FR3070227A1

FR3070227A1 - ELECTRIC MOTOR OF HIGH COMPACTION

Info

Publication number: FR3070227A1
Application number: FR1757724A
Authority: FR
Inventors: Bertrand Nogarede
Original assignee: BNCE
Current assignee: BNCE
Priority date: 2017-08-17
Filing date: 2017-08-17
Publication date: 2019-02-22
Anticipated expiration: 2037-08-17
Also published as: FR3070227B1

Abstract

Moteur (1) électrique synchrone à aimants permanents ou à reluctance variable, dont le circuit magnétique du stator (2) est formé d'un empilement de tôles (21) perpendiculaires à l'axe de rotation du moteur, ledit empilement (2) formant un corps cylindrique creux, dont la surface interne présente des excroissances (22) formant des pôles radiaux s'étendant axialement, ledit stator comportant des bobinages statoriques (25) formés par l'enroulement d'un fil conducteur autour de chaque pôle (22), caractérisé en ce qu'il comporte : • une virole (3) présentant une première portion (31) reposant sur l'empilement de tôles (2) entre les bobinages statoriques (25), et une seconde portion (32) de plus grand diamètre, s'étendant radialement pardessus les bobinages statoriques (25) ; • un circuit imprimé (4) reposant sur la seconde portion (32) de la virole, et comportant ○ des pistes conductrices sur lesquelles sont connectées les extrémités des bobinages statoriques (25), lesdites pistes étant agencées pour assurer la connexion électrique des bobinages statoriques entre eux selon un circuit équilibré, ○ des capteurs (41) de champ magnétique disposés en regard des extrémités des pôles magnétiques rotoriques.Motor (1) synchronous electric permanent magnet or variable reluctance, the magnetic circuit of the stator (2) is formed of a stack of sheets (21) perpendicular to the axis of rotation of the motor, said stack (2) forming a hollow cylindrical body whose inner surface has protrusions (22) forming axially extending radial poles, said stator comprising stator windings (25) formed by the winding of a conductive wire around each pole (22) , characterized in that it comprises: a shell (3) having a first portion (31) resting on the stack of sheets (2) between the stator windings (25), and a second portion (32) of larger diameter, extending radially over the stator windings (25); A printed circuit board (4) resting on the second portion (32) of the ferrule, and comprising conductive tracks on which the ends of the stator windings (25) are connected, said tracks being arranged to ensure the electrical connection of the stator windings between them in a balanced circuit, ○ sensors (41) of magnetic field arranged opposite the ends of the rotor magnetic poles.

Description

MOTEUR ELECTRIQUE DE FORTE COMPACITEHIGH COMPACTION ELECTRIC MOTOR

Domaine techniqueTechnical area

L’invention se rattache au domaine de Γélectrotechnique et plus précisément des machines tournantes. Elle concerne plus spécifiquement une structure de moteur électrique synchrone. L’invention peut s’appliquer aux machines dont le rotor présente des pôles lisses ou saillants, à aimants permanents ou à pôles bobinés, ainsi que les machines à réluctance variable.The invention relates to the field of electrical engineering and more specifically rotating machines. It relates more specifically to a synchronous electric motor structure. The invention can be applied to machines whose rotor has smooth or projecting poles, with permanent magnets or with wound poles, as well as machines with variable reluctance.

Elle vise plus précisément une structure de ce type de moteur qui présente une grande compacité alliée à une précision de la détection de la position rotorique, combinée à une facilité de fabrication.More specifically, it relates to a structure of this type of motor which has a high compactness combined with precision in detecting the rotor position, combined with ease of manufacture.

Techniques antérieuresPrevious techniques

De façon générale, les moteurs électriques, et en particulier les moteurs de forte compacité comportent un stator cylindrique creux, qui forme le circuit magnétique par lequel se referme le champ magnétique généré par les bobinages statoriques, qui sont alimentés électriquement en tension et/ou courant, en fonction des consignes de couple et/ou de vitesse recherchées.In general, electric motors, and in particular motors with high compactness, comprise a hollow cylindrical stator, which forms the magnetic circuit by which the magnetic field generated by the stator windings closes, which are supplied electrically with voltage and / or current. , depending on the desired torque and / or speed setpoints.

Pour ce faire, s’agissant par exemple des machines à bobinage concentré, le stator présente des portions proéminentes radiales, orientées vers l’intérieur du stator, et formant les pôles autour desquels sont bobinés les bobinages statoriques. Le rotor est inséré dans le volume creux du stator, et présente une géométrie telle qu’elle intègre les aimants permanents destinés à interagir avec le champ statorique tournant.To do this, for example with concentrated winding machines, the stator has prominent radial portions, oriented towards the inside of the stator, and forming the poles around which the stator windings are wound. The rotor is inserted into the hollow volume of the stator, and has a geometry such that it incorporates the permanent magnets intended to interact with the rotating stator field.

Pour améliorer les performances concernant les pertes magnétiques au stator, il est connu par le document EP 1 902 452 de réaliser des circuits magnétiques feuilletés dans lesquels les différentes tôles élémentaires sont assemblées parTo improve the performance concerning the magnetic losses to the stator, it is known from document EP 1 902 452 to produce laminated magnetic circuits in which the different elementary sheets are assembled by

-2collage, avant de réaliser la découpe du circuit magnétique statorique, intégrant les pôles radiaux par des techniques d’électroérosion.-2 gluing, before cutting the stator magnetic circuit, integrating the radial poles by EDM techniques.

Pour la commande de ce type de moteur, il est nécessaire d'avoir accès à la position angulaire du rotor. Il est ainsi connu d'utiliser les capteurs de champ magnétique, par exemple des capteurs à effet Hall, qui sont implantés en extrémité de moteur. Ces capteurs sont généralement orientés avec un axe sensible radial, de manière à détecter la fraction du champ magnétique des aimants du rotor, qui se referme au niveau des extrémités du rotor. Ainsi, ces capteurs délivrent un signal dont la partie utile varie entre deux valeurs maximales théoriquement opposées, en fonction de la polarité du pôle en regard duquel se trouve le capteur. Ces signaux sont relativement constants pendant toute la période où le capteur se trouve dans un secteur polaire, ce qui ne permet pas une détection angulaire précise en temps réel. En outre, ces capteurs sont malheureusement également sensibles au champ statorique dont les fuites s'échappent également par les extrémités du moteur. Ainsi, pour obtenir une discrimination suffisante des deux champs, il est souvent nécessaire de rallonger la partie magnétique du rotor, sans augmenter ses performances, mais au contraire en dégradant sa compacité.To control this type of motor, it is necessary to have access to the angular position of the rotor. It is thus known to use magnetic field sensors, for example Hall effect sensors, which are installed at the end of the motor. These sensors are generally oriented with a sensitive radial axis, so as to detect the fraction of the magnetic field of the magnets of the rotor, which closes at the ends of the rotor. Thus, these sensors deliver a signal, the useful part of which varies between two theoretically opposite maximum values, as a function of the polarity of the pole opposite which the sensor is located. These signals are relatively constant throughout the period when the sensor is in a polar sector, which does not allow precise angular detection in real time. In addition, these sensors are unfortunately also sensitive to the stator field, the leaks of which also escape through the ends of the engine. Thus, to obtain sufficient discrimination of the two fields, it is often necessary to extend the magnetic part of the rotor, without increasing its performance, but on the contrary by degrading its compactness.

Exposé de l'inventionStatement of the invention

Un des objectifs de rinvention est d'obtenir un moteur électrique qui combine à la fois une grande compacité avec une précision élevée de la détection de la position rotorique.One of the objectives of the invention is to obtain an electric motor which combines both great compactness with high precision in detecting the rotor position.

Pour ce faire, le Demandeur a conçu un moteur électrique synchrone à aimants permanents ou à réluctance variable, dont le circuit magnétique du stator est formé d'un empilement de tôles perpendiculaires à l'axe de rotation du moteur. Cet empilement forme un corps cylindrique creux dont la surface interne présente des excroissances formant des pôles radiaux, s'étendant axialement, ces pôles recevant chacun un bobinage statorique formé par l'enroulement d'un fil conducteur autour du pôle en question.To do this, the Applicant has designed a synchronous electric motor with permanent magnets or with variable reluctance, the magnetic circuit of the stator of which is formed by a stack of sheets perpendicular to the axis of rotation of the motor. This stack forms a hollow cylindrical body whose internal surface has protuberances forming radial poles, extending axially, these poles each receiving a stator winding formed by the winding of a conductive wire around the pole in question.

-3Conformément à l’invention, ce moteur se caractérise en ce qu'il comporte une virole présentant une première portion reposant sur l'empilement de tôles, entre les bobinages statoriques, et une seconde portion de plus grand diamètre, s'étendant radialement par-dessus les bobinages statoriques. La première portion de la virole assure le blocage radial des bobines. Le moteur comporte également un circuit imprimé qui repose sur la seconde portion de la virole. Ce circuit imprimé comporte des pistes conductrices sur lesquelles sont connectées les extrémités des bobinages statoriques, ces pistes étant agencées pour assurer la connexion électrique entre les bobinages statoriques entre eux selon un circuit équilibré. Ce moteur comporte également des capteurs de champ magnétique mécaniquement fixés à ladite virole et/ou audit circuit imprimé, et aptes à générer des signaux variables en fonction de la position rotorique. Par capteur de champ magnétique, on entend un capteur sensible au champ magnétique qui règne dans son voisinage, comme un capteur de type à effet Hall ou analogue, ou bien encore des capteurs inductifs, conçus pour mesurer une variation d’impédance d’un bobinage en fonction de la position d’un circuit magnétique mobile, comme par exemple dans le cas d’une machine à réluctance variable.In accordance with the invention, this motor is characterized in that it comprises a ferrule having a first portion resting on the stack of sheets, between the stator windings, and a second portion of larger diameter, extending radially by - above the stator windings. The first portion of the ferrule ensures the radial blocking of the coils. The engine also has a printed circuit which rests on the second portion of the shell. This printed circuit comprises conductive tracks on which the ends of the stator windings are connected, these tracks being arranged to ensure the electrical connection between the stator windings together according to a balanced circuit. This motor also includes magnetic field sensors mechanically fixed to said ferrule and / or to said printed circuit, and capable of generating variable signals as a function of the rotor position. By magnetic field sensor is meant a sensor sensitive to the magnetic field prevailing in its vicinity, such as a Hall effect type sensor or the like, or even inductive sensors, designed to measure a variation in impedance of a winding. as a function of the position of a mobile magnetic circuit, as for example in the case of a variable reluctance machine.

Autrement dit, l'invention consiste à réaliser l'interconnexion des bobines élémentaires du stator par le biais d'un circuit imprimé annulaire, disposé en extrémité du stator, sur une virole reposant sur le circuit magnétique du stator. L’ensemble formé par ce circuit imprimé et la ou les viroles accueille également des capteurs magnétiques qui sont nécessaires pour détecter la position du rotor. Comme le circuit imprimé et la virole sont solidaires du circuit magnétique du stator, la position des capteurs est spatialement constante, et elle est insensible aux variations de géométrie des bobinages statoriques qui peuvent être observées lors de la fabrication de ceux-ci.In other words, the invention consists in making the interconnection of the elementary coils of the stator by means of an annular printed circuit, arranged at the end of the stator, on a ferrule resting on the magnetic circuit of the stator. The assembly formed by this printed circuit and the ferrule (s) also accommodates magnetic sensors which are necessary to detect the position of the rotor. As the printed circuit and the ferrule are integral with the magnetic circuit of the stator, the position of the sensors is spatially constant, and it is insensitive to the variations in geometry of the stator windings which can be observed during the manufacture of these.

Dans une forme particulière, les capteurs de champ magnétique sont disposés avec leur axe sensible orienté axialement. Autrement dit, les capteurs sont orientés deIn a particular form, the magnetic field sensors are arranged with their sensitive axis oriented axially. In other words, the sensors are oriented

-4telle sorte qu'ils sont sensibles à la composante axiale du champ magnétique de fuite générée par les pôles aimantés du rotor dans le cas de moteurs à aimants permanents. Ainsi, l'intensité du champ magnétique mesuré varie entre deux valeurs extrêmes opposées lorsque le rotor tourne d'un angle séparant deux de ses pôles. Cette intensité varie de manière continue, de manière sensiblement sinusoïdale, de sorte qu’il est possible de déterminer la position angulaire du rotor avec une précision accrue. En pratique, il est possible de combiner les signaux délivrés par les différents capteurs, typiquement en réalisant des soustractions des signaux issus de capteurs adjacents, de manière à obtenir un système différentiel polyphasé de signaux. Ceci permet de limiter le bruit généré par les commutations de courant au stator, et de s’affranchir des dyssimétries polaires rotoriques qui engendrent des décalages des valeurs maximales du champ magnétique mesuré.-4 so that they are sensitive to the axial component of the magnetic leakage field generated by the magnetized poles of the rotor in the case of permanent magnet motors. Thus, the intensity of the magnetic field measured varies between two opposite extreme values when the rotor turns at an angle separating two of its poles. This intensity varies continuously, substantially sinusoidally, so that it is possible to determine the angular position of the rotor with increased precision. In practice, it is possible to combine the signals delivered by the different sensors, typically by subtracting the signals from adjacent sensors, so as to obtain a polyphase differential system of signals. This makes it possible to limit the noise generated by the current switching on the stator, and to get rid of polar rotor dyssimetries which generate shifts in the maximum values of the measured magnetic field.

Avantageusement en pratique, il peut être utile de disposer les capteurs au droit des pôles rotoriques en-deçà des extrémités axiales des bobinages statoriques.Advantageously in practice, it may be useful to have the sensors in line with the rotor poles below the axial ends of the stator windings.

Autrement dit, les capteurs sont positionnés sous les têtes de bobines, et non audelà du plan extrême des têtes de bobines. Les capteurs sont ainsi positionnés sur la face interne du circuit imprimé, orientée en regard du rotor. Cette configuration permet de réduire l’encombrement axial du stator en tirant parti d’un espace généralement perdu, constitué par la zone comprise entre l’extrémité du rotor et celle des têtes de bobines. Le Demandeur a mis en évidence un l’intérêt de ce positionnement des éléments capteurs sous les têtes de bobines qui réside dans l’amélioration de l’immunité des capteurs vis-à-vis du champ engendré par la circulation des courants au stator. La combinaison de ce champ statorique avec le champ rotorique mesuré par les capteurs est intuitivement considérée comme néfaste en ce sens qu’elle peut engendrer des erreurs de lecture angulaire de la position du rotor. Or, sous les têtes de bobines, le Demandeur a identifié qu’il existe une zone dans laquelle le champ de fuite statorique est sensiblement contenu dans un plan perpendiculaire à l’axe de rotation. La sensibilité essentiellement axiale des capteurs permet ainsi de s’affranchir dans cette zone du champ perturbateur généré par le stator.In other words, the sensors are positioned under the coil heads, and not beyond the extreme plane of the coil heads. The sensors are thus positioned on the internal face of the printed circuit, facing the rotor. This configuration reduces the axial size of the stator by taking advantage of a generally lost space, consisting of the area between the end of the rotor and that of the coil heads. The Applicant has highlighted an advantage of this positioning of the sensor elements under the coil heads which lies in the improvement of the immunity of the sensors with respect to the field generated by the circulation of currents to the stator. The combination of this stator field with the rotor field measured by the sensors is intuitively considered to be harmful in the sense that it can cause errors in angular reading of the position of the rotor. However, under the coil heads, the Applicant has identified that there is an area in which the stator leakage field is substantially contained in a plane perpendicular to the axis of rotation. The essentially axial sensitivity of the sensors thus makes it possible to overcome in this zone the disturbing field generated by the stator.

•5En pratique, la position angulaire des capteurs peut être choisie de différentes manières. Ainsi, il peut être utile de disposer les capteurs à égale distance des deux bobinages statoriques qui leur sont les plus proches. Autrement dit, les capteurs sont implantés entre deux pôles statoriques, de sorte à limiter l'influence du champ statorique variable sur le champ global mesuré par les capteurs. Dans ce cas, il peut être nécessaire d’employer des moyens de déphasage pour traiter le signal issu du capteur, ou d’une combinaison de capteurs, afin de tenir compte de leurs positions par rapport à la position de référence électrique. Il est également possible d’optimiser la position du capteur afin de faire en sorte que le signal issu du capteur, ou le signal obtenu par la combinaison de signaux de plusieurs capteurs, soient en phase avec la force électromotrice, de manière à utiliser ce signal pour la commande du moteur calée sur un couple maximum.• 5In practice, the angular position of the sensors can be chosen in different ways. Thus, it may be useful to have the sensors at equal distance from the two stator windings which are closest to them. In other words, the sensors are located between two stator poles, so as to limit the influence of the variable stator field on the global field measured by the sensors. In this case, it may be necessary to employ phase shifting means to process the signal from the sensor, or from a combination of sensors, in order to take account of their positions relative to the electrical reference position. It is also possible to optimize the position of the sensor so that the signal from the sensor, or the signal obtained by the combination of signals from several sensors, is in phase with the electromotive force, so as to use this signal for motor control set on maximum torque.

En pratique, il peut être intéressant de prévoir une seconde virole disposée à l’extrémité opposé du stator par rapport à la première virole, pour faciliter le maintien de bobinages lors du montage et du moulage du moteur. Dans le cas des moteurs à réluctance variable, on peut prévoir que les capteurs présentent deux extrémités montées chacune sur l’une desdites viroles. En d’autres termes, les deux viroles servent de support et de point de montage des capteurs qui s’étendent d’un bout à l’autre du stator, et qui sont disposés entre deux bobinages statoriques, à l’instar de la solution décrite dans le document WO 2015/040305.In practice, it may be advantageous to provide a second ferrule disposed at the opposite end of the stator relative to the first ferrule, to facilitate the maintenance of windings during assembly and molding of the motor. In the case of variable reluctance motors, provision can be made for the sensors to have two ends each mounted on one of said ferrules. In other words, the two ferrules serve as support and mounting point for the sensors which extend from one end to the other of the stator, and which are arranged between two stator windings, like the solution described in document WO 2015/040305.

Grâce au fait que les connexions entre les différents bobinages statoriques se font à l'intérieur du circuit imprimé caractéristique, la géométrie des portions de liaison entre ces différents bobinages est figée, et ne dépend pas des opérations manuelles de montage et assemblage du moteur. Par conséquent, l'influence des courants circulant dans ses portions de liaison est identique d'un moteur à l'autre ce qui facilite les opérations de calibration des capteurs notamment.Thanks to the fact that the connections between the different stator windings are made inside the characteristic printed circuit, the geometry of the connecting portions between these different windings is fixed, and does not depend on the manual assembly and assembly operations of the motor. Consequently, the influence of the currents flowing in its connection portions is identical from one engine to another, which facilitates the calibration operations of the sensors in particular.

-6Avantageusement en pratique, le circuit imprimé peut comporter des interrupteurs tels que les relais électromécaniques ou des interrupteurs statiques, qui permettent de modifier la configuration du circuit statorique en une configuration série ou parallèle, dans lesquels les bobinages statoriques sont reliés en étoile ou en triangle, si l'on souhaite ou non avoir accès au point neutre du moteur.Advantageously in practice, the printed circuit can comprise switches such as the electromechanical relays or static switches, which make it possible to modify the configuration of the stator circuit in a series or parallel configuration, in which the stator windings are connected in star or in triangle , whether or not you wish to have access to the neutral point of the engine.

Dans une forme plus perfectionnée de l’invention, il est possible que le circuit imprimé comporte un ensemble de composants de commutation formant un convertisseur statique, agencés pour délivrer un système de tension ou de courants polyphasé au circuit électrique statorique. Autrement dit, le circuit imprimé peut intégrer les moyens pour alimenter les différents bobinages statoriques afin de créer le champ tournant nécessaire au fonctionnement du moteur. L'intégration de l'onduleur directement sur le circuit imprimé auquel sont connectés les bobinages statoriques permet de gagner de manière très sensible en compacité du moteur. Il est également possible de mettre en place sur le même circuit imprimé un circuit intégré assurant la commande du convertisseur statique en fonction d'une consigne de couple et/ou de vitesse du moteur. Bien entendu, le convertisseur et son électronique de commande peuvent avantageusement être installés sur le même circuit imprimé que celui assurant la connexion aux bobinages statoriques, mais il est également possible sans sortir du cadre de l'invention d'empiler plusieurs circuits imprimés pour répondre à des contraintes d'encombrement.In a more sophisticated form of the invention, it is possible that the printed circuit includes a set of switching components forming a static converter, arranged to deliver a voltage or polyphase current system to the stator electric circuit. In other words, the printed circuit can integrate the means for supplying the different stator windings in order to create the rotating field necessary for the operation of the motor. The integration of the inverter directly on the printed circuit to which the stator windings are connected makes it possible to gain very noticeably in compactness of the motor. It is also possible to install on the same printed circuit an integrated circuit ensuring the control of the static converter as a function of a torque and / or motor speed setpoint. Of course, the converter and its control electronics can advantageously be installed on the same printed circuit as that ensuring the connection to the stator windings, but it is also possible without departing from the scope of the invention to stack several printed circuits to meet space constraints.

Selon un autre aspect de l'invention, il est possible de prévoir que le circuit intégré et les bobinages statorique sont noyés dans une résine, de sorte que la surface interne du stator est cylindrique. En d'autres termes, l'ensemble du stator, notamment sa partie intérieure, est recouvert d'une résine qui permet de maintenir en position fermée définitive l'ensemble des différents éléments, et notamment les bobinages statoriques, pour éviter tout encrassement ou déplacement éventuel. Cette résine permet également d’améliorer les performances diélectriques des bobinages statoriques, et ainsi la fiabilité du moteur.According to another aspect of the invention, it is possible to provide that the integrated circuit and the stator windings are embedded in a resin, so that the internal surface of the stator is cylindrical. In other words, the entire stator, in particular its inner part, is covered with a resin which makes it possible to keep all of the various elements, and in particular the stator windings, in a definitive closed position, to avoid any fouling or displacement. possible. This resin also improves the dielectric performance of the stator windings, and thus the reliability of the motor.

-7Description sommaire des figures-7 Brief description of the figures

La manière de réaliser l’invention, ainsi que les avantages qui en découlent ressortiront bien de la description du mode de réalisation qui suit, à l'appui des figures annexées dans lesquelles :The manner of carrying out the invention, as well as the advantages which result therefrom will emerge clearly from the description of the embodiment which follows, in support of the appended figures in which:

La figure 1 est une vue en perspective sommaire d'un moteur conforme à l'invention.Figure 1 is a summary perspective view of an engine according to the invention.

La figure 2 est une vue éclatée en perspective sommaire du stator du moteur de la figure 1.FIG. 2 is an exploded view in summary perspective of the stator of the motor in FIG. 1.

Les figures 3, 4 et 5 sont des vues en coupe respectivement selon les plans ΙΙΙ-ΙΙΓ, IV-IV’ et V-V’ de la figure 1.Figures 3, 4 and 5 are sectional views respectively along the planes ΙΙΙ-ΙΙΓ, IV-IV ’and V-V’ in Figure 1.

La figure 6 est une vue de dessus du circuit imprimé monté en extrémité du moteur de la figure 1.FIG. 6 is a top view of the printed circuit mounted at the end of the motor in FIG. 1.

La figure 7 est une vue en coupe analogue à la figure 4 pour une variante de réalisation.Figure 7 is a sectional view similar to Figure 4 for an alternative embodiment.

La figure 8 est une vue en coupe transversale du stator d’un moteur selon une variante de réalisation. La figure 9 est une vue en coupe du stator de la figure 8 selon le plan IX-IX’Figure 8 is a cross-sectional view of the stator of an engine according to an alternative embodiment. Figure 9 is a sectional view of the stator of Figure 8 along the plane IX-IX '

Description détailléedetailed description

Comme illustré à la figure 1, le moteur 1 comporte un stator 2 de forme générale cylindrique, dont la partie haute est équipée d'une virole 3 sur laquelle repose un circuit imprimé 4 lui-même percé au centre d'un passage 5 traversé par l'axe 6 du rotor.As illustrated in FIG. 1, the motor 1 comprises a stator 2 of generally cylindrical shape, the upper part of which is equipped with a ferrule 3 on which rests a printed circuit 4 itself pierced at the center of a passage 5 crossed by axis 6 of the rotor.

Le rotor du moteur étant de constitution sensiblement classique, il ne sera donc pas décrit en détail. Selon le cas, ce rotor présente ainsi de manière connue des aimants permanents s'étendant axialement, et qui présentent des polarités alternées le long de la circonférence du rotor, pour un moteur à aimants permanents. Pour un moteur à réluctance variable, le rotor présente des pôles saillants séparés angulairement par des régions de moindre perméabilité magnétique.The rotor of the motor being of substantially conventional constitution, it will therefore not be described in detail. Depending on the case, this rotor thus has, in a known manner, permanent magnets extending axially, and which have alternating polarities along the circumference of the rotor, for a motor with permanent magnets. For a variable reluctance motor, the rotor has salient poles angularly separated by regions of lower magnetic permeability.

-8Comme illustré à la figure 2, le stator 2 est composé de l'empilement de tôles élémentaires 21 qui sont empilées selon l'axe de rotation du moteur. Le stator peut ainsi être obtenu par la découpe notamment par électro érosion d'un bloc de tôles feuilletées.As illustrated in FIG. 2, the stator 2 is composed of the stack of elementary sheets 21 which are stacked along the axis of rotation of the motor. The stator can thus be obtained by cutting in particular by electro-erosion of a block of laminated sheets.

La face extérieure du stator présente une forme cylindrique, tandis que sa face interne présente des protubérances radiales 22 réparties de manière équiangulaire sur toute la circonférence interne du stator. Ces excroissances 22, destinées à former les pôles statoriques, sont profilées pour permettre l'émission des lignes de champ statorique de manière radiale. Ces pôles 22 sont configurés pour permettre la mise en place des bobinages statoriques 25 réalisées indépendamment sur des gabarits de géométrie analogue.The outer face of the stator has a cylindrical shape, while its inner face has radial protrusions 22 distributed equiangularly over the entire inner circumference of the stator. These protuberances 22, intended to form the stator poles, are profiled to allow the emission of the stator field lines radially. These poles 22 are configured to allow the installation of the stator windings 25 produced independently on jigs of similar geometry.

Comme illustré aux figures 2, 3 et 5, les enroulements statoriques 25 sont implantés sur les pôles 22 pour venir au contact de la partie cylindrique 26 du stator, afin que la portion extrêmale 27 des pôles 22, en regard du rotor, soit exempte de bobinages. L'ensemble des zones 27 des différents pôles 22 reçoivent comme illustré à la figure 3 la portion interne 31 de la virole 3. Cette portion interne 31 est de forme cylindrique, et s'étend sur une hauteur légèrement supérieure à celle qu'occupe la portion de l'enroulement statorique 25 situés en extrémité axiale du pôle 22. Dans sa partie haute, cette virole 3 se prolonge par une zone annulaire 32 qui s'étend à l'extérieur de la portion cylindrique 31. Cette portion annulaire 32 s'étend radialement jusqu'à l'aplomb de la zone cylindrique 26 continue du stator, de manière à recouvrir intégralement les enroulements statoriques 25. Cette virole présente un diamètre légèrement inférieur à celui du dans le but de ménager après moulage un épaulement au niveau des extrémités du circuit magnétique feuilleté afin de réaliser son calage axial dans le carter.As illustrated in FIGS. 2, 3 and 5, the stator windings 25 are installed on the poles 22 to come into contact with the cylindrical part 26 of the stator, so that the extreme portion 27 of the poles 22, facing the rotor, is free of windings. All of the zones 27 of the different poles 22 receive, as illustrated in FIG. 3, the internal portion 31 of the ferrule 3. This internal portion 31 is of cylindrical shape, and extends over a height slightly greater than that occupied by the portion of the stator winding 25 located at the axial end of the pole 22. In its upper part, this ferrule 3 is extended by an annular zone 32 which extends outside the cylindrical portion 31. This annular portion 32 s' extends radially to plumb with the continuous cylindrical zone 26 of the stator, so as to completely cover the stator windings 25. This ferrule has a diameter slightly less than that of in order to provide after molding a shoulder at the ends of the laminated magnetic circuit in order to achieve its axial setting in the casing.

La portion annulaire 32 présente des paires de perçages 34 35, en nombre égal au nombre de pôles statoriques. Ces perçages 34 35 permettent de laisser passer les extrémités 26,28 des enroulements statoriques 25 correspondant, pour en permettreThe annular portion 32 has pairs of holes 34 35, in number equal to the number of stator poles. These holes 34 35 allow the ends 26, 28 of the corresponding stator windings 25 to pass, in order to allow

-9les connexions avec le circuit d'alimentation, ou les autres enroulements statoriques. En pratique, la virole est réalisée en un matériau résistant mécaniquement et thermiquement, tel que le poly-éther-éther-cétone (PEEK).-9 connections with the supply circuit, or other stator windings. In practice, the shell is made of a mechanically and thermally resistant material, such as poly-ether-ether-ketone (PEEK).

Comme illustré aux figures 3, 4 et 5, l'espace 15 situé entre deux enroulements statoriques successifs, ainsi que le volume 16 situé entre la virole 3 et la tôle d'extrémité du stator sont comblés par une résine thermodurcissable, de type époxy. Cette résine permet d'avoir une surface interne du stator parfaitement cylindrique, tout en bloquant de manière définitive les enroulements statoriques par rapport à leurs pôles, et ce en assurant une étanchéité parfaite à l'humidité, et de manière générale à tous les fluides au contact desquels le moteur est susceptible de venir. Cette résine améliore aussi grandement l’isolement des bobines (entre elles et par rapport à la culasse).As illustrated in FIGS. 3, 4 and 5, the space 15 situated between two successive stator windings, as well as the volume 16 situated between the ferrule 3 and the end plate of the stator are filled with a thermosetting resin, of epoxy type. This resin makes it possible to have a perfectly cylindrical internal surface of the stator, while definitively blocking the stator windings relative to their poles, and this ensuring a perfect seal against humidity, and in general for all fluids at contact from which the motor is likely to come. This resin also greatly improves the insulation of the coils (between them and with respect to the cylinder head).

A son extrémité opposée, le stator peut recevoir une virole 7 analogue, afin de protéger l'extrémité des enroulements statoriques, et permettre la canalisation de la résine venant noyer les enroulements statoriques sur le stator.At its opposite end, the stator can receive a similar ferrule 7, in order to protect the end of the stator windings, and allow the channeling of the resin coming to drown the stator windings on the stator.

Conformément à un aspect de l'invention, le moteur comporte également un circuit imprimé 4, qui repose sur la virole 3. Comme illustré la figure 4, ce circuit imprimé 4 reçoit des capteurs 41 sur sa face au regard du stator. Ces capteurs 41 sont sensibles au champ magnétique généré par le rotor dans la direction axiale. Dans la partie centrale du rotor, l'essentiel des lignes de champ du champ rotorique se situe dans des plans perpendiculaires à l'axe du moteur. En revanche, au niveau des extrémités du rotor, une partie de ce champ se referme entre deux pôles successifs, selon des lignes de champ présentant des portions axiales reliées par une portion orthoradiale. Les capteurs 41 sont sensibles à la composante axiale de ce champ rotorique, de sorte que les signaux qu’ils génèrent sont continûment variables entre deux extrémums correspondant au passage du pôle radial à leur regard. Ces capteurs 41 sont disposés entre deux pôles statoriques consécutifs, comme cela est visible à la figure 4, et en dessous de la partie haute des bobinagesAccording to one aspect of the invention, the motor also includes a printed circuit 4, which rests on the ferrule 3. As illustrated in FIG. 4, this printed circuit 4 receives sensors 41 on its face facing the stator. These sensors 41 are sensitive to the magnetic field generated by the rotor in the axial direction. In the central part of the rotor, most of the field lines of the rotor field lie in planes perpendicular to the axis of the motor. On the other hand, at the ends of the rotor, part of this field closes between two successive poles, along field lines having axial portions connected by an orthoradial portion. The sensors 41 are sensitive to the axial component of this rotor field, so that the signals which they generate are continuously variable between two extremums corresponding to the passage of the radial pole in their view. These sensors 41 are arranged between two consecutive stator poles, as can be seen in FIG. 4, and below the upper part of the windings

-10statoriques, de manière à recevoir le champ statorique radialement, et donc sans influence sur leur direction sensible.-10 statics, so as to receive the stator field radially, and therefore without influence on their sensitive direction.

Comme illustré à la figure 2, le circuit imprimé 4 peut comporter différents composants 42 de calibration ou de mise en forme des signaux issus des capteurs 41, et notamment les composants analogiques et/ou numériques permettant de combiner les signaux issus de différents capteurs pour un fonctionnement différentiel.As illustrated in FIG. 2, the printed circuit 4 may include different components 42 for calibrating or shaping the signals from the sensors 41, and in particular the analog and / or digital components making it possible to combine the signals from different sensors for a differential operation.

Comme illustré schématiquement la figure 6, le circuit imprimé 4 présente également des pistes conductrices, disposées sur une ou plusieurs couches, permettant de relier certaines extrémités des enroulements statorique. L’emploi d’un circuit multicouche, bien que non obligatoire, permet de réaliser des liaisons entre bobinages avec des pistes reliées en parallèle d’une couche à l’autre de manière à obtenir la section nécessaire pour limiter la résistance de ces portions de liaison. Complémentairement cette ventilation des portions de liaison sur plusieurs couches permet d’augmenter la ségrégation entre bobines, en choisissant le positionnement des différentes pistes afin de limiter l’influence d’un bobinage sur l’autre.As illustrated diagrammatically in FIG. 6, the printed circuit 4 also has conductive tracks, arranged on one or more layers, making it possible to connect certain ends of the stator windings. The use of a multilayer circuit, although not compulsory, makes it possible to make connections between windings with tracks connected in parallel from one layer to another so as to obtain the section necessary to limit the resistance of these portions of link. In addition, this breakdown of the connecting portions over several layers makes it possible to increase the segregation between coils, by choosing the positioning of the different tracks in order to limit the influence of one coil on the other.

En pratique, à titre d'exemple, l’extrémité 126 d'un premier enroulement statorique est reliée avec l'extrémité 428 de l'enroulement statorique diamétralement opposé par la piste 136. Des connexions analogues sont réalisées pour les autres paires d'enroulement statorique disposés diamétralement l'un de l'autre. Complémentairement, les trois paires d'enroulements statoriques présentent un point commun réalisé par la connexion via les pistes 137,138,139 des extrémités 128,328,528 de trois enroulements appartenant à trois paires distinctes. Ainsi, les extrémités de 126,426,626 constituent les points d'application d'un système de tension triphasé permettant de générer le champ tournant statorique.In practice, by way of example, the end 126 of a first stator winding is connected with the end 428 of the stator winding diametrically opposite by the track 136. Similar connections are made for the other pairs of windings stator diametrically arranged one from the other. In addition, the three pairs of stator windings have a common point produced by the connection via the tracks 137,138,139 of the ends 128,328,528 of three windings belonging to three separate pairs. Thus, the ends of 126,426,626 constitute the points of application of a three-phase voltage system making it possible to generate the stator rotating field.

Dans une forme particulière de l'invention, non représentée aux figures, il est possible d'implanter sur le circuit intégré 4 des composants assurant un possibleIn a particular form of the invention, not shown in the figures, it is possible to install components on the integrated circuit 4 ensuring a possible

-11changement de configuration du circuit électrique formé par les bobinages statoriques, typiquement d'un schéma en triangle en un schéma en étoile. Cette reconfiguration permet par exemple de faire fonctionner le moteur selon deux régimes de couples/vitesses distincts, par exemple selon le couplage Dahlander.-11change in configuration of the electrical circuit formed by the stator windings, typically from a triangle diagram to a star diagram. This reconfiguration makes it possible, for example, to operate the engine according to two distinct torque / speed regimes, for example according to the Dahlander coupling.

Dans une forme particulière de réalisation, il est possible d'intégrer directement sur le circuit imprimé 4 différents composants de puissance 47, formant un onduleur polyphasé permettant d'assurer la commande appropriée des tensions et/ou courants appliqués aux enroulements statoriques. La commande de ces composants de puissance 47 peut être réalisée par un circuit intégré 49 programmé pour assurer les stratégies de contrôle/commande appropriées incluant les capteurs de courant pour la mesure du courant circulant dans chaque phase. Cette mesure de courant permet de réaliser un autopilotage du moteur par élaboration des consignes de courant de l’onduleur qui est piloté en modulation de largeur d’impulsions (MLI ou PWM) grâce à la régulation en boucle de courant.In a particular embodiment, it is possible to integrate directly on the printed circuit 4 different power components 47, forming a polyphase inverter making it possible to ensure the appropriate control of the voltages and / or currents applied to the stator windings. The control of these power components 47 can be carried out by an integrated circuit 49 programmed to ensure the appropriate control / command strategies including the current sensors for measuring the current flowing in each phase. This current measurement makes it possible to carry out self-piloting of the motor by drawing up the current setpoints of the inverter which is controlled in pulse width modulation (PWM) thanks to current loop regulation.

Bien entendu, la forme illustrée aux figures est éminemment schématique, et de multiples autres composants peuvent être implantés sur le circuit imprimé, pour remplir les fonctions classiques de polarisation, mise en forme des signaux ou analogue.Of course, the shape illustrated in the figures is eminently schematic, and many other components can be installed on the printed circuit, to fulfill the conventional functions of polarization, signal shaping or the like.

Dans une variante de réalisation illustrée la figure 7, l'ensemble des composants nécessaires à ces fonctions peuvent être implanté sur deux circuits imprimés 140 240, superposés, et associés mécaniquement par des entretoises 150 appropriées.In an alternative embodiment illustrated in FIG. 7, all of the components necessary for these functions can be installed on two printed circuits 140 240, superimposed, and mechanically associated by suitable spacers 150.

Parmi les différentes fonctions pouvant être réalisées par l'électronique embarquée sur le circuit imprimé, on peut noter la surveillance du courant circulant dans les bobines statoriques, mais également la surveillance de la température du moteur, voire de chacune des bobines en vue d’isoler si besoin, par la commande, une bobine défaillante. Il est également possible grâce à un pilotage approprié d’alimenter le circuit de bobines statoriques pour faire fonctionner le moteur dansAmong the various functions that can be performed by the electronics on board the printed circuit, we can note the monitoring of the current flowing in the stator coils, but also the monitoring of the temperature of the motor, or even of each of the coils in order to isolate if necessary, by the command, a faulty coil. It is also possible, thanks to appropriate control, to power the circuit of stator coils to operate the motor in

-12un mode équivalent au fonctionnement d’un moteur à courant continu. Plus précisément, l’onduleur est alors commandé avec chaque branche commuté un nombre de fois minimal par période électrique. La régulation en couple peut être réalisée en amont de l’onduleur, en contrôlant à l’aide d’un hacheur de tête le courant d’alimentation de l’ensemble moteur-capteur-commutateur de courant. Le hacheur peut être disposé sur la même carte que l’onduleur, ou sur une carte séparée, distante du moteur.-12a mode equivalent to the operation of a DC motor. More specifically, the inverter is then controlled with each branch switched a minimum number of times per electrical period. Torque regulation can be carried out upstream of the inverter, using a head chopper to control the supply current to the motor-sensor-current switch assembly. The chopper can be placed on the same card as the inverter, or on a separate card, distant from the motor.

Dans une autre forme de réalisation, illustrée aux figures 8 et 9, le moteur est équipé de capteurs inductifs 91 du type de ceux décrits dans le document WO 2015/040305. Ces capteurs 91 sont destinés à détecter une modification de l’impédance d’un bobinage qu’ils intègrent, en fonction de la variation de la réluctance du circuit magnétique associé à ce bobinage, variation qui est liée à la position du rotor, pour les machines à réluctance variable. Ces capteurs 91 sont disposés entre deux bobinages statoriques 75, et s’étendent axialement, avec un axe sensible radial.In another embodiment, illustrated in FIGS. 8 and 9, the motor is equipped with inductive sensors 91 of the type of those described in the document WO 2015/040305. These sensors 91 are intended to detect a modification of the impedance of a winding which they integrate, as a function of the variation of the reluctance of the magnetic circuit associated with this winding, variation which is linked to the position of the rotor, for the variable reluctance machines. These sensors 91 are arranged between two stator windings 75, and extend axially, with a sensitive radial axis.

Le positionnement de ces capteurs 91 est obtenu grâce aux viroles caractéristiques 53, 57, qui présentent des encoches 84 87 prévues à cet effet sur le bord libre de leur partie cylindrique 82. Bien entendu, dans le cas d’une machine à réluctance variable, les capteurs de position du rotor peuvent également être positionnés de la même manière que les capteurs décrits pour le mode de réalisation de la figure 1, à savoir sous le circuit imprimé caractéristique.The positioning of these sensors 91 is obtained thanks to the characteristic ferrules 53, 57, which have notches 84 87 provided for this purpose on the free edge of their cylindrical part 82. Of course, in the case of a variable reluctance machine, the rotor position sensors can also be positioned in the same way as the sensors described for the embodiment of FIG. 1, namely under the characteristic printed circuit.

Il ressort de ce qui précède que le moteur conforme à l’invention présente de multiples avantages, en particulier une compacité optimale, tout en obtenant un niveau de précision sur la position rotorique très élevé. La fabrication du stator, notamment par l'emploi de techniques de bobinages à fils rangés permet de réaliser des moteurs avec une grande reproductibilité. Complémentairement, la réalisation des connexions entre les différents bobinages statorique s'effectuant au sein du circuit imprimé, les impédances de ces interconnexions sont bien maîtrisées, avecIt appears from the above that the motor according to the invention has multiple advantages, in particular optimal compactness, while obtaining a very high level of precision in the rotor position. The manufacture of the stator, in particular by the use of winding techniques with arranged wires makes it possible to produce motors with high reproducibility. In addition, since the connections between the different stator windings are made within the printed circuit, the impedances of these interconnections are well controlled, with

-13des améliorations de compatibilité électromagnétique et une réduction des inductances de fuite.-13Improvements in electromagnetic compatibility and a reduction in leakage inductances.

Claims

1 / Synchronous electric motor (1) with permanent magnets or with variable reluctance, the magnetic circuit of the stator (2) of which is formed by a stack of sheets (21) perpendicular to the axis of rotation of the motor, said stack (2 ) forming a hollow cylindrical body, the internal surface of which has protuberances (22) forming radial poles extending axially, said stator comprising stator windings (25) formed by winding a conductive wire around each pole ( 22), characterized in that it comprises:

• a ferrule (3) having a first portion (31) resting on the stack of sheets (2) between the stator windings (25), and a second portion (32) of larger diameter, extending radially over the windings stator (25);

• a printed circuit (4) resting on the second portion (32) of the ferrule, and comprising o conductive tracks (136-139) to which the ends (126,128,226,228,326,328,426,428,526,528,626,628) of the stator windings (25) are connected, said tracks being arranged to ensure the electrical connection of the stator windings to each other according to a balanced circuit, • magnetic field sensors (41) mechanically fixed to said ferrule and / or to said printed circuit, and capable of generating variable signals as a function of the rotor position.

2 / motor according to claim 1, characterized in that the sensors are arranged opposite the ends of the rotor magnetic poles, below the axial ends of the stator windings.

3 / Motor according to claim 1, characterized in that the sensors (41) are arranged with their sensitive axis oriented axially.

-154 / Motor according to claim 1, characterized in that the sensors (41) are arranged at equal distance from the two stator windings (25) which are closest to them.

5 / Motor according to claim 1, characterized in that the sensors are mounted on the face of the printed circuit opposite the rotor.

6 / Motor according to claim 1, characterized in that it comprises a second ferrule (7) disposed at the opposite end of the stator relative to the first ferrule, and in that the sensors have two ends each mounted on the one of said ferrules.

7 / Motor according to claim 1, characterized in that the printed circuit (4) comprises switches making it possible to modify the configuration of the stator circuit between a "series" or "parallel" configuration.

8 / Motor according to claim 1, characterized in that the printed circuit (4) comprises a set of switching components (47) forming a static converter, arranged to deliver a system of voltages or polyphase currents to the stator electric circuit.

9 / Motor according to claim 8, characterized in that the printed circuit comprises an integrated circuit (49) ensuring the control of the static converter as a function of a torque and / or motor speed setpoint.

10 / Motor according to claim 1, characterized in that the magnetic circuit and the stator windings are embedded in a resin (15) so that the internal surface of the stator is cylindrical.