qui ne donne pas naissance à une attraction magnétique dans la direction radiale par rapport à l'induit, l'effet de réduction de bruit sera obtenu. De plus, à condition que le nombre de fentes ne soit pas un multiple du nombre de pôles, les
ondulations de couple peuvent également être réduites.
Les figures 22 à 24 montrent l'attraction magnétique et les ondulations de couple agissant sur un induit dans le cas d'enroulements imbriqués à 4 pôles fentes, 4 pôles 26 fentes et 4 pôles 28 fentes et il est évident que l'attraction magnétique n'agit pas dans
la direction radiale dans l'un quelconque de ces cas.
La figure 25 résume ces résultats et on peut voir que l'attraction magnétique ne se produit pas dans la direction radiale lorsque le nombre de fentes choisi est un nombre pair ou un multiple du nombre de paires de pôles et que les ondulations de couple peuvent être réduites si le nombre de fentes n'est pas un multiple
du nombre de pôles.
De plus, le nombre de pôles n'est pas limité à quatre et il peut être un nombre quelconque à partir de quatre tel que six, huit, etc. Les figures 26 à 31 montrent des exemples d'enroulements imbriqués à 6 pôles 25 fentes, 6 pôles 24 fentes, 6 pôles 22 fentes, 6 pôles 26 fentes, 6 pôles 21 fentes et 6 pôles 27 fentes. D'après la figure 26, on peut voir que l'attraction magnétique agit dans la direction radiale, car le nombre de fentes n'est ni un nombre pair ni un multiple du nombre de paires de pôles. Sur la figure 27, les ondulations de couple sont importantes car le nombre de fentes est un multiple du nombre de pôles. Sur les figures 28 et 29 le nombre de fentes est un nombre pair, mais pas un multiple du nombre de pôles et sur les figures 30 et 31 le nombre de fentes est un multiple du nombre de paires de pôles mais pas un multiple du nombre de pôles et ainsi, l'attraction magnétique n'agit pas dans la direction radiale dans l'un quelconque de ces cas et les ondulations de couple sont minimisées. La figure 32 résume ces résultats et, comme avec les cas à 4 pôles, on peut voir que l'attraction magnétique ne se produit pas dans la direction radiale si le nombre de fentes est un nombre pair ou un multiple du nombre de paires de pôles et que les ondulations de couple peuvent être réduites si le nombre de fentes n'est pas un multiple du nombre de pôles. Il en est de même dans les cas avec huit pôles ou davantage. Lorsque le nombre de fentes est un multiple du nombre de paires de pôles, les organes d'égalisation décrits ci-dessus peuvent être prévus, permettant d'éviter la circulation de courant et
permettant d'améliorer l'action de commutation.
Comme expliqué ci-dessus, selon un aspect de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique comprenant: une carcasse; une portion de champ magnétique multipolaire constituée d'au moins quatre pôles, fixée à la paroi interne de la carcasse; un arbre disposé à l'intérieur de la carcasse de façon à pouvoir tourner librement; une induit fixée à l'arbre comportant un enroulement construit en enroulant de façon imbriquée un câblage dans un nombre pair de fentes formées sur la surface circonférentielle externe d'un noyau, de façon à s'étendre dans la direction axiale de celui-ci; un commutateur comprenant une pluralité de segments fixés à une portion d'extrémité de l'arbre; et une pluralité de balais en contact avec la surface du commutateur, de façon que l'attraction magnétique totale agissant sur l'induit soit nulle et les vibrations rotationnelles provoquant le bruit de fonctionnement n'apparaissent pas, permettant ainsi au bruit de fonctionnement d'être réduit. Selon une forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel le nombre de fentes est pair et n'est pas un multiple du nombre de pôles, permettant au bruit de fonctionnement d'être réduit ainsi que diminuant les ondulations de couple et améliorant la
sensation du volant pour le conducteur.
Selon un autre aspect de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique comprenant: une carcasse; une portion de champ magnétique multipolaire constituée d'au moins quatre pôles, fixée à la paroi interne de la carcasse; un arbre disposé à l'intérieur de la carcasse de façon à pouvoir tourner librement; un induit fixé à l'arbre comportant un enroulement construit en enroulant de façon imbriquée un câblage dans un nombre de fentes qui est un multiple du nombre de paire de pôles, les fentes étant formées sur la surface circonférentielle externe d'un noyau, de façon à s'étendre dans la direction axiale de celui-ci; un commutateur comprenant une pluralité de segments fixés à une portion d'extrémité de l'arbre; et une pluralité de balais en contact avec la surface du commutateur, de façon que l'attraction magnétique totale agissant sur l'induit soit nulle et les vibrations rotationnelles provoquant le bruit de fonctionnement n'apparaissent pas, permettant ainsi au bruit de fonctionnement d'être
réduit.
Selon une forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel le nombre de fentes est un multiple du nombre de paires de pôles et n'est pas un multiple du nombre de pôles, permettant au bruit de fonctionnement d'être réduit ainsi que diminuant les ondulations de couple et améliorant la sensation du
volant pour le conducteur.
Selon une autre forme de la présente invention, les circuits de l'induit sont connectés électriquement entre eux en utilisant des organes d'égalisation permettant d'empêcher la circulation de courants s'écoulant à travers les balais en raison des différences de forces électromotrices induites apparaissant entre les circuits à l'intérieur des circuits de l'induit, permettant ainsi à l'action de commutation de balais d'être améliorée et permettant également la suppression des étincelles de commutateurs générées par les balais. De plus, les amplitudes à la fois du bruit de fonctionnement et des ondulations de
couple peuvent être ainsi réduites.
Selon encore une autre forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel le nombre d'organes d'égalisation est déterminé par Ns/(nx2) < K < Ns, K étant le nombre d'organes d'égalisation, Ns le nombre de fentes dans le noyau et n le nombre maximum de segments recouverts par les balais, permettant au nombre approprié d'être
déterminé, améliorant ainsi l'élimination en excès.
Selon une forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel le courant traversant l'enroulement est commandé par une commande par modulation de largeur d'impulsions (PWM), de façon que la tension désirée puisse être appliquée avec une perte de sortie réduite et que la taille de l'unité de
commande puisse être réduite.
Selon une autre forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel l'enroulement est un fil rond revêtu d'émail, facilitant l'automatisation de l'étape d'enroulement du câblage sur le noyau, permettant ainsi une production en grande quantité de
l'induit et diminuant les coûts de production.
Selon encore une autre forme de la présente invention, il est fourni un moteur pour un ensemble de direction assistée électrique dans lequel la portion de champ magnétique comprend une pluralité d'aimants permanents disposés de manière à être espacés autour de la paroi interne de la carcasse, permettant à
l'amplitude des ondulations de couple d'être réduites.
Des diminutions de taille, des améliorations de l'opération de montage et des réductions de coûts sont
également possibles.
Claims (9)
1. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique comprenant: une carcasse (1); une portion de champ magnétique multipolaire constituée d'au moins quatre pôles, fixée à la paroi interne de ladite carcasse (1); un arbre (4) disposé à l'intérieur de la carcasse (1) de façon à pouvoir tourner librement; caractérisé par un induit (20) fixé audit arbre (4) comportant un enroulement construit en enroulant de façon imbriquée un câblage (19) dans un nombre pair de fentes (11) formées sur la surface circonférentielle externe d'un noyau, de façon à s'étendre dans la direction axiale de celui-ci; un commutateur (6) comprenant une pluralité de segments (16) fixés à une portion d'extrémité de l'arbre (4); et une pluralité de balais (8) en contact avec la
surface dudit commutateur (6).
2. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre desdites fentes (11) est pair et n'est
pas un multiple du nombre desdits pôles.
3. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique comprenant: une carcasse (1); une portion de champ magnétique multipolaire constituée d'au moins quatre pôles, fixée à la paroi interne de ladite carcasse (1); un arbre (4) disposé à l'intérieur de ladite carcasse (1) de façon à pouvoir tourner librement; caractérisé par un induit (20) fixé audit arbre (4) comportant un enroulement construit en enroulant de façon imbriquée un câblage dans un nombre de fentes (11) qui est un multiple du nombre de paire desdits pôles, lesdites fentes (11) étant formées sur la surface circonférentielle externe d'un noyau, de façon à s'étendre dans la direction axiale de celui-ci; un commutateur (6) comprenant une pluralité de segments (16) fixés à une portion d'extrémité dudit arbre (4); et une pluralité de balais (8) en contact avec la
surface dudit commutateur (6).
4. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le nombre desdites fentes (11) est un multiple du nombre de paires de pôles et n'est pas un multiple du
nombre desdits pôles.
5. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique selon la revendication 1, comprenant des organes d'égalisation pour empêcher à des courants de circulation de s'écouler à travers lesdits balais (8) en raison des différences de forces électromotrices induites apparaissant entre les circuits à l'intérieur
des circuits de ladite induit (20).
6. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique selon la revendication 5, caractérisé en ce que Ns/(nx2) < K < Ns, K étant le nombre desdits organes d'égalisation, Ns le nombre desdites fentes (11) dans ledit noyau et n le nombre maximum de
segments (16) recouverts par lesdits balais (8).
7. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le courant traversant ledit enroulement est commandé par une commande par modulation de largeur
d'impulsions (PWM).
8. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce
que ledit enroulement est un fil rond revêtu d'émail.
9. Moteur pour un ensemble de direction assistée électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite portion de champ magnétique comprend une pluralité d'aimants permanents (2) disposés de manière à être espacés autour de la paroi interne de ladite
carcasse (1).
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