FR3034918A1 - Stator de demarreur pour vehicule automobile muni d'un aimant permanent formant une pluralite de poles - Google Patents

Stator de demarreur pour vehicule automobile muni d'un aimant permanent formant une pluralite de poles Download PDF

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Abstract

L'invention porte principalement sur un démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile comportant: - une machine électrique tournante munie d'un stator (3), ledit stator (3) comportant: - un ensemble de pôles magnétiques, caractérisé en ce qu'un aimant permanent (5) forme au moins deux pôles de l'ensemble desdits pôles magnétiques.

Description

1 STATOR DE DEMARREUR POUR VEHICULE AUTOMOBILE MUNI D'UN AIMANT PERMANENT FORMANT UNE PLURALITE DE POLES La présente invention porte sur un stator de démarreur pour véhicule automobile muni d'un aimant permanent formant une pluralité de pôles.
On connaît des démarreurs pour véhicule automobile munis d'un stator, ou inducteur, comportant plusieurs aimants permanents et d'un rotor, ou induit, doté d'un corps de forme cylindrique et d'un bobinage formé par des fils conducteurs. De façon connue en soi, l'inducteur comporte une culasse métallique dont la face interne supporte une pluralité d'aimants permanents destinés à produire un champ inducteur. Les aimants permanents sont conformés selon des segments cylindriques, en étant angulairement répartis à intervalles réguliers à l'intérieur de la culasse, et séparés uniformément de l'induit par un entrefer radial. La fixation des aimants permanents sur la face interne de la culasse s'effectue généralement au moyen d'agrafes s'étendant dans la direction longitudinale dans les intervalles ménagés entre les aimants permanents. Par ailleurs, le corps du rotor consiste en un paquet de tôles présentant des encoches longitudinales dans lequel sont insérés les fils du bobinage constitués par exemple par des conducteurs en forme d'épingle. Le rotor est pourvu en outre d'un collecteur comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement aux fils du bobinage. L'invention vise à faciliter la réalisation d'un tel démarreur en proposant un démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile comportant : - une machine électrique tournante munie d'un stator, ledit stator comportant - un ensemble de pôles magnétiques, caractérisé en ce qu'un aimant permanent forme au moins deux pôles de l'ensemble desdits pôles magnétiques. Ainsi, l'invention permet de limiter le nombre d'aimants utilisés dans le stator, ce qui limite le nombre d'opérations d'assemblage à réaliser en chaîne de montage lors de la fabrication du démarreur.
3034918 2 Selon une réalisation, ledit aimant permanent forme l'ensemble desdits pôles magnétiques. Une telle configuration permet de créer un champ inducteur uniforme dans l'entrefer. Selon une réalisation, l'aimant comprend différentes directions du champ de 5 polarisation magnétique. En l'occurrence, l'aimant comprend au moins deux directions formant un angle d'au moins 90° entre ces deux directions. Par un aimant on en entend, une pièce monobloc solide qui peut comprendre plusieurs directions d'aimantations. Autrement dit un aimant ne peux pas comprendre plusieurs aimants (plusieurs pièces d'aimants) accolés 10 formant un bloc. Selon une réalisation, ledit aimant permanent présente une forme cylindrique. Selon une réalisation, ledit aimant permanent est monobloc. Selon une réalisation, ledit stator comporte en outre une culasse. La culasse 15 assure essentiellement un maintien mécanique du stator. Selon une réalisation, ledit aimant permanent est un aimant moulé à base de particules magnétiques noyées dans un liant réalisé dans une matière non magnétique. Selon une réalisation, ledit liant a une température de fusion égale ou 20 supérieure à la température de Curie desdites particules magnétiques. Selon une réalisation, ledit liant est réalisé dans un matériau plastique. Selon une réalisation, lesdites particules magnétiques sont réalisées en Néodyme-Fer-Bore. Selon une réalisation, le matériau utilisé présente de préférence une 25 rémanence de l'ordre de 0.6 Tesla. Le procédé de mesure pour la rémanence du matériau est celle décrite par la norme NFEN60404-5. Selon une réalisation, lesdites particules magnétiques sont réalisées en Samarium-Fer-Azote.
3034918 3 Selon une réalisation, ladite machine comprend un rotor séparé dudit stator par un entrefer, lesdites particules magnétiques étant magnétisées de manière qu'un champ magnétique dans ledit entrefer varie de manière sinusoïdale le long d'une circonférence dudit entrefer.
5 Selon une réalisation, entre deux parties centrales de deux pôles consécutifs, la direction du champ magnétique généré par ledit aimant permanent varie progressivement suivant une circonférence dudit stator, - entre une orientation sensiblement radiale suivant un premier sens, - pour atteindre une orientation sensiblement orthoradiale dans une zone 10 située sensiblement au milieu des deux parties centrales, et - continue de varier progressivement pour atteindre une orientation sensiblement radiale suivant un deuxième sens opposé audit premier sens. Selon une réalisation, entre les deux parties centrales de deux pôles consécutifs, la direction du champ magnétique varie 15 suivant une direction courbe. Selon une réalisation, ledit aimant permanent est magnétisé suivant une configuration de type "Halbach". L'invention a également pour objet un démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile comportant: 20 - une machine électrique munie d'un stator, ledit stator comportant - un ensemble de pôles magnétiques, caractérisé en ce que, au moins entre deux parties centrales de deux pôles consécutifs, la direction du champ magnétique d'un aimant permanent varie progressivement suivant une circonférence dudit stator, 25 - entre une orientation sensiblement radiale suivant un premier sens, - pour atteindre une orientation sensiblement orthoradiale dans une zone située sensiblement au milieu des deux parties centrales, et - continue de varier progressivement pour atteindre une orientation sensiblement radiale suivant un deuxième sens opposé audit premier sens.
30 Le démarreur est en outre à balai, Ainsi, Contrairement à ce qui est préconisé, le démarreur a un Halbach orienté du côté du stator extérieur vers l'induit. En effet, cela permet 3034918 4 d'améliorer le rendement du démarreur du fait du niveau très élevé du champ H de réaction d'induit. En outre, la variation progressive du champ magnétique permet que la 5 direction du champs magnétique dans l'aimant varie constamment par rapport à un plan radial passant par une des parties centrales des deux pôles. En outre, la direction du champs magnétique a dans une zone une direction sensiblement orthoradiale par rapport à un plan radial (perpendiculaire à 'axe 10 comprenant des rayons de l'axes sur 3600) passant par cette zone puis progressivement la direction du champ magnétique varie de part et d'autre de cette zone par rapport à ce plan en direction des parties centrales de deux pôles vers une direction radiale et en ce que le sens de la direction du champs magnétique varie dans le même sens.
15 En outre entre les deux parties centrales des deux pôles, l'ensemble des variations du champ magnétique forment une forme concave vu de l'intérieur du stator.
20 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue schématique de côté d'un démarreur selon la 25 présente invention; La figure 2 est une vue en coupe transversale partielle du rotor et du stator de la machine électrique appartenant au démarreur de la figure 1; La figure 3 représente le dispositif permettant de réaliser un aimant permanent monobloc du stator selon la présente invention.
30 Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d'une figure à l'autre.
3034 918 5 On a représenté schématiquement sur la figure 1 un démarreur 1 pour moteur à combustion interne de véhicule automobile. Ce démarreur 1 à courant continu comprend, d'une part, un rotor 2, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe X, et d'autre part, un stator 3, encore appelé 5 inducteur, positionné autour du rotor 2. Le rotor 2 est séparé du stator 3 par un entrefer 6. Dans l'exemple illustré, la machine électrique tournante formée par le stator 3 et le rotor 2 est de type six pôles. En variante, la machine pourra être du type quatre pôles. Ce stator 3 décrit plus en détails ci-après comporte une culasse 4 portant un 10 aimant permanents 5 formant un ensemble de pôles. Le rotor 2 comporte un corps de rotor 7 et un bobinage 8 enroulé dans des encoches du corps de rotor 7. Le corps du rotor 7 consiste en un paquet de tôles présentant des encoches longitudinales. Pour former le bobinage 8, des fils conducteurs en forme d'épingle 11 (mieux visibles sur la figure 2) sont 15 enfilés à l'intérieur des encoches 16 généralement sur deux couches distinctes. Le bobinage 8 forme, de part et d'autre du corps de rotor 7, des chignons 9. Le rotor 2 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 12 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement aux éléments conducteurs, 20 constitués ici par les épingles 11 du bobinage 8. Un groupe de balais 13 et 14 est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage 8, l'un des balais 13 étant relié à la masse du démarreur 1 et un autre des balais 14 étant relié à une borne électrique 15 d'un contacteur 17. Les balais sont par exemple au nombre de quatre.
25 Les balais 13 et 14 viennent frotter sur le collecteur 12 lorsque le rotor 2 est en rotation, ce qui permet l'alimentation du rotor 2 par commutation du courant électrique dans des sections du rotor 2. Le contacteur 17 comprend, outre la borne 15 reliée au balai 14, une borne 29 reliée, via un élément de liaison électrique, à une alimentation électrique 30 du véhicule, notamment une batterie.
3034 918 6 Le démarreur 1 comporte en outre un ensemble lanceur 19 monté de manière coulissante sur un arbre d'entraînement 18 et pouvant être entraîné en rotation autour de l'axe X par le rotor 2. Un ensemble réducteur de vitesses 20 est interposé entre un arbre du rotor 2 5 et l'arbre d'entraînement 18. L'ensemble lanceur 19 comporte un élément d'entraînement formé par un pignon 21 destiné à s'engager sur un organe d'entraînement du moteur thermique, tel qu'une couronne d'entraînement. En variante, il serait possible d'utiliser un système à poulie. L'ensemble lanceur 19 comprend en outre une roue libre 22 et une rondelle 10 poulie 23 définissant entre elles une gorge 24 pour recevoir l'extrémité 25 d'une fourchette 27. La fourchette 27 est actionnée par le contacteur 17 pour déplacer l'ensemble lanceur 19 par rapport à l'arbre d'entraînement 18, suivant l'axe X, entre une première position dans laquelle l'ensemble lanceur 19 entraîne le moteur 15 thermique par l'intermédiaire du pignon d'entrainement 21, et une deuxième position dans laquelle l'ensemble lanceur 19 est désengagé de la couronne d'entraînement du moteur thermique. Lors de l'activation du contacteur 17, une plaque de contact interne (non représentée) permet d'établir une connexion entre les bornes 15 et 29 afin de mettre sous tension le moteur 20 électrique. Cette connexion sera coupée lors de la désactivation du contacteur 17. Comme on peut le voir sur la figure 2, le stator 3 comporte un aimant 5 qui présente une forme cylindrique. Cet aimant 5 forme l'ensemble des pôles P1- P6 du stator 3, ce qui permet de créer un champ inducteur uniforme dans 25 l'entrefer 6. Alternativement, l'aimant 5 présente une forme de portion de cylindre de manière à former deux pôles ou plus de l'ensemble des pôles magnétiques. Ainsi, de manière générale, l'aimant 5 pourra parcourir une portion angulaire d'un cylindre valant (360/K)*N degrés avec K étant le nombre de pôles total du stator 3 et N le nombre de pôles formés par 30 l'aimant 5 au moins égal à deux et au plus égal à K. Dans l'exemple, K vaut 6 mais pourrait en variante avoir une autre valeur par exemple égale à 4 ou supérieure à 6. L'aimant 5 est monobloc, c'est-à-dire qu'il existe une 3034918 7 continuité cristallographique dans la matière de l'aimant qui forme les différents pôles P1-P6. En l'occurrence, comme cela est illustré sur la figure 3, l'aimant 5 est un aimant moulé à base de particules magnétiques 31 noyées dans un liant 32 5 réalisé dans une matière non magnétique. A cet effet, le liant 32 est chauffé jusqu'à sa température de fusion qui est égale ou supérieure à la température de Curie des particules magnétiques 31. On rappelle ici que la température de Curie est la température à laquelle les particules magnétiques 31 sont démagnétisées.
10 Le liant 32 est placé dans un moule 34 de forme cylindrique qui entoure un noyau composé par un ensemble d'aimants permanents 35 dont le nombre correspond au nombre de pôles du stator 3. Chacun des aimants 35 est magnétiquement orienté radialement. Deux aimants 35 consécutifs présentent des orientations de champ magnétique B1, B2 qui sont opposées 15 l'une par rapport à l'autre. Les particules magnétiques 31 (au départ démagnétisées) sont introduites à l'intérieur du moule 34 et sont magnétisées suivant la configuration du flux magnétique générée par les aimants 35 pendant que la température à l'intérieur du moule 35 diminue, ce qui cause un durcissement progressif du 20 liant 32. A la fin du procédé, les particules 31 magnétisées sont prisonnières du liant 32 tout en ayant été magnétisée de telle façon qu'entre deux parties centrales de deux pôles consécutifs P1-P6, la direction du champ magnétique générée par l'aimant 5 varie progressivement suivant une circonférence du stator 3.
25 Plus précisément, comme cela est visible sur la figure 2, entre les parties centrales des deux pôles P1 et P2 consécutifs, la direction du champ magnétique évolue entre une orientation D1 sensiblement radiale suivant un premier sens, par exemple de l'entrefer 6 vers la culasse 4, pour atteindre une orientation D2 sensiblement orthoradiale dans une zone située 30 sensiblement au milieu des deux parties centrales des deux pôles consécutifs P1 et P2 et continue de varier progressivement pour atteindre une orientation D3 sensiblement radiale dans un deuxième sens opposé au premier sens, par exemple de la culasse 4 vers l'entrefer 6 de la machine.
3034918 8 L'évolution de la direction du champ magnétique est bien entendu inverse dans le cas où l'on commence par une orientation radiale allant de la culasse 4 vers l'entrefer 6. Entre les deux parties centrales de deux pôles consécutifs P1-P6, la direction 5 du champ magnétique varie suivant une direction sensiblement courbe. Autrement dit, l'aimant cylindrique 5 est magnétisé suivant une configuration de type "Halbach". Dans une telle configuration, le champ magnétique dans l'entrefer 6 varie de manière sinusoïdale le long de la circonférence 10 de l'entrefer 6 de la machine électrique. Dans un exemple de réalisation, le liant 32 est réalisé dans un matériau plastique, tandis que les particules magnétiques 31 pourront être réalisées en Néodyme-Fer-Bore ou en Samarium-Fer-Azote. Le matériau utilisé présente de préférence une rémanence de l'ordre de 0.6 Tesla. En variante, 15 les particules magnétiques 31 et le liant 32 pourront être réalisées dans tout autre matériau adapté à l'application. La valeur de la rémanence pourra également être adaptée en fonction de la puissance magnétique recherchée de la machine électrique. Il est à noter que la culasse 4 contre la face interne 41 de laquelle est plaqué 20 l'aimant 5 assure essentiellement un maintien mécanique du stator 3, dans la mesure le niveau des champs magnétiques qui traversent la culasse 4 est très faible. La fixation de l'aimant 5 sur la face interne 41 de la culasse 4, s'effectue généralement au moyen d'une ou plusieurs agrafes. La fixation des agrafes assure notamment un maintien axial et radial de l'aimant 5 dans 25 la culasse 4 en s'opposant aux forces mécaniques (vibrations, chocs), et aux forces d'attraction magnétique lors du fonctionnement du moteur. Dans le cas où plusieurs aimants 5 sont utilisés, les agrafes garantissent en outre un écartement entre les aimants 5 pour créer un champ inducteur uniforme dans l'entrefer 6.
3034918 9 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Démarreur (1) pour moteur thermique de véhicule automobile comportant : - une machine électrique tournante munie d'un stator (3), ledit stator (3) comportant - un ensemble de pôles magnétiques (P1-P6), caractérisé en ce qu'un aimant permanent (5) forme au moins deux pôles de l'ensemble desdits pôles magnétiques (P1-P6).
  2. 2. Démarreur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit io aimant permanent (5) forme l'ensemble desdits pôles magnétiques (P1-P6).
  3. 3. Démarreur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit aimant permanent (5) présente une forme cylindrique.
  4. 4. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit aimant permanent (5) est monobloc. 15
  5. 5. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit stator (3) comporte en outre une culasse (4).
  6. 6. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit aimant permanent (5) est un aimant moulé à base de particules magnétiques (31) noyées dans un liant (32) réalisé dans une 20 matière non magnétique.
  7. 7. Démarreur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit liant (32) a une température de fusion égale ou supérieure à la température de Curie desdites particules magnétiques (31).
  8. 8. Démarreur selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit 25 liant (32) est réalisé dans un matériau plastique.
  9. 9. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdites particules magnétiques (31) sont réalisées en Néodyme-Fer-Bore. 3034918 11
  10. 10. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que lesdites particules magnétiques (31) sont réalisées en Samarium-Fer-Azote.
  11. 11. Démarreur selon la revendication 6 et éventuellement l'une 5 quelconque des autres revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite machine comprend un rotor (2) séparé dudit stator (3) par un entrefer (6), et en ce que lesdites particules magnétiques (31) sont magnétisées de manière qu'un champ magnétique dans ledit entrefer (6) varie de manière sinusoïdale le long d'une circonférence dudit entrefer (6).
  12. 12. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, entre deux parties centrales de deux pôles (P1-P6) consécutifs, la direction d'un champ magnétique généré par ledit aimant permanent (5) est agencée pour varier progressivement suivant une circonférence dudit stator, - entre une orientation (D1) sensiblement radiale suivant un premier sens, - pour atteindre une orientation (D2) sensiblement orthoradiale dans une zone située sensiblement au milieu des deux parties centrales, et - continue de varier progressivement pour atteindre une orientation 20 (D3) sensiblement radiale suivant un deuxième sens opposé audit premier sens.
  13. 13. Démarreur selon la revendication 12, caractérisé en ce que, entre les deux parties centrales de deux pôles consécutifs, la direction du champ magnétique est agencée pour varier suivant une direction courbe. 25
  14. 14. Démarreur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit aimant permanent (5) est magnétisé suivant une configuration de type "Halbach".
  15. 15. Démarreur pour moteur thermique de véhicule automobile comportant: 30 - une machine électrique munie d'un stator (3), ledit stator (3) comportant - un ensemble de pôles magnétiques (P1-P6), 3034918 12 caractérisé en ce que au moins entre deux parties centrales de deux pôles consécutifs (P1-P6), la direction du champ magnétique d'un aimant permanent (5) varie progressivement suivant une circonférence dudit stator (3), 5 - entre une orientation (D1) sensiblement radiale suivant un premier sens, - pour atteindre une orientation (D2) sensiblement orthoradiale dans une zone située sensiblement au milieu des deux parties centrales, et - continue de varier progressivement pour atteindre une orientation 10 (D3) sensiblement radiale suivant un deuxième sens opposé audit premier sens.
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