Brevet FR2008928A1 — publié le 19700130

20DB928 est L'invention/relative au secteur technique des dispositifs de commutation électriq«o e"t concerne plus particulièrement un moteur pas â pas comportant un certain nombre de statorB coaxiaux qui sont munis chacun d'au moins une bobine annulaire 5 se trouvant entre deux plaques- de matériau ferromagnétique doux comportant des dents polaires qui sont réparties suivant une circonférence et qui, lors de l'excitation, forment des pôles nord et sud altern'és coopérant avec des pôles nord et sud s également alternés et répartis suivant une circonférence, d'au moins un rotor â aimanta-» 10 tion permanente, le nombre de pôles de chaque rotor étant égal â celui de chacun des stators» Un moteur de ce genre est décrit dans le brevet français No» 1„2960190a Ce moteur comporte deux stators qui coopèrent avec un + o ^ rotor et il existe un decalage de 90* electriques entra la position *5 des pôles du premier stator par rapport aux pôle? rotoniques correspondants d'une part, et entre la position des pôles de 1'autre stator par rapport aux pôles rotoriques correspondants dsautre parto Ce motéur présente l'inconvénient que le couple fourni pendant la commutation est réduit d'environ 30$, de sorte que le couple de maintien normal du moteur esi environ 30$ XxliT èl 2SUX Îi-U COllpi ' maximum» De plus, le nombre de pas par tour est limite,, Cet inconvénient est éliminé grâce â 1'invention du fait que l'on prévoit n stators, n étant supérieur â 29 et l'angle ent-ve les pôles de chaque stator par rapport aux pôle? rotoriques correspondants 25 d'une part, diffère de l'angle entre les pôles de chaque fois un autre stator par rapport aux pôles rotoriques correspondants d'autre parts la différence étant égale â ^ x l'angle de pas des pôles d:un même stator, m étant un nombre entier et variant entre * et (n — 1). Par angle de pas, il y a lieu d'entendre dans le prisent oas J -"angle 30 compris entre les axes géométriques des pôles voisins d'an œênie stators ces axes étant situés dans un plan perpendiculaire à 1 "axe iu. laite arc et coupant cet axe0 Avec un moteur de ce genre comportant par exemple quatre stators, le couple ne varie plus que d'environ Qfo, de sorte que le 35 couple moyen fourni est plus de deux fois supérieur lorsqu5nn fournit le double de l'énergie» D'autre part, le nombre de pas par- tour est doublé» Pour une même fréquence de commutation du signal de commaîide et égale par exemple à 100 Hz, la fréquence de commutation dans le B6SÎ-0RIC 16333 - 2 200892*8 moteur connu est de 50 Hz par stator et dans le nouveau moteur de 25 Hz, de sorte que pour un même nombre de pas par minute, les perte?; dans le fer sont plus petites, ou que pour une même fréquence de commutation des stators, la fréquence du signal de commande, c'est-à-5 dire le nombre de pas par minute, peut être doublé si 1'on admet les mêmes pertes,, L'inertie du rotor est proportionnelle au nombre de stators, et le couple est plus que proportionnel â ce nombre de stators, de sorte que 1'accélération du rotor devient relativement plus grande, 10 le moteur démarrant de ce fait plus rapidement» c'est-à-dire que la fréquence de démarrage est supérieure» Suivant une forme de réalisation d'un moteur conforme â l'invention, chacune des bobines est constituée de deux demi-bobine?» On obtient ainsi la possibilité xLe commander les stators â 1'aide 15 d'impulsions dirigées dans le même sens, tout en conservant la possibilité d'inverser le champ» Cette solution est particulièrement avantageuse lorsque le moteur est commandé électroniquement» Les deux demi-bobines peuvent par ailleurs être entièrement séparées ou être constituées de deux bobines formées l'une â la suite de l'autre, 20 l'extrémité de la première bobine étant connectée au début de la deuxième bobine et reliée â l'extérieur» Suivant une autte forme de réalisation du moteur conforme â l'invention, tous les stators sont éxcités â l'état statxonnaire, et à chaque pas, le stator qui forme l'angle le plus grand, entre les 25 pôles de stator et leurs pôles rotoriques correspondants, vu dans le sens de rotation désiré, est inversé» Dans ce cas, le moteur pas à pas effectue un nombre de pas qui«par tour,est égal à n fois le nombre de pôles par stator0 Suivant une quatrième forme de réalisation d'un moteur 30 conforme à 1'invention, n ou (n - 1) stators sont alternativement excités à 1 'état stationnaire, et pour un pas suivant, on coupe le stator qui présente le plus grand angle entre les pôles as stator et leurs pôlés rotoriques correspondants vu dans 3 e sen? ^ppoiié au. oert de rotation désiré, ou 1'on excite le stator non excité, dans le sens 35 opposé au précédent» De ce fait» le nombre de pas par tour est doublé et rendu égal â 2n x le nombre de pôles par stator, le couple de maintien ne variânt par exemple que d'environ 8% pour un moteur comportant quatre stators» La description qui va suivre, en regard des dessins annexés,, 40 le tout donné à titre d'exemple non limitatif» fera Man 16333 - 3 „ 2008928 comment l'invention peut être réalises, les particularités qui ressortent tant du texte que des figures des dessins faisant, "bien entendu, partie de ladite invention, La f igo 1 est une coupe., longitudinale d'un moteur conforme 5 â l'invention» - La fig„ 2 est une vue èn perspective de . ce moteur» La fig0 3 représente schématiquement le dispositif de commande de ce moteur* La fig-o 4 donne l'ordre de succession de l'excitation des 10 stators, et la position correspondante du rotor» La fig» 5a est un diagramme représentant la variation de l'énergie fournie, la fig» 5"b représentant la variation du couple fourni, chaque fois en fonction du temps» La figo 6 est le schéma d'un circuit de commande d'un 15 moteur â nombre de pas, doublé par tour0 La figo 7 représente l'ordre de succession de l'excitation, des stators, et la position correspondante du rotor0 La fige 8a représente la variation de l'énergie fournies et la figo 8b la variation du couple fourni, chaque fois en fonction du 20 temps » La figo 9 représente une réalisation mécanique d'une unité de comirande, La figo 10 représente une unité de commande analogue, permettant de doubler le nombre de pas par tour0 25 Les figures 1 et 2 représentent un moteur constitué par quatre stators coaxiaux (l ), (2), (3) e+ (4). munis chacun d'un-? bobine annulaire (5)» (6), (?) et (8) qui se trouve entre deux plaques de matériau ferromagnétique doux (9), (9')s (10)» ("■0"), (l").« et- (12), (".2') comportant des dents qui sont réparties suivan* une 30 circonférence et qui, lors de l'excitation, ferment en alternance d.es pôles nord et sud (". 3), ("3s)ï ("!4-)5 04.'), ('-?)» (?V) et (/$}f ("! 6 ' ), chaque plaque (9), (9'), (".O), (10f)? (f)s e+ ('2;, (12') comportant douze aents qui coopèrent avec- vingt quatre pôles nerd er. sud altern és également répartis suivant une circonférences ('?)? 35 ( 1T 1 )» (tÔ), ("8'), (19). (";9') et (?0)? (20®) de quatre rotors â aimantation permanente (21)? (22), (23) et (24)0 Les angles formés entre les pôles (13), (13')« 04)* 04')r (15)? 05') e+ ("î6)s (l6') de chaque stator (?); (2)? (3) et (4) et les pôles rotoriques correspondants (17)» ("?')? (""S).- (*&') 16333 _ 4 - 2Û08W8 ^ x l'angle de pas des pôles d{un même stat-or? m_ étant un nombre entier variant entre 1 et 3 et n étant égal à 4° L'angle de pas^ est pour ce moteur égal â 15°» sorte que les différences sont respectivement de 3°45'j7°30 ' et 11°15 1 » . 5 Dans le moteur représenté, les pôles de même nom (1?)S (18)9 (19) et (20) ou (17'), (18«)» (19') et (20') des rotors (21), (22), (23) et (24) se situent en direction axiale sur une mêm9 droite, de sorte que les stators (2), (3) et (4) sont décalés par rapport au stator (1) respectivement d'un angle de = 3°45% * 7°3Q' et -foL = 10 11°15Lc II est évident qu'au lieu d'utiliser les quatre rotors représentés sur la figure, on peut se contenter d'un seul rotor s'étendaftt sur les quatre stators,, Il est évidemment aussi possible de monter les stators sur une même ligne en direction axiale et de décaler les rotors entre eux des mêmes angles que ceux donnés pour les stators des 15 figures 1 et 2. On peut également ne pas aligner ni les pôles des stators ni ceux des rotors, pour...autant que l'on satisfasse â la i relation donnée ci-dessus„ Les bobines annulaires (5)? (6), (7) et (8) peuvent être constituées par un même enroulement ou par deux demi-enroulements s 20 chaque moitié aimantant le stator correspondant dans un sens déterminé0 C'est ainsi que les bobines (5)} (6), (7) et. (8) sont constituées par deux demi-bobines (5')s (5")j (6')j (6"); (7')> {7") et (81), (8"), alors qu'un courant- traversant les bobines (51)» (60)9 (7') et (7!) fait en sorte que les pôles de stator (13)S (14)» 05) 25 et (16) soient par exemple des pôles nord et que les pôles de stator 03')> (14 ' ), (15*) et ( 16 * ) soient des pôles sud , tandis qu'inversement, un courant traversant les bobines (fi'Os (6")s (7")j (8") fait des pôles de stator (13)> (14)9 05) et (16) des pôles sud et des pôles de stator ( 131 ), (14"), 05') 06") des pôles nord 0 On peut 30 ainsi, avec une même tension continue, c'est-à-dire avec des impulsions dirigées dans le même sens, aimanter le stator dans deux sens opposés„ La figo 3 représente schématiquement une unité de commande'" B pour la commande d'un moteur suivant les figures 1 et 2 au moyen -v d'impulsions; â l'état stationnaire, tous les stators (l), (2). (3) et 35 (4) sont excités, et pour chaque pas, c'est le stator pour lequel 1'angle entre les pôles de stator et les pôles rotoriques correspondants est le plus élevé, vu dans le sens de rotation désirés dont la polarité est inversée» Le moteur fait un nombre de pas qui par tour est égal â 4 x le nombre de pôles par stator0 A 1 'outrée de l'unité de commande B sont appliquées 1 B/VD OR/GJNaL, 69 16333 2908928 - 5 - impulsions cLe commande qui sont converties en tensions de commande aux huit sorties qui sont chacune reliées â la demi-"bobine des stators indiqués. Les tensions de sortie sont représentées en fonction du temps sur la partie de droite de la figure» 5 La figo 4 représente une partie de moteur déployées les pôles noirs étant les pôles nord , et les autres pôles les pôles sud Etant donné que les pôles rotoriques sont tous situés sur une même droite, on n'a représenté qu'un seul rotor» A l'instant tQ, les pôles 03)» (14)» 05) e"fe 06) sont des pôles nord et les pôles 03')s 10 04'), (15 ') et (16 ') des pôles sud , du fait que les demi—bobines (5')> (6')j (7') et (8') sont excitées» A l'instant %s les pôles (13) s sont des pôles sud et les pôles (13') des pôles nord- , du fait que la demi-bobine (5*) est mise hors circuit et que la demi-bobine (5lf) est mise en circuit» De ce fait, le rotor se déplace sur une distance 15 ôL dans le sens indiqué» Cette distance correspond â un angle qui est égal à un quart de l'angle de pas^ ? e'est-â-dire dans l'exemple envisagé un angle de 3°45'« A l'instant tgj la demi—bobine (6') est mise hors circuit et la demi-bobine (6") est mise en circuit, de sorte que les pôles (14) deviennent des pôles sud et les pôles (14') des pôles 20 nord et que le rotor se déplace de nouveau d'un angle de 3°45'° Les bobines (7') et (8') sont successivement mises hors circuit et les bobines (7") et (8") mises en circuits comme le montre la figa 3? jusqu'à ce que, â l'instant t^, l'état initial existant â l'instant tg, se répète, en ce sens que le rotor s 'est dépla«^é9 en huit pas> 25 d'un angle de 30°» Le nombre de pas par tour» qui serait, de 48 lorsqu'on utilise deux stators, est de cette façon doublé et par conséquent égal à 960 La figo 5a réprésente l'énergie fournie en fonction du tempsj cette figure montre que pendant la oommu.tationî 1'énergie appliquée 30 diminue pendant un bref instant de ?5$j mais comme le montre la fig„ 5b, le couple fourni ne diminue que d'environ 8$, de sorte que l'uniformité du couple fourni, est fortement améliorée Q Il est possible de doubler avec ce moteur le nombre de pas en excitant, â l'état stationnaires en alternance quatre et trois 35 stators, et en mettant hors circuit, pour un pas suivant? les stators \ _j. j ■ pour lesquels l'angle entre les pôles de stator et les pôles rotoriques > ~ZL correspondants est le plus élevé dans le sens opposé au sens de rotation — |£C requis, ou en excitant le stator non excité, dans le sens opposé au G * d précédent, comme le montre la fig0 6» A l'instant tn, les pôles (13)» Cù 40 (14)» (15) e"fc 06) sont de nouveau des pôles nord et- les pôles (l3')s 16333 - 6 - 2008928 ( 14*)» (l5 *) e"fe 06') des pôles sud s du fait que les demi-bobines (5*), (6')j (?') e"t (81 ) sont excitées et que les bobines (5")> (6")» (7") et (8") ne le sont pas0 A l'instant t.,, la bobine (51) est mise hors circuit, de sorte que le rotor se déplace d'une distance d.^, 5 c'est-à-dire d'un angle de 1°52'30"o Lors de l'apparition de l'impulsion suivante à l'instant tg, la bobine 5" est mise en circuit et le rotor se déplace de nouveau d'un angle de 1°52*30"o Ensuite, â l'instant t^> la bobine (6*) est mise hors circuit et â l'instant t^, la bobine (6") est mise en circuit, de sorte que tour â tour, ce sont 10 trois et quatre stators qui sont excités « Les différents pas sont représentés pour un demi-cycle sur la figo 7, sur laquelle les pôles nord sont représentés en noir et les dents de pôles non excitées sont hachurées, les autres pôles étant des pôles sud . L'énergie fournie varie de la façon représentée sur la figo 8a, et le couple fouraij de 15 la façon représentée sur la figo 8b0 Le nombre de pas que peut effectuer ce moteur est de 192, le couple fourni ne variant que d'environ 8$0 L'unité de commande B peut être constituée- par un commutateur mécaniquer. comme le montre schématiquement la fig» 9 pour 96 pas, et la figo 10 pour 192 pas» Un 20 commutateur de ce genre peut par exemple être entraîné par un deuxième moteur pas â pas qui est commandé par les impulsions d'entrée et qui fait respectivement 8 ou 16 pas par tour0 Dans ce cas, le commutateur est constitué par huit contacts (25), (26), (27), (28), (29)j (30), (31) et (32) répartis suivant une 23 circonférence et respectivement reliés aux bobines (51)» (6')s (7')j (8'), (5"), (6"), (7") et (8")„ Le long de ces contacts se déplace un segment métallique (33) relié â un pôle d'une source de tension continue Ba, ce segment étant entraîné par un moteur pas â pas M effectuant huit pas par tour, de sorte qu'à chaque impulsion, le seg-30 ment tourne de 45° si lé moteur pas â pas doit effectuer 96 pas par tour, comme le montre la fig0 9» par un moteur pas â pas M. effec- U tuant seize pas par tour, de sorte qu'à chaque impulsion, le segment tourne de 22o30', si le moteur conforme â l'invention doit effectuer 192 pas par tour, comme le montre la figo 10o 35 Les moteurs et Mg sont entraînés par les impulsions d'en trée de l'unité de commande B, représentée sur la fig» 3 ou sur la fig» 6„ Il est évidemment possible de remplacer le commutateur mécanique par un commutateur électronique 0 Jpip»**"- fjad original 16333 20Ô8928' _ 7 _ I RBVMDIGATIOK'Ss 1, Moteur pas â pas comportant un certain nombre de stators coaxiaux qui sont munis chacun dJau moins une bobine annulaire se trouvant entre deux plaques de matériau ferromagnétique doux comportant 5 des dents polaires qui sont réparties suivant une circonférence et quis lors de l'excitation, forment des pôles nord et sud alternés coopérant avec des pôles nord et sud , également alternés . et répartis suivant une circonférence, d'au moins un rotor â aimantation permanente; le nombre de pôles de chaque rotor étant égal â celui de chacun des 10 stators, caractérisé en ce que l'on prévoit n stators, n étant supérieur â 2, et l'angle entre les pôles de chaque stator par rapport aux pôles rotoriques correspondants d'une parts différé de l'angle entre les pôles de chaque fois un autre stator par rapport aux pôles rotoriques correspondants d'autre part-, la différence étant- égale â ^ x 1 "angle 15 de pas des pôles d'un même stator, ni étant un nombre entier et variant entre 1 et (n - 1). 2„ Moteur pas à pas selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des bobines est constituée de deux demi-bobines0 3o Moteur pas à pas selon la revendication 1 ou 2? caractérisé 20 en ce que tous les stators sont excités à 1 "état stationnaire, et â chaque pas, le stator qui forme l'angle le plus grand entre les pôles de stator et leurs pôles rotoriques correspondants? vu dans le sens de rotation désiré9 est inversé» 4 o Moteur pas à pas selon la revendication 1 ou 2. caractérisé ?5 «n ce que n ou' (n - 1) stators sont alternativement excites à l'état stationnaire, et pour un pas-suivant, on coupe le stator qui présente le plus grand angle entre les pôles de stator et leurs pôles rotoriques correspondants vu dans le sens opposé au sens de rotation désiréj ou l'on excite le stator non excité, dans le sens opposé au précédent,, bad original