Brevet FR2133583A1 — publié le 19721201

La présente invention concerne un moteur linéaire à. courant continu utilisé pour des mouvements rapides, à faible course.- Ce fnotêbr'est équipé d'un stator et d'une armature à déplacement longitudinal, les champs de commande magnétiques étant superposés à un champ magnétique constant pour assurer le déplacement de l'armature, et le champ principal maintenant l'armature sur ses positons extrêmes stables. Un moteur linéaire à courant continu ou un moteur linéaire électromagnétique est décrit- dans le brevet US. 3 503 022. Ce moteur contient une armature pourvue d'un aimant permanent ou d'un électro-aimant entre deux pôles faits dans un matériau magnétisable. L'armature est montée de façon à pouvoir se déplacer dans les pièces polaires arrondies d'un bâti de manière à limiter son déplacement entre deux positions stables. Entre les pièces polaires du bâti, le stator, il est monté une culasse cylindrique contenant des bobinages inducteurs répartis sur toute, la longueur du bâti. D'autres bobinages inducteurs sont montés dans les renfoncements arrondis des pièces polaires. L'armature est maintenue dans une position stable choisie au moyen du flux principal de 1'électro-aimant ou de l'aimant permanent, et peut se déplacer entre sespositions st&bles en appliquant un courant au bobinage inducteur afin d'engendrer des champs de commande. 2° Dans ce dispositif connu, l'armature est maintenue susses deux positions extrêmes au moyen d'une bobine de maintien spéciale. Cette bobine de maintien fournit le flux magnétique nécessaire pour maintenir l'armature dans cette position. Cet agencement connu a l'inconvénient que le stator nécessite quatre 25 bobinages différents, c'est-à-dire, deux bobinages de commande pour fournir le flux de commande afin d'assurer le passage de l'armature d'une position extrême à l'autre, et deux bobinages de maintien afin d'assurer le maintien de l'armature dans la position extrême respective. En outre, afin de fournir le flux principal dans l'armature, çelïe-ei doit en général être relativement 30 lourde. En conséquence, son inertie est grande et des mouvements puissants et rapides nécessitent un flux de commande élevé. L'objet de la présente invention consiste donc à permettre à un moteur linéaire à courant continu du type mentionné ci-dessus d'exécuter des mouvements, courts et rapides et, partant, de produire un moment de départ élevé. 35 La construction et la structure mécanique du moteur doivent être être simples, pratiques. Ce problème est résolu conformément à la présente invention en ce sens que le stator offre deux pôles principaux, et qu'il est monté, à chaque pôle principal, un pôle auxiliaire dirigé sur les faces avant du moteur, 40 L'armature comporte à ses deux extrémités des pôles pourvus de renfoncements 72 09916 2 2133583 logeant chacun un bobinage de commande. Le bord interne d'un pôle principal se trouve au droit du bord interne du renfoncement correspondant lorsque l'armature est dans la position extrême située du côté de l'autre pôle principal. De même, le bord externe d'un pôle principal se trouve au droit 5 du bord externe du renfoncement correspondant lorsque l'armature est dans la position extrême située du côté de ce pôle principal. Ainsi, la largeur des renfoncements est inférieure à la largeur des pôles principaux. Avec un moteur linéaire à courant continu construit de cette façon, il est possible, grâce à la combinaison du principe électro-dynamique conforme 10 au fonctionnement du moteur, et à la concentration des champs magnétiques sur les bords qui sont opposés entre eux conformément à la présente invention, de fournir depuis le début, une accélération initiale considérable. Ainsi, le moteur se déplace sur l'autre position d'une façon très rapide et avec un moment élevé. Grâce au pôle auxiliaire et au flux de dispersion qui 15 lui est connecté, il est engendré une puissance suffisante pour maintenir de façon sure l'armature sur chaque position extrême sans avoir recours à des disnositifs ou bobinages de commande spéciaux pour atteindre cet j ' objectif. Le déplacement de l'armature se fait en appliauant des impulsions de commande sur les deux bobinages logés dans les renfoncements des pôles 20 de l'armature. Un mode de réalisation approprié à la fabrication du moteur conforme à la présente invention, consiste en ce que le stator et l'armature soient cylindriques, et en ce que les pôles auxiliaires soient formés par une partie saillante cylindrique étroite du pôle principal prolongé par un anneau 25 en forme de disque monté contre les plaques support du moteur? De manière à obtenir un déplacement d'armature plus rapide les pôles principaux et/ou les pôles de commande, conformément à un mode de réalisation avantageux de la présente invention, ont une structure laminaire, c'est-à-dire, au moins les pièces polaires associées à ces pôles principaux et 30 de commande sent formées par différentes lamelles. Grâce à cette conception, il y a réduction des pertes magnétiques provoquées par les flux alternant dans les zones de concentration des champs magnétiques due à un effet de bord. Ainsi, il est possible d'obtenir un déplacement plus rapide de l'armature d'une position extrême à l'autre. 35 Une réalisation particulièrement appropriée et avantageuse du moteur li néaire à courant continu conforme à la présente invention réside en ce que, lors du déplacement de l'armature, il est applinuéuée tout d'abord une impulsion d'accélération au bobinage de commande et, ensuite,.il est appliqué une impulsion de freinage sur l'autre bobinage de commande. L'utilisation 40 des deux bobinages, c'est-à-dire l'application d'impulsions d'accélération 72 09916 3 2133583 et de freinage pour obtenir le déplacement de l'armature d'une position extrême à l'autre, permet l'application d'une impulsion d'accélération ayant une plus grande énergie, de manière à augmenter l'accélération et à réduire le temps total du déplacement et, par ailleurs, permet le maintien 5 de la phase d'accélération sur une période de temps relativement longue si bien que, grâce à l'imnulsipn de freinage, il est possible d'obtenir un freinage efficace sur la position extrême. Un autre moyen avantageux et approprié du procédé de commande pour ccntre-carrer tout rebond éventuel de l'armature dans sa position extrême, 10 armature dont le but est d'être placée de façon sûre, résdide en ce que légèrement avant que la position extrême de l'armature soit atteinte, le bobinage de commande qui a été le premier à recevoir une impulsion d'accélération, reçoive une impulsion de décalage. Pour augmenter encore le déplacement rapide de l'armature, les bobinages 15 de commande, conformément à un mode de réalisation avantageux du moteur conforme à la présente invention, ne sont pourvus que de quelques enroulements. Ainsi, 1'auto-inductivité des bobinages de commande est maintenu faible et la constance de temps est maintenue petite, si bien que le champ de commande respectif peut être rapidement engendré ou éliminé. 20 Une autre réalisation appropriée et avantageuse de la ccmmande du moteur réside en ce que les impulsions de commande- peuvent être modifiées, suivant le trajet parcouru par l'armature, en ce oui concerne leur durée ainsi que leur moment d'application. A cptfee fin, il peut être utilisé un système de communication photoélectrique réversible à- partir tfe l'armature. 25 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la.présente inventicn ressortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce texte, oui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 représente une vue en cpupç du moteur linéaire à courant 30 continu conforme à la présente invention. La figure 2 représente les impulsions de commande appliquées ^ aux bobinages de commande du moteur linéaire à courant continu conformément à la présente inventien, ainsi que le trajet de déplacement .de l'armature entre ses positiens extrêmes. - 35 Le moteur linéaire à courant continu selon la figure 1 contient un stator cylindrique 1 qui, pour des raisons de fabrication, est formé par deux parties 1a et 1b. Dans ce bâti, se trouve une armature également cylindrique 2 qui peut se déplacer. Le flux magnétique principal est engendré par un bobinage inducteur constamment excité 3 monté dans le stator 1. Ce-bobinage 40 inducteur 3 peut, bien entendu, être remplacé par un aimant permanent. Le 72 09916 4 2133583 bobinage inducteur 3 est entouré de deux pôles principaux 4a et 4b. A chacun des pôles principaux 4a et 4b, correspond un pôle auxiliaire qui est respectivement représenté en 5a et 5b, et qui a la forme d'un cylindre étroit se prolongeant vers l'extérieur, c'est-à-dire, en direction des bords avants 5 du moteur. Ces pôles auxiliaires 5a et 5b se prolongent, au moyen des disques 6a et Bb, de manière à être parallèles aux plaques suDDort 7a et 7b et, ainsi, forment un flux de déviation magnétique se refermant sur l'armature 2. L'armature 2 peut se déplacer dans le sens de la flèche montrée sur 10 le dessin. A cette fin, elle est montée sur un arbre 8 qui, est supporté par les supports 9a et 9b. Ces suppprts spnt montés dans les plaaues suoport 7a, 7b du moteur. L'armature 2 offre, à ses extrémités, les pôles 10a, 10b, qui peuvent être appelés pôles de commande. Les pôles de commande 10a et 10b de l'armature 10 présentent respectivement les renfoncements 11a 15 et 11b dans lesquels sont maintenus respectivement les bobinages de commande 12a et 12b. De manière à réaliser un moment d'amorçage particulièrement élevé par un effet de bord, ou d'arête, ou par un effect de concentration des champs magnétiques sur les bords, l'association réciproque des pôles princi-20 paux 4a, 4b et des pôles de commande 10a, 10b se fait de la façon suivante. Les renfoncements 11a et 11b des bobinages de commande 12a et 12b sont entourés par les pôles de commande respectifs 10a et 10b. Ces deux pôles de commande ont la même largeur. Pour réaliser cet effet de ebord, les pôles principaux 4a et 4b sont plus longs que les renfoncements 11a et 11b. 25 Le bord A du renfoncement 11a qui est immédiatement adjacent à une position extrême, c'est-à-dire, dans l'exemple de la figure 1, la position extrême gauche a, est placée de manière à faire face au bord C du pôle principal 4a, ledit bord C étant également directement adjacent à cette position extrême a. Placer les bords de manière à ce qu'ils. soient opposés entre 30 eux, revient à ce que les bords A et C soient au même niveau. Ainsi, une concentration de champs magnétiques relativement élevée est formée sur. ces bords au point de jonction du champ magnétique provenant de l'armature 2 et du pôle de commande 10a. De manière à augmenter encore davantage cet effet dans la même position extrême, le bord B opposé au bord A, c'est-35 à-dire le bord du renfoncement 11b qui est également directement adjacent à la position extrême b, et le bord correspondant D du pôle principal 4b qui n'est pas adjacent à la position extrême, ont également le même niveau. Maintenant, si l'armature se déplace sur l'autre position extrême, c'est-à-dire, la position extrême b de la figure 1, les bords correspondants 40 sont opposés entre eux sur le côté droit des pôles principaux 4a et 4b 72 09916 2133583 de la même manière que le sont les bords A-C et les bords B-D. De manière à pouvoir appliquer l'énergie électrique au bobinage princiDal 3 et aux bobinages de commande 12a et 12b, la partie de stator 1b et les plaques support 7a et 7b sont pourvues d'ouvertures. Le bobinage principal 5 3 reçoit un courant continu constant qui engendre un chamD magnétique constant, c'est-à-dire le champ principal 15. Ce champ principal 15 est représenté sur la partie inférieure de la figure 1 et s'étend, par exemple, dans le stator 1, de la droite vers la gauche, c'est-à-dire de la partie b à la partie a, et vice versa, dans l'armature 2, de" la gauche vers la droite, 1D c'est-à-dire de a vers b. Ceci est représenté sur la figure par les flèches. Dans la partie gauche de la figure 1, c'est-à-dire la position extrême a, il est représenté un flux de dispersion 16 qui assure l'effet de maintien de l'armature 2 dans cette position extrême a et également le flux magnétique concentré 15 par les bords A-C. La figure 2 renrésente un diagramme des impulsions de commande qui peuvent être utilisées pour une commande appropriée et efficace du moteur linéaire conforme à la présente invention. La partie supérieure du diagramme représente le mouvement de la position extrême gauche a, vers la position 20 extrême droite, b, La partie médiane montre les impulsions qui correspondent au bobinage droit 12b, c'est-à-dire, le bobinage b sur la figure, et la partie inférieure du diagramme montre les impulsions qui sont appliquées sur le bobinage gauche 12a qui est le bobinage oui amène l'armature 2 de la droite, c'est-à-dire, la ppsition extrême b» vers la.gauche, c'est-, 25 à-dire, la position extrême a. Il est maintenant supposé que l'armature doit être déplacée de la ppsition extrême gauche a, à la position extrême droite b. A cette fin, une impulsion d'accélération 17 est appliquée au bobinage de commande 12b. Il est en outre supposé que le champ principal - engendré par le bpbinage 3 et que ceux des bobinaees de commande 12a et 30 : 12b, sont accordés entre eux quant à leur polarité, si bien aue le bobina.ee de commande droit 12b déplace l'armature 2 vers la droite, et que le bobinage de commande 12a déplacerait l'armature 2 vers la gauche. En conséquence» le déplacement de l'armature, en principe, demanderait simplement l'application des imoulsipns de décalage nécessaires aux deux bobinage de ccmmande 12a 35 et 12b. Cependant, de manière à réaliser une accélération plus grande et une période de décalage plus faible, une impulsion d'accélération est d'abord appliquée, conformément à la présente invention, au bobinage de commande et, ensuite, une impulsion de freinage est appliquée à l'autre bpbinage. Si besoin est, une impulsion de décalage est appliquée au bobinage peu avant 40 l'arrêt final. Ces impulsions de décalage sont déterminées par les earactéris- 72 09916 6 2133583 tiques de rebond de l'armature et par le type de la charge véritable, c'est-à-dire, les propriétés mécaniques. A titre d'exemple, ces impulsions sont déterminées par le fait que la charge véritable nécessite une certaine force mime dans la partie extrême du trajet de déplacement si bien que 5 s'il n'y a pas d'impulsion de décalage, l'impulsion de freinage et la charge véritable peuvent arrêter l'armature avant qu'elle n'atteigne la position extrême. Il est maintenant supposé que, conformément à la figure 2, le moteur linéaire ou son armature 2, doit être amené de la position extrême gauche 10 a, à la position extrême droite b. A cette fin, une impulsion d'accélération 17 est tout d'abord appliquée au bobinage de commande droit 12b. Cette impulsion d'accélération 17 peut se Doursuivre sur environ le tiers du trajet à parcourir. Ensuite, cette impulsion d'accélération est relevée et, simultanément, une impulsion de freinage 18 est appliquée au bobinage de commande 15 gauche 12a. Par suite de cette impulsion de freinage, la vitesse finale est fortement réduite* pratiquement, cette vitesse est presque nulle à l'arrêt b. Finalement, peu avant ou au moment d'atteindre la position extrême / droite b, une impulsion de décalage 19 est appliquée au bobinage de commande 12b qui avait préalablement reçu l'impulsion d'accélération 17. 20 Pour faire passer l'armature 2 de la position extrême droite b, à la position extrême gauche a, le orocédé est inversé et est représenté sur la moitié droite de la figure 2. En conséquence, une itroulsion d'accélération 20 est appliquée au bobinage gauche 12a et ce, à nouveau sur environ le tiers du trajet à parcourir. Ensuite, cette impulsion d'accélération est 25 retirée et une impulsion de freinage 21 est appliquée au bobinage droit 12b qui, à nouveau, s'achemine jusqu'à atteindre environ la position extrême a. Puis, cette impulsion de freinage du bobinage 12b est retirée et une impulsion de décalage 22 est appliquée au bobinage 12a qui avait préalablement reçu l'impulsion d'accélération 20, de manière à amener de façon sûre l'arma-30 ture 2 à la position extrême a. L'armature 2 est maintenue aux positions extrêmes b ou a par le flux de dispersion du champ principal 15 qui est représenté sur la figure 1 en 16. Dans un mo de de réalisation pratique, la durée des impulsions d'accélération peut être d'environ 6 millisecondes, celle des impulsions de freinage 35 d'environ 5 millisecondes, et celle des impulsions de décalage de 3 millise-. condes. Ceci présente une période totale de déplacement d'environ 12-14 millisecondes d'une position extrême à l'autre. L'intensité du courant des impulsions, avec une tension de courant continu de 6Q volts, est d'environ 2,6 ampères. 40 Avec le moteur linéaire à courant continu décrit dans la présente- n 72 09916 7 2133583 invention et le procédé de commande associé, il est possible d'accomplir, d'une manière simple, un déplacement très rapide et puissant de l'armature 2 dans le bâti 1. En conséquence, il peut être accompli des mouvements dont la course est, course rapide et courte. La construction du moteur linéaire 5 à courant continu impliqué n'est pas compliquée et son prix de fabrication est faible. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et reorésenté sur les dessins les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que lrhomme de l'art 10 peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 72 09916 8 2133583 REVENDICATIONS 1.- Moteur linéaire à courant continu devant effectuer des mouvements courts et rapides, équipé d'un stator et d'une armature mobile déplaçable longitu-dinalement, et dans lequel les champs magnétiques de commande sont superposés à un champ magnétique principal constant pour assurer le déplacement de ladite armature, le champ magnétique principal maintenant ladite armature sur ses positions extrêmes stables en l'absence des champs magnétiques de commande, ledit moteur étant caractérisé en ce que: le stator comporte deux pôles principaux auxquels sont associés res-10 pectivement deux pôles auxiliaires, ladite armature comporte à ses deux extrémités des pôles de commande pourvus de renfoncements logeant chacun au bobinage de commande, le bord interne d'un pôle principal se trouve au droit du bord interne du renfoncement correspondant lorsque ladite armature est dans la position ^ extrême située du côté de l'autre pôle principal, le bord externe d'un pôle principal se trouve au droit du bord externe du renfoncement correspondant lorsque ladite armature est dans la position extrême située du côté de ce .pôle principal, la largeur des renfoncements est inférieure à la largeur des pôles 20 principaux. 2.- Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit stator et ladite armature sont cylindriques et en ce que lesdits pôles auxiliaires sont formés par une partie saillante cylindrique étroite du pôle principal prolongée par un anneau en forme de disque monté contre les plaques support du moteur. 3.- Moteur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que: une impulsion d'accélération est d'abord appliquée à l'un des bobinages de commande, une impulsion de freinage étant ensuite appliquée à l'autre bobinage de commande, lorsque l'on veut commander le déplacement de ladite armature d'une position extrême à l'autre. 4.- Moteur selon la-revendication 3 caractérisé en ce que, juste avant que ladite armature n'atteigne sa position extrême, une impulsion de décalage est appliquée audit bobinage de commande auquel on a d'abord appliqué l'impulsion d'accélération. 5.- Moteur selon l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 caractérisé 72 09916 9 2133583 en ce que lesdits pôles principaux ainsi que lesdits pôles de commande ont une structure laminaire. 6.- Moteur selon l'une quelconque des revendications 3, 4 ou 5 caractérisé en ce que les impulsions d'accélération, de freinage ou de décalage appliquées auxdits bobinages de commande sont modifiables quant à leur durée et leur moment d'application, suivant le trajet parcouru par ladite armature.