Brevet FR2130083A1 — publié le 19721103

La présente invention concerne un moteur perfectionné, à aimant permanent, destiné particulièrement à fonctionner comme moteur pas à pas. Il est conçu de manière à être commandé par des impulsions et à avancer par pas distincts et successifs. Par 5 exemple, un moteur synchrone pas à pas selon l'invention peut être conçu de manière à effectuer 200 pas distincts, d'une valeur angulaire de 1,8° par tour. Cependant, la présente invention peut être mise en oeuvre dans des moteurs effectuant des nombres de pas différents. La présente.invention est un perfection-10 nement aux moteurs décrits dans le brevet des Etats-Unis. d'Amérique N° 3 428 837 et dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique H"0 872 923 du 31 Octobre 196^/par Simon SAKETZKY. Le brevet et la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique précités décrivent un moteur à aimant permanent 15 polarisé, axialement et comportant un circuit de flux préférentiel, un aimant permanent non rotatif et un entrefer axial. Il permet une amélioration du fonctionnement des moteurs pas- à pas. Les matières magnétiques par lesquelles passe le flux ont tendance à être parcourues par des courants induits inté-20 rieurement lorsque le flux varie. Ces courants connus comme courants vagabonds ou courants de Foucault produisent un flux qui fait obstacle à l'accroissement du flux principale et qui dissipe également une puissance utile. Les courants vagabonds augmentent lorsqu'augmente la fréquence de variation du flux. 25 La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique ÎT° 872 923 précitée décrit un procédé permettant une réduction de leurs effets. Un procédé bien connu, destiné à réduire les effets des courants vagabonds, consiste à mettre en oeuvre des feuil-30 lets minces de matière magnétique, qui sont isolés les uns des autres à la fois magnétiquement et électriquement lorsqu'ils sont empilés afin de former l'élément magnétique de la longueur totale voulue. Les feuillets qui sont normaux dans la conception des moteurs augmentent leur rendement, ces moteurs com-35 prenant des entrefers disposés radialement et des circuits de flux tournant autour de l'axe de rotation de l'élément rotatif (rotor) et qui réagissent avec ce dernier. 72 01955 2 2130083 Dana le moteur pas à pas décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique II0 3 428 837 et dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 872 923 précitée, il existe deux champs de flux et deux circuits de flux. Un flux 5 continu et permanent est produit par l'aimant permanent et passe axialement le long de l'aimant , radialement dans le rotor et le stator dentés, axialement le long de la culasse jusqu'au flasque d'extrémité d'où il revient dans l'aimant. Un flux continu et pulsatoire se déplace autour du stator, en phase avec les , exterieure 10 impulsions d'entrée qui sont transmises par une source/d'impulsions. Ce flux tourne autour de l'axe de rotation de l'élément' rotatif (rotor) et réagit avec ce dernier. Il est très important que le flux pulsatoire puisse s'élever à une valeur maximale chaque fois que le 15 moteur reçoit une impulsion et qu'il puisse être commandé complètement par des impulsions rapides. Les flux antagonistes produits par les courants vagabonds ralentissent l'accroissement du flux pulsatoire et l'empêchent d'atteindre sa valeur maximale. 20 le fait que le rotor denté est en une matière ma gnétique feuilletée facilite la solution des problèmes posés par les courants vagabonds, mais n'améliore pas le fonctionnement de l'appareil, car les feuillets provoquent une réduction spectaculaire du flux permanent. 25 Du fait que le moteur pas à pas fonctionne avec le meilleur rendement lorsque les intensités (densités de flux) des flux continus permanent et pulsatoire sont maximales, il est important qu'un procédé permette de maintenir ces deux flux à leurs valeurs maximales. 30 Dans, le cas particulier du rotor à faible inertie décrit dans la demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique IT° 872 923 précitée, le flux permanent passe axialement le long de l'aimant dans l'entrefer qui sépare l'aimant de la face interne du rotor denté et radialement dans le rotor. L'air re-35 présente un circuit de réluctance (résistance) extrêmement élevé au passage du flux et doit être évité autant que possible, la demande de Brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 872 923 précitée, qui concerne un rotor à faible inertie COPY 72 01955 3 2130083 pour un moteur pas à pas, décrit le concept d'un entrefer axial qui réduit le nombre d'entrefers que doit traverser le flux dans un moteur du type décrit dans le présent mémoire. Si le rotor ne comportait que des feuillets magnétiques, le flux permanent 5 devrait traverser de nombreux entrefers (c'est-à-dire les séparations entre les feuillets) dont chacun diminuerait le flux disponible pour le fonctionnement du moteur, plus un entrefer radial et un entrefer axial, les surfaces de séparation entre les feuillets sont des circuits de réluctance élevée constitués par de l'air 10 et/ou une matière extrêmement diélectrique. L'effet nuisible exercé sur le flux permanent par les feuillets qui sont destinés à réduire l'influence-des courants vagabonds et à améliorer le flux pulsatoire peut être supprimé par un support des feuillets du rotor en fer doux, dont la réluctance est fai-15 ble. Ce support constitue un circuit à faible réluctance pour le flux et un répartiteur du flux permanent. Si l'on considère que "l'effet moteur" et les courants vagabonds principaux se manifestent dans les dents du rotor, on peut voir l'importance de la conception d'un tel moteur, tel qu'il est décrit en détail 20 ci-après. La présente invention concerne un rotor denté et feuilleté dans lequel peut passer un flux pulsatoire maximal du fait de la réduction des courants vagabonds. Dans ce rotor, les entrefers et les circuits à réluctance élevée, destinés au flux permanent 25 sont réduits le plus possible de sorte qu'un flux permanent maximal est disponible dans les dents du rotor. La présente invention a pour but la réalisation de ces possibilités. Un exemple de mode de réalisation de la présente invention comprend un rotor de construction particulière et une disposition 30 particulière du stator, du rotor et de la culasse du moteur. Le moteur comprend un aimant permanent cylindrique qui est aimanté axialement. Il ne comprend qu'un seul épanouissement polaire qui constitue le rotor. Il comprend une jupe, dont la longueur axiale est sensiblement la même que la dimension axiale des faces 35 polaires du stator et il porte des dents périphériques. L'aimant cylindrique est monté sur un flasque d'extrémité de la culasse et il ne tourne pas. Le champ de l'aimant permanent passe par un pôle \ COPY ■ 72 01955 4 2130083 du stator, par le rotor, par l'aimant et par une partie de la culasse du moteur. Le corps du rotor, qui est massif, constitue un circuit de faible réluctance et sa partie périphérique est feuilletée. La présente invention concerne également un tel rotor. 5 L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel : la figure 1 est une vue en perspective d'un moteur pas à pas auquel est incorporée la présente invention ; la figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 10 et représente une forme avantageuse du moteur selon l'invention ; la figure 3 est une coupe suivant la ligne 3-3 de la figure 2 ; et la figure 4 est une vue en perspective du rotor. Comme on le voit plus en détail sur les figures 1 et 2, le 15 moteur représenté comprend une culasse 10 de forme cylindrique en une matière magnétiquement perméable. Un bossage 12, orienté vers l'extérieur et un bossage 13, orienté vers l'intérieur, sont réalisés à l'extrémité droite de la culasse. Un alésage 16 de cette extrémité loge un palier, indiqué en 18, qui comprend 20 des chemins de roulement et des billes classiques. Le roulement à billes est maintenu par uné bague élastique 21 disposée dans une gorge annulaire 22 de l'alésage 16. Un arbre 28 tourillonne dans le palier 18 et dans un palier 18' monté à l'autre extrémité du moteur. 25 Un.flasque d'extrémité 31, disposé à l'autre extrémité de la culasse 10, comporte un bord extérieur chanfreiné 32. Le flasque est logé dans un agrandissement fraisé 33 de l'extrémité de la culasse 10. Un second palier à billes 18' comportant des chemins de roulement et des billes classiques est disposé dans un bossage 30 38, orienté vers l'intérieur, du flasque d'extrémité 31. Le palier ou roulement à billes est maintenu en place par' une bague élastique 21', disposée dans une gorge annulaire 22' de l'alésage 16' du flasque 31. La référence numérique 40 indique une entretoise cylindrique, non magnétique, qui est ajustée 35 entre le palier 16' et le rotor. Le stator, qui est indiqué d'une façon générale en 42 sur les figures, est feuilleté. Il comprend un élément cylindrique 72 01955 5 2130083 ajusté à l'intérieur de la culasse 10 et comportant des pôles orientés vers l'intérieur qui peuvent, par exemple, être au nombre de huit, de la façon décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3 428 837 précité. Des faces d'extrémité agrandies 5 des pôles sont disposées avec précision à proximité de la périphérie du rotor. Les faces polaires portent des dents orientées axialement. Dans le moteur représenté, chaque face polaire comporte cinq çients espacées par quatre espaces, de la manière décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 1T° 3 428 837 précité. 10 Les enroulements peuvent être les mêmes que ceux décrits dans ce brevet qui, comme indiqué plus haut, est incorporé à titre de référence au présent mémoire. Dans le mode de réalisation de l'invention qui est illustré, ces enroulements sont représentés en 43 et en 44. 15 Le rotor, indiqué par la référence numérique 54, est monté sur l'arbre 28. Il comporte un alésage 55 qui constitue une jupe 56 conique intérieurement. L'arbre 28 passe par un alésage 62 de l'aimant permanent cylindrique 61. Gomme on le voit, une extrémité de l'aimant 61 est disposée à l'intérieur de l'épanouis-20 sement polaire 54 qui constitue le rotor et son autre extrémité 61 est disposée" dans un fraisage 63 du bossage .13. L'aimant peut être supporté, soit par un flasque, soit par la culasse. L'aimant est polarisé axialement. Le circuit magnétique permanent est semblable à celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 25 N0 3 428 837 précité. Il existe un entrefer axial entre l'extrémité de l'aimant 61 et le rotor 54. La longueur axiale du rotor 54 et de sa jupe est sensiblement la même que la longueur axiale des faces polaires du stator. est L'aimant 61/décalé axialement par rapport aux pôles du stator. 30 Le rotor 54 tourne à l'intérieur de ceux-ci. Le bossage 13 fait partie de la culasse magnétique du moteur. Le moteur ne comporte qu'un seul épanouissement polaire. Le corps du rotor 54 est en une matière massive de faible réluctance qui constitue un circuit de faible réluctance. La partie périphérique et circonférentielle 35 64 du rotor est en une matière appropriée feuilletée. Les feuillets sont des anneaux fixés au corps. L'épanouissement polaire, c'est-à-dire le rotor 54 comporte 72 01955 6 2130083 des dents périphériques qui sont semblables aux dents des faces des pôles du stator. Yoir figures 5 et 4. Le rotor comprend cinquante dents espacées régulièrement sur sa périphérie extérieure. La disposition des pôles du stator et le nombre des dents 5 peuvent être les mêmes que dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 428 837 précité. Le champ produit par les enroulements comporte, bien entendu, un élément radial passant par les pôles. Ce champ est produit par des impulsions dont la fréquence détermine la vitesse de 10 rotation. Le fonctionnement du moteur doit être compris d'après les explications qui ont accompagné sa description. Les effets nuisibles que les courants vagabonds ont sur son flux pulsatoire sont évités sans réduction de son flux permanent. 15 On voit que l'influence nuisible des courants vagabonds est considérablement réduite et que les possibilités du moteur à être commandé par des impulsions rapides et précises sont accrues. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre 20 de l'invention. 72 01955 7 2130083 REVENDICATIONS 1. Ensemble de rotor et de stator, caractérisé en ce qu'il comprend un noyau feuilleté comportant des pôles contenant des enroulements, le rotor étant porté par un arbre, l'ensemble com- 5 portant un aimant permanent cylindrique et un élément du rotor étant disposé de façon à tourner à proximité des surfaces des pôles du stator et à proximité de l'aimant permanent, le rotor étant, au moins en partie, constitué de feuillets de matière disposés de façon à réduire les effets nuisibles que les courants vagabonds 10 induits dans le rotor ont sur.les champs des enroulements. 2. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor comporte une partie périphérique feuilletée et un corps en une matière qui constitue un circuit de faible réluctance. 3. Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce 15 que les feuillets de forme annulaire sont fixés autour du corps cylindrique. . 4. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant est aimanté axialement et disposé de manière à faire passer un champ permanent par lui-même, par le rotor et par une 20 partie d'une culasse. 5. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'une jupe du rotor est disposée concentriquement entre les faces des pôles du stator et l'aimant permanent, de manière à ménager un entrefer axial entre une extrémité de'l'aimant et 25 le rotor. 6. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'aimant permanent est décalé axialement par rapport aux pôles du stator et supporté par un élément de la culasse. 7. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce 30 que les dents périphériques du rotor tournent à proximité des dents réalisées sur les faces des pôles. 8. Ensemble suivant la revendication 6, caractérisé en ce que l'aimant permanent est monté en porte-à-faux sur la culasse.