Brevet FR2130432A1 — publié le 19721103

, 2130432 L'invention concerne les moteurs linéaires. Les moteurs fonctionnant sur le principe d'un haut parleur à bobine mobile, c'est-à-dire utilisant la poussée produite par le passage d'un courant électrique dans une bobine montée dans l'entrefer d'un système 5 magnétique sont bien connus. Ces moteurs sont utilisés par exemple pour le positionnement des têtes magnétiques de lecture et d'écriture sur les disques d'un système d'enregistrement de l'information à disques magnétiques. La construction d'un moteur linéaire utilisé pour un système d'enregistrement sur disquesest représentée et décrite dans le brevet des Etats-10 Unis d'Amérique n° 3 260 870. La configuration de ces moteurs présente quelques inconvénients dus à leur course relativement longue, la nécessité de disposer de la meilleure efficacité possible pour que les temps de fonctionnement soient les plus courts possibles et la commande de la position de la bobine par un servo-système. Ces conditions entraînent l'utilisation de la densité de flux 15 maximum dans l'entrefer, et simultanément> l'obtention d'une répartition du flux qui permet une bonne linéarité de la poussée de la bobine. Selon l'invention, un moteur linéaire comporte un système magnétique fermé formé par une pièce polaire centrale et un carter entourant cette pièce, ainsi qu'un entrefer entre la pièce polaire et le carter^ une armature 20 magnétique à l'intérieur du carter est espacée de la pièce polaire centrale, et constitue un écran entre la pièce polaire centrale et le flux magnétique de dispersion et est maintenue proche ou à la saturation magnétique; et une bobine montée pour se déplacer linéairement à l'intérieur de l'entrefer et dans l'espace compris entre l'armature et la pièce polaire centrale. 25 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressor- tiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence au dessin annexé qui représente une vue en coupe d'un moteur linéaire sous forme schématique. Le système magnétique est constitué d'une pièce polaire centrale 1 30 fixée à l'intérieur d'un aimant en pot cylindrique 2. Un système fermé est formé par une plaque frontale magnétique 3 comportant une ouverture centrale de manière qu'un entrefer soit formé entre la pièce polaire 1 et la plaque 3. Un tube-armature magnétique 5 est monté coaxialement et. espacé de la pièce polaire centrale 1. Une bobine se déplace librement parallèlement 35 à l'axe de la pièce 1 dans l'entrefer 4, et dans l'espace compris entre la pièce polaire et l'armature qui l'entoure 5. L'application d'un courant à la bobine 6 produit un champ magnétique qui agit avec le champ magnétique de l'entrefer pour déplacer la bobine linéairement. 72 09543 2 2130432 La construction du moteur décrit ci-dessus est similaire à celle décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3 260 870, à l'exception de l'armature magnétique 5. Il est bien entendu que le système * magnétique peut Être disposé d'une autre façon. Par exemple, un ou plusieurs 5 aimants en forme d'anneau peuvent être fixés entre les plaques arrière et frontale en un matériau magnétique doux. Selon une alternative, toute la structure peut Être constituée d'un matériau magnétique doux, le champ magnétique nécessaire étant engendré par des bobines enroulées autour d'un ou plusieurs éléments magnétiques du système magnétique. 10 Pour comprendre la fonction de l'armature 5, il est utile de considérer tout d'abord le fonctionnement d'un système sans armature. Comme il a été noté ci-dessus, il est souhaitable d'utiliser la densité de flux la plus grande possible dans l'entrefer. Simultanément, les dimensions de la pièce polaire centrale 1 sont limitées par des considérations mécaniques 15 de la configuration de la bobine 6. Par conséquent, la pièce polaire centrale fonctionne normalement dans une condition pratiquement saturée magnétique. Bien que le système concentre la majeure partie du flux total dans l'entrefer, il est inévitable qu'il se produise une dispersion du flux à l'intérieur du carter, c'est-à-dire entre les parties 2 et 3 et la pièce 20 polaire 1. Ce flux de dispersion sera réparti dans le sens de la longueur de la pièce polaire 1, de manière que la densité maximale de flux dans la pièce polaire 1 se situe à l'extrémité arrière contre la partie 2. Cependant, la pièce polaire est saturée magnétiquement, et par conséquent le flux total dans l'entrfer est approximativement le flux idéal de l'entrefer moins 25 le flux de dispersion. En outre, la variation du flux dans le sens de la longueur de la pièce polaire 1 fait varier la force exercée sur la bobine pour un courant constant circulant dans cette bobine. Le courant circulant dans la bobine est généralement commandé par un servo-système de manière que les têtes 30 magnétiques fixées & un prolongement de la bobine soient positionnées avec précision. Toute non-linéarité dans la relation entre le courant circulant dans la bobine et la force résultante sur celle-ci entraînent une dégradation du rendemént de la boucle'asservie. L'introduction de l'armature 5 en matériau magnétique doux fait 35 retourner le fluide de dispersion dans l'armature au lieu de la pièce polaire centrale, pourvu que le flux de dispersion ne tende pas à produire une densité de flux excédant la densité de flux à saturation de l'armature. En conséquence, 72 09543 3 2130432 l'introduction de 1'armaturepallie très bien les inconvénients de la réduction du flux dans l'entrefer 4 et de la non-uniformité du champ le long de la pièce polaire. Cependant, l'armature peut introduire elle-même un problème si cette configuration n'est pas convenable. Comme dans le cas de la pièce 5 polaire centrale, le flux maximal dans l'armature se produit à l'extrémité éloignée de la plaque frontale. Si l'armature a une coupe magnétique uniforme, l'extrémité de cette armature adjacente à la plaque frontale doit être non saturée, et constitue par conséquent un autre trajet du flux entre la pièce polaire centrale et la plaque frontale. Une proportion importante du 10 flux de l'entrefer peut être déviée vers ce trajet lorsque la bobine est excitée réduisant ainsi le flux effectif de l'entrefer. Cette difficulté peut être surmontée lorsque l'armature est fermée, ou, à La saturation magnétique en tous les points sous l'effet du flux de dispersion. Ceci peut être obtenu par une configuration convenable de l'armature. Une approximation satisfai-15 sante^ donnée ici à titre d'exemple, est constituée de trois sections coniques, indiquées par 7, 8 et 9 sur le dessin. Pour le calcul des dimensions de l'armature, si la plaque frontale 3 est saturée magnétiquement dans la région de l'entrefer, cette armature doit être espacée suffisamment de la plaque frontale pour qu'en tout 20 point de cette plaque frontale la somme du flux passant par l'entrefer et du flux de dispersion dans l'armature n'excède pas la densité de flux à la saturation de la plaque frontale. Si la plaque frontale n'est pas saturée dans la région de l'entrefer, la séparation minimale de l'armature de la plaque frontale 'est déterminée par la valeur maximale acceptable 25 du champ limite dans la région entourant l'entrefer. Lorsque la longueur de l'armature est déterminée, sa forme peut être déterminée par un calcul de la répartition du fluide de dispersion à l'intérieur du carter, pour obtenir une condition de saturation magnétique. Dans la pratique, il est plus avantageux d'estimer la répartition par une simple approximation et d'affiner les 30 résultats par des essais et des expériences. 11 est bien entendu que la condition de séparation de l'armature peut être obtenue complètement., ou en partie en faisant varier les caractéris-ques magnétiques de l'armature dans le sens de sa longueur par exemple en utilisant, deux ou plusieurs matériaux avec des densités de flux à saturation 35 différentes, ou en utilisant un matériau traité, par exemple par la chaleur pour obtenir une densité du flux à saturation non uniforme. 72 09543 4 2130432 Il faut également noter que le moteur linéaire ne se présente pas nécessairement sous la forme d'un aimant en pot comme décrit dans le mode de réalisation mentionné ci-dessus, mais peut par exemple se présenter sous la forme d'un élément en U avec une pièce polaire centrale. Il est courant dans ces structures, de fixer les pièces polaires aux extrémités de bras pour définir des entrefers entre ces pièces polaires et la pièce polaire centrale. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes sans pour autant sortir de son cadre. 72 09543 5 2130432 ? J: .Y .1 -O _ I _Ç _A _T £ _0 _N _S 1. Moteur linéaire comportant une pièce polaire centrale disposée à l'intérieur d'un carter qui l'entoure pour définir un entrefer entre 5 la pièce polaire et le carter, et une bobine se déplaçant le long de la pièce polaire à l'intérieur de l'entrefer, ce moteur étant caractérisé en ce qu'il comporte une armature magnétique à l'intérieur du carter espacée de la pièce polaire, et isolant la pièce polaire centrale du flux magnétique de dispersion tout en étant maintenue proche de ou à la saturation magnétique, 10 et en ce que l'espace compris entre la pièce polaire centrale et l'armature magnétique est suffisamment grand pour permettre le déplacement de la bobine. 2. Moteur linéaire selon la revendication 1. caractérisé en ce que l'armature magnétique est telle que différentes parties de cette armature ont des caractéristiques de saturation magnétique différentes. 15 -3. Moteur linéaire selon la revendication 23 caractérisé en ce que les différentes parties de l'armature magnétique ont des épaisseurs différentes. 3. Moteur linéaire selon la revendication 2, caractérisé en ce que les différentes parties de l'armature magnétique sont construites 20 respectivement en des matériaux ayant des caractéristiques magnétiques différentes. 5. Moteur linéaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le carter comporte des parties parallèles à la pièce polaire et à des plaques en contact avec ces parties, et dirigées 25 vers la pièce polaire pour définir des entrefers entre les plaques et la pièce polaire, et en ce que les dimensions relatives et les dispositions de l'armature et des plaques sont telles que l'armature est espacée suffisamment des plaques pour qu'en tout point de ces plaques, la somme du flux magnétique passant par l'entrefer et du flux de dispersion dans l'arma- 30 ture n'excède pas la densité de flux à saturation des plaques. 6. Moteur linéaire selon la revendication 5, caractérisé en ce que lesdites parties sont formées par une paroi continue d'un aimant en pot ouvert à une extrémité et en ce que les plaques sont formées d'un seul élément annulaire en contact avec la paroi à l'extrémité ouverte, la 35 pièce polaire centrale étant coaxiale avec l'élément en pot et étant placée dans l'ouverture centrale de l'élément annulaire.