FR2844112A1 - Moteur synchrone a aimant permanent - Google Patents
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Abstract
Un noyau de stator (3) a une forme cylindrique, 3n dents (4a) étant disposées selon un pas prédéterminé en direction circonférentielle, n étant un entier positif, et des fentes (5) sont formées entre des paires adjacentes de dents (4a) pour déboucher sur un côté circonférentiel intérieur. Une bobine de stator (6) est installée sous forme d'enroulement concentré, dans le noyau de stator (3). Un rotor (8) est monté à rotation à l'intérieur du stator (2) et 2n aimants permanents (10) sont disposés sous un pas prédéterminé en direction circonférentielle sur une partie périphérique extérieure d'un arbre. Le noyau de stator (3) est construit de manière qu'une ouverture de fente (d) et un pas de fente (p) à la surface circonférentielle intérieure du noyau de stator (3) satisfasse à l'inégalité 0,1 ≤ d/p ≤ 0,3.
Description
MOTEUR SYNCHRONE A AIMANT PERMANENT
DESCRIPTION
ARRI RE-PLAN DE L'INVENTION
1. Domaine de l'invention La présente invention concerne un moteur 10 synchrone à aimant permanent dans lequel des aimants à
champ permanent sont prévus dans un rotor.
2. Description de l'art concerné
De façon générale, les moteurs synchrones à aimant permanent à enroulement concentré sont construits de manière que 3n dents d'un noyau de stator soient disposées selon un pas uniforme, n étant un entier positif, une bobine de stator est formée par 20 branchement en Y de trois phases de bobine, chacune enroulée indépendamment sur les dents et 2n aimants permanents sont disposés pour être placés face au noyau de stator. En d'autres termes, les moteurs synchrones à aimant permanent à enroulement concentré 25 ont un champ magnétique permanent à 2n pôles disposé
par rapport à 3n dents.
Du fait que le procédé d'enroulement concentré est adopté dans les moteurs synchrones à aimant permanent classiques construits de cette manière, 30 l'inductance subit une augmentation sous l'effet d'avoir des dents adjacentes formant des pôles opposés, ce qui facilite l'action de champ démagnétisant sur les aimants permanents. Ainsi, avec
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les pôles magnétiques générés par la bobine de stator et les pôles magnétiques des aimants permanents opposés les uns aux autres, un problème a été celui selon lequel des parties des champs magnétiques 5 générés par la bobine de stator pénètrent dans les aimants permanents et agissent sur les aimants permanents en tant que champs démagnétisant, qui
démagnétisent les aimants permanents.
Pour surmonter des problèmes de ce type, des 10 moteurs synchrones à aimant permanent ont été proposés en tant qu'amélioration dans le brevet japonais No. 3 076 006, par exemple, dans lequel un espace entre les dents est réduit pour permettre que les champs magnétiques générés par la bobine de stator 15 passent vers des dents adjacentes au lieu de pénétrer
dans les aimants permanents.
Dans ce moteur synchrone à aimant permanent classique, proposé en tant qu'amélioration dans le brevet japonais No. 3 076 006, un espace (La) entre 20 une paire adjacente de parties de bouts de dents et un entrefer (Lg) entre un noyau de stator et un rotor sont construits pour satisfaire à une expression ou inégalité 0,3 Lg < La < 2,0 Lg. En outre, l'espace
entre les dents (La) est fixé à une valeur comprise 25 entre 0,3 mm et 0, 4 mm.
Du fait que l'espace (La) entre la paire adjacente de parties de bouts de dents est égal ou inférieur à 2,0 fois la valeur de l'entrefer (Lg), le passage de flux magnétique démagnétisant vers le rotor 30 (les aimants permanents) peut être supprimé. En résultat, il est revendiqué que même si les pôles magnétiques générés par la bobine de stator et les pôles magnétiques des aimants permanents sont opposés
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à chaque autre, les champs démagnétisants sont moins sujet à agir sur les aimants permanents, ce qui permet d'avoir une amélioration au niveau de l'intensité de la force des aimants permanents face à la démagnétisation. Du fait que l'espace qu'on a entre la paire adjacente de parties de bouts de dents dans le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré classique proposé à titre d'amélioration tel 10 qu'explicité cidessus est construit pour être étroit, la fuite de flux magnétique entre les dents est augmentée ce qui augmente l'inductance dans la bobine de stator. L'augmentation d'inductance dans la bobine de stator donne lieu à une augmentation de la 15 constante de temps de la bobine de stator, ce qui augmente le déphasage entre la tension de commande appliquée à la bobine de stator et le courant d'entraînement qui en réalité passe par cette bobine de stator. En résultat, des problèmes de détérioration 20 des caractéristiques, sous charge lourde, se sont posés, problèmes dans lesquels un surplus de tension est réduit pendant les charges lourdes ce qui abaisse
la fréquence de rotation.
R SUM DE L'INVENTION
La présente invention vise à résoudre les problèmes ci-dessus et un but de la présente invention est de fournir un moteur synchrone à aimant permanent 30 qui élimine la détérioration des caractéristiques sous charge lourde, résultant de l'ouverture d'une fente étroite dans le moteur synchrone à aimant permanent antérieurement proposé, à titre d'amélioration, en
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prédéterminant une relation entre l'ouverture de fente et le pas des fentes ou bien une relation entre l'ouverture de fente et l'épaisseur des première et deuxième parties d'extrémités circonférentielles sur 5 des extrémités circonférentiellement intérieure des dents, afin de résoudre les problèmes du procédé d'enroulement concentré dans lequel l'inductance subit une augmentation par le fait des dents adjacentes qui
forment des pôles opposés.
Selon un aspect de la présente invention, il est fourni un moteur synchrone à aimant permanent comprenant un stator et un rotor. Le stator est composé d'un noyau de stator cylindrique dans lequel 3n dents sont disposées selon un pas 15 prédéterminé dans une direction circonférentielle, n étant un entier positif, des fentes étant formées entre des paires adjacentes des dents pour s'ouvrir sur un côté circonférentiellement intérieur; et une bobine de stator est installée sous forme 20 d'enroulement concentré, dans le noyau de stator. Le rotor est disposé à rotation à l'intérieur du stator, 2n aimants permanents étant disposés sous un pas prédéterminé dans une direction circonférentielle d'une partie périphérique extérieure du rotor. Le 25 moteur synchrone à aimant permanent est caractérisé en
ce que le noyau de stator est construit de manière qu'une ouverture de fente (d) et un pas de fente (p) sur une surface circonférentiellement intérieure du noyau de stator satisfasse à une expression 30 d'inégalité 0,1 < d/p < 0,3.
Par conséquent, il y a réduction de l'inductance, fournissant de cette manière un moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré compact
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permettant d'améliorer la fréquence de rotation pendant les périodes à charges lourdes et permettant également d'améliorer la fourniture de puissance mécanique. Selon un autre aspect de la présente invention, il est fourni un moteur synchrone à aimant permanent comprenant un stator et un rotor. Le stator est composé d'un noyau de stator cylindrique dans lequel 3n dents sont disposées sous un pas 10 prédéterminé en direction circonférentielle, n étant un entier positif, des fentes étant formées entre des paires adjacentes des dents pour s'ouvrir sur un côté circonférentiellement intérieur; et une bobine de stator installée en enroulement concentré dans le 15 noyau de stator. Le rotor est disposé à rotation à l'intérieur du stator, 2n aimants permanents étant disposés sous un pas prédéterminé en direction circonférentielle sur une partie périphérique extérieure du rotor. Le moteur synchrone à aimant 20 permanent est caractérisé en ce que le noyau de stator
est construit de manière qu'une ouverture de fente (d) et une épaisseur (h) des premières et deuxièmes parties d'extrémités circonférentielles sur une extrémité circonférentiellement intérieure des dents 25 satisfasse à l'inégalité 0,2 < h/d < 0,7.
Par conséquent, il y a réduction de l'inductance, fournissant de cette manière un moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré compact permettant d'améliorer la fréquence de rotation 30 pendant les phases à charges lourdes et permettant également d'améliorer la puissance mécanique fournie
par le moteur.
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Selon encore un autre aspect de la présente invention, il est fourni un moteur synchrone à aimant permanent incluant un stator et un rotor. Le stator est composé d'un noyau de stator cylindrique dans 5 lequel 3n dents sont disposées sous un pas prédéterminé en direction circonférentielle, n étant un entier positif, des fentes étant formées entre des paires adjacentes des dents pour s'ouvrir sur un côté circonférentiellement intérieur; et un noyau de 10 stator installé sous forme d'enroulement concentré dans le noyau de stator. Le rotor est monté à rotation à l'intérieur du stator; 2n aimants permanents étant disposés sous un pas prédéterminé dans une direction circonférentielle sur une partie périphériquement 15 extérieure du stator. Le moteur synchrone à aimant permanent est caractérisé en ce que le noyau de stator est construit de manière qu'une ouverture de fente (d), un pas de fente (p) à une surface circonférentiellement intérieure du noyau de stator et 20 une épaisseur (h) des première et deuxième parties d'extrémités circonférentielles sur une extrémité circonférentiellement intérieure des dents satisfasse à une expression 0,1 < d/p 0,3 et à une
expression 0,2 < h/d < 0,7.
Par conséquent, il y a réduction de l'inductance, fournissant de cette manière un moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré compact, permettant d'améliorer la fréquence de rotation pendant les périodes à charges lourdes et 30 permettant également d'améliorer la puissance
mécanique fournie par le moteur.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
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La figure 1 est une vue en coupe représentant un moteur synchrone à aimant permanent selon le Mode de Réalisation 1 de la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle représentant une partie du moteur synchrone à aimant permanent selon le Mode de Réalisation 1 de la présente invention; La figure 3 est un graphique représentant une 10 relation entre un rapport entre l'ouverture de fente d et le pas de fente p et le rapport d'inductance dans le moteur synchrone à aimant permanent selon le Mode de Réalisation 1 de la présente invention; La figure 4 est un graphique représentant une 15 relation entre le rapport d'ouverture de fente d et le pas de fente p et le rapport de fréquence de rotation dans le moteur synchrone à aimant permanent selon le Mode de Réalisation 1 de la présente invention; La figure 5 est un graphique représentant une 20 relation entre le rapport de l'ouverture de fente d et le pas de fente p et un rapport de couple dans le moteur synchrone à aimant permanent selon le Mode de
Réalisation 1 de la présente invention.
La figure 6 est un graphique représentant une 25 relation entre un rapport d'épaisseur de parties d'extrémité de dents h et d'ouverture de fente d et un rapport de couple dans le moteur synchrone à aimant permanent selon le Mode de Réalisation 2 de la présente invention; La figure 7 est un graphique représentant une relation entre le rapport d'épaisseur de parties d'extrémité de dents h et l'ouverture de fente d et un rapport de fréquence de rotation dans le moteur
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synchrone à aimant permanent selon le Mode de Réalisation 2 de la présente invention; et La figure 8 est un graphique représentant la relation entre le rapport de l'épaisseur de parties 5 d'extrémité de dents h et l'ouverture de fente d et un rapport d'inductance dans le moteur synchrone à aimant permanent selon le Mode de Réalisation 2 de la
présente invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION
PREFERES
Des modes de réalisation préférés de la présente
invention vont être explicités à présent en référence 15 aux dessins.
Mode de Réalisation 1 La figure 1 est une vue en coupe représentant un 20 moteur synchrone à aimant permanent selon le Mode de
Réalisation 1 de la présente invention, et la figure 2 est une vue en coupe à plus grande échelle montrant une partie du moteur synchrone à aimant permanent selon le mode de réalisation 1 de la présente 25 invention.
Sur les figures, un moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré, désigné par 1 est constitué par: un stator 2, et un rotor 8 monté à
rotation à l'intérieur du stator 2.
Le stator 2 est formé par: un noyau de stator 3 cylindrique ayant des parties de noyau 4 correspondant en nombre à une pluralité de fentes 5, et une bobine
de stator 6 installée dans le noyau de stator 3.
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Chacune des parties de noyau 4 est construite par laminage et intégration d'un nombre prédéterminé de feuilles ou tôles de matériau magnétique telle qu'une tôle d'acier au silicium, par exemple. Les dents 4a 5 formées sur les parties de noyau 4 sont agencées selon un pas angulaire uniforme en direction circonférentielle, les fentes 5 du noyau de rotor 3 étant formées entre des paires adjacentes des dents 4a pour déboucher sur un côté circonférentiel intérieur. 10 Des parties formant bride 4b sont disposés pour s'étendre dans des première et deuxième directions circonférentielles depuis une extrémité
circonférentielle intérieure de chacune des dents 4a.
La bobine de stator 6 est construite en branchant 15 en Y trois phases de bobine 7, chacune formée par enroulement d'un fil de bobine, indépendamment sur les dents 4a de chacune des parties de noyau 4 sur laquelle des isolateurs (non représentés) sont disposés. En d'autres termes, la bobine de stator 6 20 est installée dans le noyau de stator 3 sous la forme
d'un enroulement concentré.
Le rotor 8 est constitué par: un arbre 9 servant de noyau de rotor et réalisé en matériau magnétique tel que du fer, par exemple; et des aimants 25 permanents 10 fixés sur des parties périphériques extérieures de l'arbre 9. Bien que ceci ne soit pas représenté, la résistance aux efforts centrifuges est assurée par montage d'un cylindre en tôle mince d'acier inoxydable sur une périphérie extérieure du 30 rotor 8, ou enroulement d'une bande de renforcement sur la périphérie extérieure du rotor 8. En outre, des aimants à terre-rare ou des aimants en ferrite sont
utilisés pour les aimants permanents 10.
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Dans le Mode de Réalisation 1, le nombre de paires de pôle n est de 3, neuf (3n) dents 4a sont agencées sous un pas angulaire uniforme en direction circonférentielle et six (2n) aimants permanent 10 5 étant agencés sous un pas angulaire uniforme en direction circonférentielle sur une surface de paroi périphérique extérieure de l'arbre 9. En d'autres termes, ce moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré 1 est un moteur à 3 fentes par 2 10 pôles, dans lequel le rapport entre le nombre de fentes dans le stator 2 et le nombre de pôles dans le rotor 8 est 3: 2. Le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré 1 est construit pour fonctionner comme moteur dans lequel le rotor 8 tourne 15 en faisant passer par la bobine de stator 6 un courant d'entraînement ajusté selon la position en rotation du
rotor 8.
Tel que représenté sur la Figure 2, les dimensions du moteur synchrone à aimant permanent à 20 enroulement concentré 1 sont fixées de manière que 0,1
< d/p < 0,3, o d est une ouverture de fente du noyau de stator 3 et p est un pas de fente sur une surface circonférentielle intérieure 3a du noyau de stator 3.
De plus, le pas de fente p est exprimé par p = 2fR/S, 25 o 2R est le diamètre intérieur du noyau de stator 3 et S étant le nombre de fentes 5. L'ouverture de fente d est un intervalle entre les parties de bride 4b (l'intervalle entre les bords des extrémités circonférentielles extérieures d'une paire adjacente 30 de dents 4a). En outre, une épaisseur h de parties d'extrémité des parties de bride 4b (des première et deuxième parties de bord circonférentiel sur les
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extrémités circonférentielles intérieures des
dents 4a) est de 1,0 mm.
A présent, les résultats sont présentés aux
Figures 3, 4 et 5 dans lesquelles le rapport 5 d'inductance (pour cent), un rapport de fréquence de rotation (pour cent), et un rapport de couple (pour cent) ont été mesurés dans le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré 1 construit de cette manière tandis que d a été varié, p étant 10 fixé à 16,5 mm.
On peut voir d'après la Figure 3, que lorsque d/p est inférieure à 0,1 (d/p < 0,1), le rapport d'inductance tombe rapidement lorsque d/p augmente, et lorsque d/p dépasse 0,1 la chute du rapport 15 d'inductance est faible. Lorsque d/p est égal ou supérieur à 0,1 (0,1< d/p), le rapport d'inductance
est maintenu à un faible niveau.
On peut voir d'après la Figure 4 que lorsque d/p est inférieur à 0,1 (d/p < 0,1), le rapport de 20 fréquence de rotation augmente rapidement lorsque d/p
augmente et lorsque d/p dépasse 0,1, l'augmentation du rapport de fréquence de rotation est faible. Lorsque d/p est égal ou supérieur à 0,1 (0,1 < d/p), le rapport de fréquence de rotation est maintenu à un 25 haut niveau.
Ainsi, du fait des changements des caractéristiques du moteur venant des irrégularités du rapport d'inductance et du rapport de fréquence de rotation augmente lorsque d/p est fixé dans la région 30 dans laquelle les changements du rapport d'inductance et du rapport de fréquence de rotation sont grands (d/p < 0,1), rendant instable les performances du
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produit, il est souhaitable que d/p soit égal ou
supérieur à 0,1 (0,1 < d/p).
On voit d'après la Figure 5, que lorsque d/p est égal ou inférieur à 0,3 (d/p < 0,3), le rapport de 5 couple diminue graduellement lorsque d/p augmente, et lorsque d/p dépasse 0,3 le rapport de couple diminue rapidement. Lorsque d/p est égal ou inférieur à 0,3 (d/p < 0,3), le rapport de couple est maintenu à un
haut niveau.
Ainsi, du fait que les changements des caractéristiques du moteur imputable aux irrégularités le rapport de couple augmentent lorsque d/p est fixé dans la région dans laquelle les changements du rapport de couple sont grands (0,3 < d/p), faisant que 15 les performances du produit sont instable, il est souhaitable que d/p soit égal ou inférieur à 0,3 (d/p
< 0,3).
Ainsi, si la relation entre l'ouverture de fente d et le pas de fente p dans le noyau de stator 3 est 20 fixé de manière à satisfaire l'expression 0,1 < d/p < 0,3, les problèmes rencontrés avec le procédé d'enroulement concentré tels que l'augmentation de l'inductance ou l'effet des dents adjacentes formant des pôles opposés, sont résolus et on élimine la 25 détérioration des caractéristiques sous charge lourde résultant du fait que les ouvertures de fente sont étroites donnant de cette manière un moteur dans lequel la réduction de couple est faible, l'inductance est réduite et la fréquence de rotation est élevée. Du 30 fait que la réduction de couple est petite comparée à l'amélioration obtenue en terme de fréquence de
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rotation, la puissance mécanique produite par le moteur peut être améliorée. En plus, la taille d'un moteur peut être réduite sans réduire la puissance
mécanique lui permettant d'être plus compact.
De plus, des effets similaires à ceux que l'on a dans le Mode de Réalisation 1 ci-dessus ont été également obtenus lorsque le pas de fente p a été modifié (É 16,5 mm) et la relation entre d/p et le rapport d'inductance, la relation entre d/p et le 10 rapport de fréquence de rotation et la relation entre
d/p et le rapport de couple ont été mesurés.
Mode de Réalisation 2 Dans le Mode de Réalisation 2, les dimensions du moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré 1 selon le Mode de Réalisation 1 ci-dessus, sont fixée de manière que 0,2 < h/d < 0, 7, dans laquelle d est une ouverture de fente du noyau de 20 stator, 3 et h est l'épaisseur d'une partie
d'extrémité des parties en bride 4b.
A présent, on présente les résultats aux Figures 6, 7 et 8 dans lesquelles le rapport de couple (pour cent), le rapport de fréquence de rotation (pour 25 cent), et le rapport d'inductance (pour cent) ont été
mesurés dans un noyau de stator 3 dans lequel le pas de fente p sur les surfaces circonférentielles intérieures 3a du noyau de stator 3 était de 16,5 mm et l'ouverture de fente d était de 3,0 mm 30 (d/p = 0,182), tandis que h avait été modifié.
On voit d'après la Figure 6, que lorsque h/d est inférieur à 0,2 (h/d < 0, 2), le rapport de couple
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augmente rapidement lorsque h/d augmente, et lorsque h/d dépasse 0,2, l'augmentation du rapport de couple est faible. Lorsque h/d est égal ou supérieur à 0,2 (0,2 < h/d), le rapport de couple est maintenu à un haut niveau. Ainsi, du fait que les changements des caractéristiques du moteur venant des irrégularités du rapport de couple deviennent importants lorsque h/d est fixé dans la région dans laquelle les changements 10 de rapport de couple sont grands (h/d < 0,2), ce qui rend instable les performances du produit, il est souhaitable que h/d soit égal ou supérieur à 0,2
(0,2 S h/d).
D'après la Figure 7, on peut voir que lorsque h/d 15 est égal ou inférieur à 0,7 (h/d S 0,7), le rapport de
fréquence de rotation diminue graduellement lorsque h/d augmente, et lorsque h/d dépasse 0,7 le rapport de fréquence de rotation diminue rapidement. Lorsque h/d est égal ou inférieur à 0,7 (h/d S 0,7), le rapport de 20 fréquence de rotation est maintenu à un haut niveau.
Ainsi, du fait que les changements des caractéristiques du moteur venant des irrégularités du rapport de fréquence de rotation deviennent importants lorsque h/d est fixé dans la région dans laquelle les 25 changements de rapport de fréquence de rotation sont grands, (0,7 < h/d), ce qui rend instable les performances du produit, il est souhaitable que h/d
soit égal ou inférieur à 0,7 (h/d S 0,7).
On voit d'après la Figure 8, que le rapport 30 d'inductance augmente lorsque h/d augmente. Si le rapport d'inductance est élevé, la constante de temps de la bobine est augmenté, ce qui augmente la
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différence de phase entre une tension d'entraînement appliquée à la bobine et un courant d'entraînement qui en réalité passe par la bobine. En résultat, le surplus de tension durant les phases à charges lourdes 5 est réduit, ce qui abaisse la fréquence de rotation.
En outre, si le rapport d'inductance est trop petit, en d'autres termes, si h est trop réduit, les dents deviennent magnétiquement saturées donnant lieu à une
réduction de couple.
Ainsi, si la relation entre l'épaisseur h de la partie d'extrémité des parties de bride 4b des dents 4a et l'ouverture de fente d dans le noyau de stator 3 est fixée pour satisfaire l'expression 0,2 < h/d < 0,7), les problèmes rencontrés avec le procédé 15 d'enroulement concentré est tel que l'augmentation de l'inductance du fait des dents adjacentes formant des pôles opposés sont résolus et on élimine la détérioration des caractéristiques sous charge lourde, résultant du fait de rendre les ouvertures de fente 20 étroite, ce qui fournit un moteur dans lequel la réduction de couple est faible, l'inductance est réduite, et la vitesse de fréquence de rotation est élevée. Du fait que la réduction de couple est petite, en comparaison de l'amélioration de la fréquence de 25 rotation, la puissance mécanique fournie par le moteur peut être améliorée. En plus, la taille du moteur peut être réduite sans réduire la puissance mécanique, ce
qui lui permet d'être rendu plus compact.
De plus, des effets similaires à ce que l'on a 30 dans le Mode de Réalisation 2 ci-dessus, ont également été obtenus lorsque l'ouverture de fente d a été modifié (É 3,0 mm) et la relation entre h/d et le
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rapport de couple, la relation entre h/d et le rapport de fréquence de rotation et la relation entre h/d et
le rapport d'inductance ont fait l'objet de mesure.
Mode de Réalisation 3 Dans le Mode de Réalisation 3, le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré 1 selon le Mode de Réalisation 1 ci-dessus, est 10 construit de manière que la relation entre l'ouverture de fente (d) et le pas de fente (p) et la relation entre l'ouverture de fente (d) et l'épaisseur (h) de la partie d'extrémité des parties en bride 4b dans le noyau de rotor 3 satisfont à l'expression 0,1 S d/p 15 < 0,3 et à l'expression 0,2 < h/d < 0,7, respectivement. Par conséquent, selon le Mode de Réalisation 3, une combinaison synergistique des effets des Modes de
Réalisation 1 et 2 ci-dessus peut être obtenu.
De plus, chacun des modes de réalisation cidessus a été explicité en référence à un moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré dans lequel le nombre de pôles magnétiques dans le rotor 8 est de six et le nombre de fentes est de neuf, 25 mais il est uniquement nécessaire pour la présente invention de l'appliquer à un moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré à 3-fentespar-2- pôles et, par exemple, des effets similaires peuvent également être obtenus si la présente 30 invention est appliquée à un moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré dans lequel le
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nombre de pôles magnétiques dans le rotor 8 est de
huit et le nombre de fentes est de douze.
Dans chacun des modes de réalisation ci-dessus, la construction du noyau de stator 3 est explicitée 5 comme ayant une pluralité de parties de noyau 4, mais le noyau de stator 3 n'est pas limité à cette construction et par exemple, un noyau de stator préparé en poinçonnant des corps annulaires ayant des dents et des fentes, à partir d'une feuille mince en 10 matériau magnétique, et en laminant et en intégrant les corps annulaires, ou bien un noyau de stator préparé en poinçonnant un corps en forme de bande ayant des dents et des fentes à partir d'une mince tôle de matériau magnétique en forme de bande et en 15 enroulant le corps en forme de bande à une forme
hélicodale et en l'intégrant, peuvent être utilisés.
Dans chacun des modes de réalisation ci-dessus, le rotor 8 est formé par un arbre 9 réalisé en matériau magnétique et des aimants permanents 10 fixés 20 sur des parties périphériques extérieures de l'arbre 9, mais le rotor n'est pas limité à cette construction et un rotor peut également être utilisé dans lequel des aimants permanents sont fixés sur une périphérie extérieure d'un noyau de rotor cylindrique 25 composé de matériau magnétique, un arbre étant passé à travers et fixé à une partie centrale axiale du noyau de rotor. Dans ce cas, il n'est pas nécessaire que
l'arbre soit réalisé en matériau magnétique.
L'utilisation du moteur synchrone à aimant 30 permanent à enroulement concentré selon la présente
invention va à présent être explicitée.
Premièrement, le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré selon la présente
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invention peut être appliqué à un moteur entraîné par onde rectangulaire commandé par application d'une tension de commande à onde rectangulaire sur une
bobine de stator.
De façon générale, une différence de phase x se produisant entre la tension de commande appliquée à la bobine de stator et le courant de commande qui passe réellement par la bobine de stator est donnée par la formule suivante: a = tan -1{(OLI) / (e + RI)}, dans laquelle e est la fréquence du courant de commande (=2nf), L est l'inductance, I est le courant de commande, e est la tension induite dans le moteur,
et R est la résistance de bobine.
La différence de phase c augmente lorsque la
fréquence augmente, ce qui résulte de l'expression cidessus. Une onde rectangulaire peut être considérée comme étant une combinaison
d'ondes sinusodales comprenant 20 des composantes de fréquence d'ordre supérieur. Ainsi, lorsque la présente invention est appliquée à un moteur à commande à onde rectangulaire dans lequel le courant de commande comprend une grande partie de composantes d'ordre supérieur ayant une haute 25 fréquence, la détérioration des caractéristiques dans la plage à charge lourde résultant de la différence de phase X de valeur élevée peut être supprimée du fait que la différence de phase x peut être réduite du fait des effets de réduction d'inductance exercée sur le 30 moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré selon la présente invention. En d'autres
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termes, si le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré selon la présente invention est appliqué à un moteur à commande à onde rectangulaire, les effets de réduction d'inductance de la présente invention sont manifestés même de façon plus nette. Ensuite, en considérant les caractéristiques motrices du moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré, de façon générale, si les ouvertures de fente sont étroites, le couple de 10 denture se produisant dans le moteur est réduit, ce qui augmente le couple généré par le moteur (la constante de couple du moteur). Cependant, si les ouvertures de fente sont rendues plus petites, la fuite de flux magnétique se produisant entre des dents 15 adjacentes est augmentée, augmentant l'inductance dans les bobines. Ensuite, si l'inductance dans les bobines est augmentée, la constante de temps de la bobine augmente, ce qui augmente la différence de phase entre la tension de commande appliquée sur les bobines et le 20 courant de commande qui en réalité passe par les bobines. En résultat, la tension de surplus se produisant pendant les charges lourdes est réduite, ce
qui abaisse la fréquence de rotation.
Ainsi, étant donné que les caractéristiques de 25 moteur pendant les périodes à charges lourdes se
détériorent si les ouvertures de fente sont trop réduites, le fait d'agrandir les ouvertures de fente d'une certaine quantité est efficace pour des applications dans lesquelles le couple de denture 30 n'est pas un problème.
Ainsi, ces effets sont manifestés clairement si le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré selon la présente invention, est appliqué à
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des applications auquel le couple de denture n'est pas
un problème.
Le moteur synchrone à aimant permanent à
enroulement concentré selon la présente invention peut 5 être appliqué par exemple à des moteurs d'entraînement pour pompe hydraulique dans lesquels le couple de denture n'est pas considéré comme étant un problème.
Des exemples de pompe à hydraulique de ce type comprennent des pompes hydrauliques pour des 10 dispositifs de direction assistée dans des véhicules automobiles par exemple. Dans de tels cas, le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré selon la présente invention convient pour un usage
automobile du fait de sa taille réduite.
Le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré selon la présente invention peut également être appliqué à des moteurs pour dispositif de direction assistée électrique. De nouveau, le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement 20 concentré selon la présente invention, convient pour un usage automobile du fait de sa taille réduite. Dans de tels cas, le moteur synchrone à aimant permanent à enroulement concentré selon la présente invention est appliqué en effectuant un processus tel qu'un 25 amortissement, etc., dans le but de réduire
l'influence du couple de denture.
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Claims (6)
1. Un moteur synchrone à aimant permanent comprenant: un stator (2), comprenant: un noyau de stator (3) cylindrique dans lequel 3n dents (4a) sont disposées selon un pas prédéterminé en direction circonférentielle, n étant un entier positif, et des fentes (5) sont formées entre des 10 paires adjacentes de dents (4a) pour déboucher sur un côté circonférentiel intérieur; et une bobine de stator (6) est installée sous forme d'enroulement concentré, dans le noyau de stator (3); et un rotor (8) monté à rotation à l'intérieur dudit stator (2), 2n aimants permanents (10) étant disposés sous un pas prédéterminé en direction circonférentielle sur une partie périphérique extérieure dudit rotor (8), dans lequel ledit noyau de stator (3) est construit de manière qu'une ouverture de fente (d) et un pas de fente (p) à la surface circonférentielle intérieure dudit noyau de stator (3) satisfasse à
l'inégalité 0,1 < d/p < 0,3.
2. Moteur synchrone à aimant permanent selon la revendication 1, dans lequel: ledit moteur est construit de manière à être entraîné en appliquant une tension de commande à ondes
rectangulaires à ladite bobine de stator (6).
3. Moteur synchrone à aimant permanent comprenant: un stator (2), comprenant:
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un noyau cylindrique de stator (2) dans lequel 3n dents (4a) sont disposées selon un pas prédéterminé en direction circonférentielle, n étant un entier positif, et des fentes (5) sont formées entre des 5 paires adjacentes de dents (4a) pour déboucher sur un côté circonférentiel intérieur; et une bobine de stator (6) est installée sous forme d'enroulement concentré, dans le noyau de stator (3); et un rotor (8) monté à rotation à l'intérieur dudit stator (2), 2n aimants permanents (10) étant disposés sous un pas prédéterminé en direction circonférentielle sur une partie périphérique extérieure dudit rotor (8), dans lequel ledit noyau de stator (3) est
construit de manière qu'une ouverture de fente (d) et une épaisseur (h) des première et deuxième parties d'extrémités circonférentielles d'une extrémité circonférentielle intérieure desdites dents (4a) 20 satisfasse à l'inégalité 0,2 < h/d < 0,7.
4. Moteur synchrone à aimant permanent selon la revendication 3, dans lequel: ledit moteur est construit pour être commandé par
application d'une tension de commande à ondes 25 rectangulaires à ladite bobine de stator (6).
5. Moteur synchrone à aimant permanent selon la revendication 1, dans lequel: un stator (2), comprenant: un noyau cylindrique de stator (2) dans lequel 3n 30 dents (4a) sont disposées selon un pas prédéterminé en direction circonférentielle, n étant un entier positif, et des fentes (5) sont formées entre des
SR 23777 JP/JB
paires adjacentes de dents (4a) pour déboucher sur un côté circonférentiel intérieur; et une bobine de stator (6) est installée sous forme d'enroulement concentré, dans le noyau de stator (3); et un rotor (8) monté à rotation à l'intérieur dudit stator (2), 2n aimants permanents (10) étant disposés sous un pas prédéterminé en direction circonférentielle sur une partie périphérique 10 extérieure dudit rotor (8), dans lequel ledit noyau de stator (3) est construit de manière qu'une ouverture de fente (d), un pas de fente (p) sur une surface circonférentielle intérieure dudit noyau de stator (3), et une 15 épaisseur (h) des première et deuxième parties d'extrémités circonférentielles d'une extrémité circonférentielle intérieure desdites dents (4a) satisfasse à une inégalité 0,1 < d/p < 0,3 et à une
inégalité 0,2 < h/d < 0,7.
6. Moteur synchrone à aimant permanent selon la revendication 5, dans lequel: ledit moteur est construit pour être commandé par application d'une tension de commande à ondes
rectangulaires à ladite bobine de stator (6).
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