Brevet FR2067148A1 — publié le 19710820

La présente invention concerne un mode de réalisation des moteurs électriques synchrones à faible vitesse de rotation et également des moteurs pas-à-pas à nombre élevé de pas par tour, qui ne sont qu 'iJne application particulière de ces moteurs synchrones. Quand ces moteurs sont conçus pour être - utilisés en moteurs synchrones : les enroulements sont tels qu'ils créent un champ résultant tournant, soit qu'vils soient excités par des courants polyphasés, soit qu'ils soient constitués par des groupes de bobinages dont les courants d'excitation sont déphasés par les moyens couramment utilisés (généralement par adjonction d'un condensateur approprié). Le sens de rotation étant défini par la séquence d'excitation des divers enroulements. - utilisés en moteurs pas-à-pas : les enroulements du moteur sont excités par des impulsions de courant continu distribuées à chaque enroulement par permutation circulaire, déterminant à chacune d'elles un "pas". Le pas étant défini comme le déplacement angulaire effectué par le rotor et corresspondant au passage de l'excitation d'un enroulement à celle de l'enroulement suivant. A la fin de ce déplacement angulaire, le rotor reste bloqué é lectro-magnétiqjement jusqu'à la commande d'un pas suivant. Chaque pas du moteur se faisant dans un temps extrêmement court, une certaine énergie cinétique est transmise a' rotor; de ce fait, il se crée des oscillations autoir de la position finale de bloniage, amorties dans le temps par les pertes (pertes fer du circuit magnétique, pertes mécanirues des roulements. etc.). Ces oscillations sont grandement augmentées par l'inertie de la charge d'une part et par l'inertie propre du rotor d'autre part. L'invention lise à réduite considérablement le temps d'amortissement de ces oscillations, toit en conservant pour ce genre de moteur une réalisation facile et n prix de revient raisonnable. Pour permettre de bien comprendre le dispositif faisant l'objet de la présente invention, nous décrivons seulement ci-dessous des moteurs composés d'un stator classin-je (1) avec des pôles (2) dirigés radialement vers le centre du moteur, pôles qui peuvent avoir eux-mêmes des dents (3) dans leur partie face au rotor (4) ou bien qui peuvent ne présenter que la dent constituée par toute la largeur du pôle. Dans chacun de ces modes de réalisation, il sera nécessaire de prévoir le bobinage (5) des enroulements stator de façon à obtenir un rendement global optimum.Le dit bobinage sera placé dans les cavités (6) prévues à cet effet entre les pôles du stator, le tout, maintenu par un carter extérieur (7) faisant office de flasque sur une de ses extrêmités ou étant pourvu de deux flasques (8) dont chacun assure de part et d'autre du stator le bon alignement de celui-ci avec le rotor au moyen de paliers (9) (couss-inets graphités, roulements à billes, etc.). Dans de nombreux types de moteurs connus, le ichor est ess-entiellement composé d'un axe, centré sur des paliers (à billes ou autres) et sur lequel est fixée la masse rotor, massive, munie à sa partie extérieure, venant en regard du stator, de dents longitudinales dirigées parallèlement à l'axe du moteur. Si ce genre de construction donne d-es performances acceptables lorsque la masse retor comporte peu de dents (moteur à faible nombre de pas par tour), lorsque le moteur doit faire un nombre élevé de pas par tour (nombre de dents accrd), les oscillations sont amplifiées à un point tel que pour certaines fréquences d'utilisation, les courbes de fonctionnement en sont grandement perturbées, ce qui rend le fonctionnement du moteur inutilisable à l'intérieur de ces plages. L'invention a pour but de réaliser des moteurs dont le fonctionnement correct soit assuré de 0 jusqu'à la fréquence maximum prévue pour ce moteur et ce, quel nue soit' le nombre de pas par tour. Dans le mode de réalisation préconisé par l'inventeur, le but recherché était essentiellement la diminution de l'intertie du rotor, tout en maintenant le couple, de façon à augmenter le rapport Couple/Inertie. pour obtenir ce rés Itat, le rotor nest plus cylindrique et plein, mais tubulaire : la face extérieure du tuh-e (10) comporte des dents (11) longit jdinales suivant le sens de l'axe du moteur dont le nombre sera déterminé par le nombre de pas à réaliser par tour du rotor ainsi que par les caractérlstinues mécaniques Et électriques d! stator prévc a cet effet. La masse rotor est fixée rigidement en ses de ix extrémités à l'axe (12) du moteur au moyen de deux flasques (13). Sur le plan de l'inertie, cette construction offne un double avantage : a) Pour un moteur de couple donné, done de diamètre rotorique sensiblement imposé, l'inertie @@ @tor tubolaire est évilemment beaucoup plau faible die l'ineitie du rotor plein classique b) Lorsque l'on cherche à réaliser des moteotonts à couple plus élevé el danc de diamètre ratorique plas important, puisque l'épaisseur du tabe eswt déterminée par l'induction dans l'entrefer et que l'on travaille toujouis à des siveaux e'induction du même ordre de giandeit. il s'ensait que l'épaisseur du tube raste sensiblement constante. L'inertie d'en rotor tebolaire n'auementera donc que comme la pJissance 3 dj diamètre au lieu de la puissance 4, ce qui est 1P cas d'un rot or plein. Cette construction offre donc d'autant plus d'avantages que le moteur est plus puissant. Cette invention présente par ailleurs lravantage d'assurer une meilleure canalisation du flux : En effet, dans les rotors massifs, l'induction au niveau du moyeu rotormase et celle au niveau des dents face au stator ne sont pas les mêmes du fait es sections différentes. Pour obtenir l'homogénéité de flux désirée, il faut avoir une section ne varIant que peu tout au long du circuit du flux rotorique. Ce résultat est précisément atteint par l'emploi d'un rotor tubulaire. L'amélioration des performances générales du moteur, et 1 'amor- tissement plus rapide des oscillations sont donc obtenie à la fois grace à la diminution de l'inertie di rotor et à la meilleure canalisation du flux. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention. des résultats très satisfaisants ont été obtenos par l'emploi d'un rotor tubulaire en acier do-ix dont l'épaisseur à partir du fond des dents est environ moitié de la largeur totale des dents situées sous le pôle excité. L'épaisseur di tube est déterminée en fonction de la largeur totale des dents situées sous le pôle excité. Elle varie selon la perméabilité du matériau utilisé. Revendication Dans la construction des moteurs pas-à-pas, l'utilisation de rotors tubelaires permettant ainsi une réduction des oscillations et une amélioration des performances.