FR2923330A1 - Moteur pour ventilateur aeronautique. - Google Patents

Abstract

Ce moteur (20) du type comportant un rotor (30) sans aimant à plots (34), centré sur un axe (22), et un stator (32) comprenant une carcasse (36) de conduite du flux magnétique, au moins deux bobinages (38), disposés sur la carcasse (36) et sur la circonférence d'un cercle entourant le rotor (30) et centré sur l'axe (22), et au moins deux aimants (40), chacun étant disposé sur la circonférence du cercle entre deux bobinages (38) successifs du stator (32), est caractérisé en ce que chaque aimant (40) présente en section transversale une largeur (I) progressivement croissante de l'axe (22) du moteur (20) vers l'extérieur du moteur (20).

Description

Moteur pour ventilateur aéronautique La présente invention concerne un moteur du type comportant un rotor sans aimant à plots, centré sur un axe, et un stator comprenant une carcasse de conduite du flux magnétique, au moins deux bobinages disposés sur la carcasse et sur la circonférence d'un cercle entourant le rotor et centré sur l'axe, et au moins deux aimants, chacun étant disposé sur la circonférence du cercle entre deux bobinages successifs du stator. L'invention concerne également un ventilateur aéronautique comprenant un tel moteur.

Les circuits de ventilation des avions incorporent des ventilateurs pour assurer la circulation de l'air dans les gaines de ventilation. Ces ventilateurs tournent à une vitesse élevée et leurs moteurs doivent offrir le meilleur rendement possible. Une machine synchrone à aimants permanents et fonctionnant à haute vitesse génère des pertes très importantes au rotor par courant induit. Une machine à ré- luctance variable est pénalisée par un courant magnétisant important. Une architecture connue et appropriée aux contraintes de la haute vitesse est alors un moteur à réluctance variable hybride. L'hybridation réside dans l'association d'aimants permanents et d'une armature polyphasée dans le circuit magnétique du stator.

La thèse Etude et mise au point de motoventilateurs à hautes performances pour l'aéronautique de M. Matthieu LEROY, soutenue le 15 novembre 2006, décrit un moteur comportant un rotor sans aimant à plots et un stator, comprenant une carcasse de conduite du flux magnétique, au moins deux bobinages, disposés sur la carcasse, et au moins deux aimants, chacun étant disposé entre deux bobi- nages successifs. Chaque aimant est de forme parallélépipédique rectangle. Les dimensions des aimants sont définies par l'espace entre deux bobinages successifs. Les aimants sont donc de taille restreinte et ne permettent pas de limiter correctement le passage du flux induit par les bobines.

L'invention a pour but de proposer un moteur permettant de mieux limiter le passage du flux induit par les bobines entre deux pôles du stator.

A cet effet, l'invention a pour objet un moteur du type précité, caractérisé en ce que chaque aimant présente en section transversale une largeur progressive-ment croissante de l'axe du moteur vers l'extérieur du moteur. Suivant d'autres modes de réalisation, le moteur comprend une ou plu- sieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le rotor comporte quatre plots saillants, - le rotor est constitué de tôles empilées, - le stator comporte exactement six bobinages, - le stator comporte seulement deux aimants, - les aimants sont diamétralement opposés, - un bord extérieur de chaque aimant affleure la circonférence extérieure de la carcasse du stator, - chaque aimant est en forme de trapèze en section transversale, - l'angle entre les deux côtés du trapèze qui sont distincts de la grande base et de la petite base est inférieur à 360° 1 (2 x Ns), où Ns représente le nombre de bobinages, - le rapport entre la hauteur du trapèze et l'épaisseur minimale de la car-casse sur la circonférence est compris entre 1 et 2,2. - la longueur de chaque aimant suivant la direction de l'axe du moteur est supérieure ou égale à la longueur de la carcasse suivant la direction de l'axe du moteur, et - le moteur est triphasé. L'invention a également pour objet un ventilateur aéronautique caractérisé en ce qu'il comprend un tel moteur. L'invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un ventilateur comportant un moteur selon l'invention, et - la figure 2 est une vue en coupe transversale du moteur selon l'invention. Le ventilateur 2 illustré sur la figure 1 est destiné à être placé dans un circuit de ventilation d'un avion. Il comporte d'une part une structure de support 4 comprenant notamment un conduit extérieur tubulaire 6 et un bulbe 8 disposé en partie à l'intérieur du conduit 6, et d'autre part une roue 10 montée mobile en rotation autour du bulbe 8. Le bulbe 8 présente un châssis 12 portant un carénage 14. Le châssis 12 est muni de bras transversaux 16, qui le relient au conduit tubulaire 6. Le conduit tubulaire 6 est lié rigidement au châssis 12 pour former la structure de support 4. Une veine annulaire 18 est délimitée entre le conduit tubulaire 6 et le bulbe 8. Un moteur électrique 20 est porté par le châssis 12 et logé à l'intérieur du carénage 14. ll est disposé suivant l'axe 22 du ventilateur. Le moteur 20 présente un arbre 24 portant à son extrémité la roue 10. Dans le mode de réalisation illustré, la roue 10 épouse la forme du bulbe 8. La roue 10 est disposée du côté du bulbe 8 par lequel l'air est aspiré. L'arbre 24 du moteur 20 est porté par deux roulements à billes 26, 28. Les roulements sont disposés de part et d'autre du moteur 20, un roulement 26 dit avant étant disposé entre le moteur 20 et la roue 16, alors que l'autre roulement 28 dit arrière est disposé à l'opposé de la roue 16 par rapport au moteur 20. Le rotor 30 du moteur est solidaire de l'arbre 24 alors que le stator 32 du moteur est solidaire du châssis 12. Le rotor 30 présente en section transversale une forme en croix et corn- porte quatre plots 34 saillants, visibles en coupe transversale sur la figure 2. Les quatre plots 34 sont disposés radialement à partir de l'axe 22 et équirépartis angulairement. Le rotor 30 est constitué d'un empilement de tôles, visibles sur la figure 1 et perpendiculaires à l'axe 22. Les tôles sont par exemple des tôles ferromagnétiques. Le rotor 30 ne comporte pas d'aimant.

Le stator 32 comprend une carcasse 36 de conduite du flux magnétique, généralement de révolution entourant le rotor 30. La carcasse 36 comporte six plots saillants 37, un bobinage 38 étant enroulé autour de chaque plot 37. Dans le mode de réalisation décrit, le nombre Ns de bobinages est donc égal à six. Le stator 32 comporte également deux aimants 40, chacun étant disposé entre deux bobinages 38 successifs. Les plots saillants 37 sont disposés radialement par rapport à l'axe 22 et équirépartis angulairement. Ils sont formés de saillies tournées vers l'axe 22 du moteur.

Les bobinages 38 sont disposés sur la circonférence d'un cercle entourant le rotor 30 et centré sur l'axe 22. Les enroulements des bobinages 38 sont orientés dans un même sens. Les deux aimants 40 sont diamétralement opposés par rapport à l'axe 22.

Ils sont constitués de barres aimantées disposées longitudinalement parallèlement à l'axe 22. Ils séparent la carcasse 36 en deux demi-cylindres indépendants. La largeur I de l'aimant 40 est mesurée suivant la direction de la tangente à un cercle centré sur l'axe 22 en un point du plan médian longitudinal 43 de l'aimant 40, entre les faces latérales 44 de l'aimant. Le plan médian 43 passe par l'axe 22 et sépare l'aimant 40 en deux parties égales. Chaque aimant 40 présente en section transversale une largeur I progressivement croissante de l'axe 22 du moteur vers l'extérieur du moteur 20. Le pôle nord magnétique N de l'aimant est sur une face latérale 44, le pôle sud magnétique S de l'aimant étant sur l'autre face latérale 44. Les deux aimants 40 sont orientés dans le même sens par rapport au plan médian 43. Les pôles nord N des deux aimants sont d'un même côté du plan médian 43, les pôles sud S des deux aimants étant de l'autre côté du plan médian 43. Chaque aimant 40 présente en section transversale une forme de trapèze. Les deux côtés du trapèze qui sont distincts de la grande base et de la petite base forment entre eux un angle a, qui est inférieur à 360° / (2 x Ns). Dans le mode de réalisation décrit, l'angle a est sensiblement égal à 25°. La carcasse 36 présente une épaisseur minimale E sur sa circonférence. Le rapport entre la hauteur du trapèze et l'épaisseur minimale E est compris entre 1 et 2,2. Dans le mode de réalisation décrit, il est sensiblement égal à 1,8.

La carcasse 36 présente une longueur Lc, visible sur la figure 1, suivant la direction de l'axe 22 du moteur 20. Dans le mode de réalisation décrit, la longueur de chaque aimant 40 suivant la direction de l'axe 22 est égale à la longueur Lc de la carcasse. Le bord extérieur 46 de l'aimant est courbe et affleure la circonférence exté- rieure 47 de la carcasse 36 du stator. La grande base de l'aimant 40 est légère- ment incurvée afin de suivre la forme extérieure du stator 32. Chaque aimant 40 est placé dans une zone 48 entre deux bobinages 38. Dans chaque zone 48, l'espace compris entre une face latérale 44 de l'aimant et la face correspondante d'un plot 37 est occupé par la carcasse 36, qui présente des rebords rentrants 50. Dans chaque zone 48, au voisinage de l'axe de symétrie du moteur 20, le champ magnétique est apte à varier dans de faibles amplitudes, en comparaison avec d'autres zones du moteur 20. Le moteur 20 est triphasé, chaque phase alimentant deux bobinages 38 diamétralement opposés. Les trois phases du moteur 20 sont découplées magnétiquement. Le moteur 20 est appelé moteur à réluctance variable à double saillance de type 614 hybride. Le moteur 20 est dit à réluctance variable du fait que le pas de symétrie du rotor 30 est différent de celui du stator 32. Le moteur 20 est dit à double saillance du fait que deux plots saillants 37 du stator sont aptes à attirer simultanément deux plots saillants 34 du rotor. Le moteur 20 est dit de type 6/4 du fait qu'il comporte six plots au stator 32 et quatre plots au rotor 30. Le moteur 20 est dit hybride du fait qu'il comporte également des aimants permanents 40 au stator. En fonctionnement, les phases du moteur 20 sont alimentées de façon in-dépendante en courants bidirectionnels. L'alimentation du moteur 20 est autopilotée, les courants devant être injectés relativement à la position du rotor 30. Le signe du couple du moteur est positif lorsque les plots saillants 34 du ro- tor s'approchent des deux bobinages 38 du stator, diamétralement opposés, alimentés par la phase correspondante, ce qui correspond à une période de croissance du flux. Le signe du couple du moteur est négatif dans le cas contraire. Pour fonctionner en moteur, un courant de signe quelconque doit être injecté successivement dans les trois phases durant les périodes de croissance de leur flux jusqu'à une position où le flux est maximal. La position de flux maximal correspond à l'alignement des plots saillants 34 du rotor sur les plots 37 du stator. En position de flux maximal, le rotor 30 est dit en conjonction. En position de flux minimal, le rotor 30 est dit en opposition. La présence des aimants 40 au stator entraîne la présence d'un entrefer et par conséquent une réluctance importante, qui crée une barrière à la propagation du flux crée par le bobinage 38. Une partie du flux passe alors par une autre paire de plots 34. En présence d'aimants au stator 32, l'inductance de phase est donc plus faible, quand le rotor 30 se retrouve en conjonction ou en opposition.

Des aimants 40 selon l'invention ont un volume plus important que des aimants parallélépipédiques rectangles pour un même espacement entre deux bobinages 38 successifs. Ainsi, les aimants 40 induisent un entrefer plus important et créent une barrière plus efficace à la propagation du flux crée par le bobinage 38.

L'inductance de phase est alors plus faible qu'avec des aimants parallélépipédi- ques rectangles. II est à noter qu'en l'absence d'une phase, le moteur 20 continue de tourner en mode dégradé, ce qui participe à la sécurité de fonctionnement d'un tel moteur. En variante, le rotor 30 est constitué d'un bloc massif de matériau fritté.

En variante, la longueur de chaque aimant 40 suivant la direction de l'axe 22 est supérieure à la longueur Lc de la carcasse.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1.- Moteur (20) du type comportant un rotor (30) sans aimant à plots (34), centré sur un axe (22), et un stator (32) comprenant une carcasse (36) de conduite du flux magnétique, au moins deux bobinages (38) disposés sur la carcasse (36) et sur la circonférence d'un cercle entourant le rotor (30) et centré sur l'axe (22), et au moins deux aimants (40), chacun étant disposé sur la circonférence du cercle entre deux bobinages (38) successifs du stator (32), ledit moteur (20) étant caractérisé en ce que chaque aimant (40) présente en section transversale une largeur (I) progressivement croissante de l'axe (22) du moteur (20) vers l'extérieur du mo- teur (20).
2. 2.- Moteur (20) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor (30) comporte quatre plots (34) saillants.
3. 3.- Moteur (20) selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le rotor (30) est constitué de tôles empilées.
4. 4.- Moteur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (32) comporte exactement six bobinages (38).
5. 5.- Moteur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator (32) comporte seulement deux aimants (40).
6. 6.- Moteur (20) selon la revendication 5, caractérisé en ce que les aimants (40) sont diamétralement opposés.
7. 7.- Moteur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un bord extérieur (46) de chaque aimant affleure la circonférence extérieure (47) de la carcasse (36) du stator (32).
8. 8.- Moteur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractéri- sé en ce que chaque aimant (40) est en forme de trapèze en section transversale.
9. 9.- Moteur (20) selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'angle (a) entre les deux côtés du trapèze qui sont distincts de la grande base et de la petite base est inférieur à 360° 1(2 x Ns), où Ns représente le nombre de bobinages (38).
10. 10.- Moteur (20) selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport entre la hauteur du trapèze et l'épaisseur minimale (E) de la carcasse (36) sur la circonférence est compris entre 1 et 2,2.
11. 11- Moteur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la longueur de chaque aimant (40) suivant la direction de l'axe (22)du moteur (20) est supérieure ou égale à la longueur (Lc) de la carcasse (36) suivant la direction de l'axe (22) du moteur (20).
12. 12.- Moteur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est triphasé.
13. 13.- Ventilateur aéronautique (2) caractérisé en ce qu'il comprend un moteur (20) selon l'une quelconque des revendications précédentes.