Brevet FR2198299A1 — publié le 19740329

La présente invention est relative un moteur électrique, capable de permettre le positionnement (moteur pas à pas) ou le doplacement sans positionnement d'un mobile, non seulement dans une direction, mais suivant toutes les directions de deux parois dont les faces en regard sont des surfaces conjuguées. Un moteur de surface suivant ltinvention comprend une partie mécanique fixe ou stator une partie mobile ou translator placce en regard du stator, des bobinages conducteurs équipant au moins l'un des deux éléments précités (stator ou translator) et un montage électronique recevant des impulsions qu1il transforme en courants énergétiques pour commander la partie électromagnétique ou la partie électrique du moteur, et il est caractérisé en ce qutau moins une des faces en regard de ltentrefer comporte une série de reliefs ou bossages en matière électromagnétique, chacun des bobinages équipant l'un des reliefs d'au moins une face, tandis que des moyens de guidage permettent au translator de se déplacer suivant au moins deux directions différentes par rapport au stator0 Suivant une autre caractéristique de l'invention, le stator et le translator possedent des faces en regard dont la forme générale est plane et ont un mouvement relatif pas à pas permet tant le positionnement. Plusieurs variantes sont possibles : lère variante';. chacune des faces en regard de entrefer comporte une série de reliefs en matière électromagnétique, les modules étant différents dans la série dtune face et dans celle de ltautre, dans chacune des directions principales du deplacement', La diffOrence des deux modules définit le pas ou incrément du mo- teur. Les reliefs sont repartis sur toute la surface dune part du stator et d'autre part du translator. Suivant une variante possible, une seule des faces est équipée de bobinages, tandis que, suivant une autre variante les deux faces, c1 est-à-dire les deux séries de relief sont équipés de bobinages. Les bobinages qui équipent les reliefs d'au moins une des surfaces de l'entrefer du moteur sont commandés et en particulier commutes à partir du dispositif electronique. Le montage est prévu afin que les'bobines soient commutes une par une pour provoquer le déplacement pas à pas du translator. Suivant une autre variante, on alimente deux bobines adjacentes pour diviser par deux le pas de fonctionnement du moteur. 2ème variante. Une des deux tarties, transiator, est lisse alors que l'autre, stator, prdsente des reliefs magnétiques comportant des bobinages commutables ou non. Solidaire du translator est dispos sé un reseau de fils conducteurs, isolés entre eux, susceptible d'etre alimente' et commuta à partir du dispositif électronique. Le translator subit une force de translation ou force de Laplace provoquée par ltaction du champ magnétique sur les courants qui traversent ces conducteurs. Suivant une autre caractéristique de lsinvention, le stator et le translator possèdent des faces en regard dont la forme générale est plane et ont un mouvement relatif continu ne permettant pas le positionnement. 3ème variante0 Le stator et le translator présentent des encoches suivant deui directions dans lesquelles viennent se loger des bobinages alimentés en courant triphasé équilibré afin de créer dans l1entrefer un champ glissant qui engendre en particulier des forces dont la résultante est réglée par la fréquence d'amor- çage d'un dispositif électronique auquel les bobines du stator ou du translator sont couplées. 4ème variante0 Le stator est constitué par deux plans en regard, dont au moins l'un est équipé d'un réseau d'encoches comportant des bobinages, tandis que le translator est constitué par une simple plaque conductrice dont la surface est une, par exemple une tôle, prévue pour pouvoir se déplacer dans l'entrefer formé par les deux faces du stator. Suivant une autre caractéristique de l?invention, les faces en regard sont maintenues à un écartement constant grecs a' des moyens de guidage qui autorisent leur déplacement ou leur posi tionnement relatifs suivant toutes les directions du plan tangent à l'endroit ou agit le champ magnétique, tandis que, sur au moins une des surfaces conjuguées en regard on forme une surface continue pour le guidage, par exemple par une coulée de résine isolante et dure, entre les bossages. Suivant une variante, le guidage est assuré par le roulement, sur la surface continue, de billes montées sur la surface en regard.Suivant une autre variante, ce guidage est réalisé par l'intermédiaire d'un film fluide, film d'huile ou coussin d'air, ou de produit lubrifiant sur lequel les surfaces viennent en appui. Suivant une autre version de l'invention, les surfaces con jugules et en regard du stator et du translator ont une forme générale cylindrique. Suivant une autre version leur forme géné- rale est sphérique. Un tel moteur de surface permet un mouvement dans plusieurs directions. I1 est utilisable notamment sur des machines-outils à commande numérique : le stator est constitué par le socle de la machine et le translator devient le chariot qui porte la pièce à usiner. Le moteur est également adaptable à tous les systèmes utilisés pour le déplacement et la mise en place de matériaux conducteurs (plieuse, ponçonneuse, oisaille...), de tôles, pour l'aiguillage de ces menines matériaux (par exemple vers une presse à grande vitesse). I1 est aussi utilisable sur des systèmes de ré- gulation de vitesse. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est un schéma illustrant le fonctionnement sous l'effet d'une force d'attraction magnétique. Fig. 2 est un schéma montrant les forces d'action de champ sur un courant. Fig. ) est un schéma montrant les forces engendrées par un champ glissant. Fig. 4 4 est une perpective éclatée d'un stator et d'un translator plans suivant une variante de l'invention. Fig. 5 à 8 illustrent le fonctionnement d'une version du moteur selon l'invention. Fig. 9 montre l'une des surfaces d'un moteur cylindrique. Fig. 10 montre l'une des- surfaces de l'entrefer d'un moteur sphérique. Fig. 11 est une coupe d'un stator plan formant une surface continue de guidage. Fig. 12 représente un moteur plan sur lequel les bossages du translator sont bobinés, aussi bien que ceux du stator. Fig. 13 représente un moteur plan dont le translator est une plaque unie placée entre les deux parois d'un stator. Fig. 14 à 16 illustrent le fonctionnement d'une-autre version du moteur selon l'invention. Fig. 17 et 18 montrent le principe pour diviser le pas de fonctionnement. La figure 1 représente deux masses magnétiques 1 et 2, pla- cées face à face mais légèrement décalées d'une quantite 3. On suppose que 1 et 2 sont mobiles l'une par rapport à 11 autre suivant la direction OY, alors que des moyens conservent à ltentrefer 4 une valeur constante. Si l'on place des fils formant un bobinage électrique autour de la masse 2 supposée fixe, le courant traversant ces conducteurs fait natte entre les pièces 1 et 2 un champ magnétique dont les lignes de force 5 suivent, dans l'entrefer, un chemin minimum (loi de la réluctance minima). Le champ crée donc une force dattraction tangente à ces lignes de force magnétique 5, donc oblique par. rapport aux axes OX et OY. Sa composante suivant OX n'a pas d'effet (l'entrefer 4 est maintenu constant). Sa composante suivant OY tend à déplacer la masse 1 pour lSamener en face de la masse fixe 2. Si l'on place maintenant des conducteurs dans ltentrefer 4 formé par un pôle magnétique 2 et une culasse magnétique 1 (fig. 2), ces conducteurs solidaires entre eux, étant ou non solidaires de la culasse magnétique 1. Les conducteurs 6 et 7 étant alimentés par des courants de sens contraires, on voit que les conducteurs 6 sont soumis à une force 8 orientée suivant OT. alors que les conducteurs 7 sont soumis à une force 9 de même direction mais de sens opposé à 8. Par ailleurs la force 8 est supérieure à la force 9. La masse mobile est soumise à un effet resultant qui tend à la déplacer de telle sorte qu'il y ait dans le champ magnétique créé par elle, autant de conducteurs 6 que de conducteurs 7 pour autant que ceux-ci soient parcourus par des courants de même intensité, mais de sens contraire. Si l'on suppose que la masse fixe est alimentée en courant électrique triphasé par l'intermédiaire d'au moins trois bobinages 10, 11, 12 (fig. 3), il naît, entre les masses magnétiques 1 et 2 un champ glissant. Sous l'action de ce champ glissant une pièce conductrice électriquement 13 est soumise à des forces de translation 14 ou 15, cependant qu'elle est le aie ge de courants induits. Par ailleurs, les forces de translation qui règnent dans l'entrefer 4 possèdent une valeur variable avc le système d'alimentation des bobines 10, 11 et 12, alors que la résultante de ces forces détermine, en particulier, la vitesse de "glisse- ment" de la pièce 13. La présente invention utilise le champ magnétique crée entre deux séries de masses électromagnétiques, et met en oeuvre les forces qui prennent naissance dans ltentreSere Ces masses sont matérialisées par des bossages 20, 21, 22, 23, etc.. d'un stator 24 et par des bossages 25, 26, 27, 28, etc... d'un translator 29 qui est libre de se déplacer dans toutes les directions par rapport à 24, à condition que la grandeur 4 de ltentrefer reste constante. Les bossages du stator 24 sont répartis régu- lièrement sur toute la surface pour former un réseau dont le module 30 est différent du module 31 suivant lequel sont répartis les reliefs magnétiques du translator.Les surfaces en regard de l'entrefer sont des surfaces qui peuvent se déplacer l'une par rapport à autre suivant au mmins deux directions sans que la valeur de l'entrefer ne soit modifie (surfaces conjuguées). Elles peuvent donc être toutes les deux planes (fig. 4), ou toutes les deux de forme générale cylindrique (fig. 9) ou toutes les deux de forme sphérique (fig. 10). Le pas du moteur est défini par la différence # = (30-31) des modules, Les reliefs 20, etc.. 23, du stator 24 sont equipés de bo- binages 32, 33, 34, 35 alimentés électriquement par un montage électronique, non représenté, et utilisé essentiellement panr la commutation indépendante de ces bobinages (fig. 5)-. Les reliefs 25 etc.. 28 du translator peuvent être aussi équipée de conducteurs 36 37, 38, 39 pour combiner les effets d'attraction magnétique (fig. 12). Le stator est constitué de deux surfaces en regard 40 et 41 dont l'une porte les bossages et les bobinages, l'autre formant culasse. Ces deux surfaces déterminent l'entrefer 4 dans lequel se déplace le translator 62 conducteur mais qui ne porte pas de reliefs magnétiques (fig. 13). Le déplacement de 42 est dû aux forces engendrées par un champ glissant. BieX entendu, tous les reliefs sont disposés suivant au moins deux directions principales de façon à recouvrir toutes les surfaces en regard du stator et du translator (fig. 1 à 12). Par ailleurs, pour assurer le guidage du translator et pour maintenir constante la valeur de ltentrefer, on noie au moins une des surfaces de l'entrefer en coulant entre les reliefs une résine isolante et dure qui enveloppe les bobinages et forme, aprbs durcissement, une surface continue pour le roulement ou l'appui des moyens de guidage du translator (fig. 11). Le fonctionnement suivant une caractéristique de l'invention est le suivant On alimente le bobinie 32. Les bossages 20 et 25 viennent en coïncidence (fig. 5). Ensuite, on cesse d'alimenter 32 et on alimente 33. Le translator 29 se déplace d'un pas suivant la flèche 45 pour amener face à race les bosses 21 et 26. Ce déplace cement est provoqué par une composante de l'attraction magnétique, composante parallèle aux surfaces de l'entrefer (fig. 6). Cn répète l'opération en alimentant le bobinage suivant alors qu'on coupe le- courant dans 33. Alors, et suivant le même dépla- cernent, le bossage 27 du translator vient en face du bossage 22 du stator (fig. 7) et en répétant la commutntion (fig. 8) on peut déplacer pas à pas le translator 29 par rapport au stator24 Quand on utilise la commutation des bobinages dans le sens transversal, c'est-à-dire quand og alimente toul:: à tour les bossages 46, 47, 48... et si on combine les déplacements longi- tudinaux (suivant la double flèche 44) et transversal (suivant la double flèche 43) on obtient pour le translator un mouvement pas à pas orienté obliquement suivant toutes les directions possibles contenues dans le plan tangent aux surfaces, au point où agit le champ magnétique (fig. 4). On a aussi la possibilité, suivant la version et le montage électronique de commuter simultanément une ou plusieurs bobines adjacentes du stator selon que l'on veut obtenir le pas initial ou que l'on désire diviser par deux ou plus le pas de fonctionnement du moteur (fig. 18). Sur la fig. 18, N est le nombré de bobines commutés simultanément et le pas. Le fonctionnement suivant une autre caractéristique de l'invention est le suivant On alimente avec une intensité d'un certain sens les conducteurs 49 à 50, alors que les conducteurs 51 à 52 (fig. 14) sont alimentés par la même intensité mais de sens contraire. Le conducteur 48 n'étant pas alimenté, la position d'équilibre est celle indiquée. Ensuite, alimentons le conducteur 48 de la m8me façon que les conducteurs 51 à-52 (fig. 15). Sous l'ac- tion des forces de Laplace, le translator 1 va se déplacer d'un pas qui est égal à la valeur 47 divisée par 2, Le conducteur 34 doit etre alors alimente de la meme manière que les conducteurs 49 à 50. Coupons maintenant l'alimentation du conducteur 50 (fig. 16) et du conducteur 52, sorti de l'influence du champ magnétique. Le translator 1 va se déplacer dans le sens de la flèche 46 d'une valeur 47/2 ou #/2. En répétant cette commutation, on peut déplacer pas à pas le translator par rapport au stator. Ce déplacement longitudinal, peut s'opérer dans le sens transversal à l'aide de conducteurs 56 disposés longitudinale ment (fig. 16). On a formé ainsi un réseau de conducteurs 53 et 56 isolés entre eux et qui se déplace pas à pas suivant toutes les directions possibles contenues dans le plan tangeant ou surface, au point où agit le champ magnétique, Il faut noter que dans ce cas, on produit une translation dont le pas de base est /2. Ce pas peut être divisé par une valeur ne dépendant que de l'évolution de 11 intensité de courant dans un des conducteurs placé sous l'influence du champ magnéti- que. Par exemple, si l'intensité suit une loi à échelon", c'està-dire varie, dans le temps, de IN à In par paliers constants et si In = O alors qu'il existe p paliers, le pas initial égal à /2 est alors divisé par p et le déplacement du translator est s #/2p (fig. 17)r Les principales appUcations industrielles d'un tel moteur de surface sont - utilisation sur des commandes mumériques, en particulier pour les machines-outils et tables à dessiner - convoyage, aiguillage, mise en place de tôles à poinçonner, plier ou cisailler. Un moteur selon l'invention peut être employé seul ou en combinaison avec d'autres moteurs de surface. RIVEXDICATIONS 1- Moteur électrique de surface comprenant une partie mécanique fixe ou stator, une partie mobile ou translator placée en regard du stator, des bobinages équipant au moins l1un des deus éléments précités (stator ou translator) et un montage lectronique recevant des impulsions électriques qu'il transforme en courants énergétiques pour commander des parties électroma- gnétiques du moteur, caractérisé en ce qu'au moins une des sur faces conjuguées, en regard, mobiles lune par rapport à l'autre, et définissant ltentrefer comporte une série de bossages ou reliefs en matière électromagnétique, chaque relief d'au moins une de ces surfaces, étant équipé d*un bobinage susceptible 'être alimenté électriquement à partir du montage électronique, les reliefs d'une face étant répartis régulièrment pour former un réseau ou série à deux dimensions suivant un module donné, tandis que des moyens de guidage permettent au translator de se déplacer par rapport au stator suivant au moins deux directions différentes. 2- Moteur pas à pas suivant la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des faces en regard de l'entrefer comporte une série de reliefs électromagnétiques, les modules étant différents dans la série d'une face et dans celle de l'autre, cette différence représentant le pas ou incrément du moteur, alors que l'une des faces est solidaire du stator, l'autre face étant solidaire du translator. 3- Moteur pas à pas suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que seuls les bossages d'une face du stator sont bobinés, alors que ceux du translater sont constitués par de simples masses magnétiques. 4 moteur pas à pas suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les bossages sont bobinés à la fois sur le stator et sur le translater. 5 Moteur pas à pas suivant ltune quelconque des revendications l à LS, caractérisé en ce qu'on commute une à une les bobines du stator ou du translator pour provoquer le déplacement as à pas du translator. 6 Moteur pas .. pas suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caracteris- en ce quton commute deux par deux les bobines, c'est-à-dire que, chaque fois, on alimente deux bobines adjacentes pour diviser par deux le pas de fonctionnement 7- Moteur pas 2 pas suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le champ magnétique crée par un des bobinages agit sur un réseau de conducteurs placés dans l'entrefer et parcourus par des courants de sens contraire de telle façon que les forces de Laplace appliquées à ces conducteurs fassent déplacer ceux-ci de manière pas à pas lorsqu'on commute ces conducteur à partir d'un dispositif électronique. 8- Moteur pas à pas suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les conducteurs du translator sont alimentés en courant électrique selon une loi réglable, en fonction du temps pour obtenir une division déterminée du pas initial. 9 Moteur suivant la revendication 1, caractérisé en be que trois bobines adjacentes sont alimentées en courant triphasé pour créer dans l'entrefer un champ glissant, ce procédé étant réalisable selon au moins deux directions simultanément, si bien qu'on obtient une force résultante, réglable en intensité et en orientation par le montage électronique, cette force étant atilisée en particulier pour la manipulation de tôles magnétiques, 101 Moteur suivant l*une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator et le translater sont de forme générale plane, les reliefs électromagnétiques formant alors des réseaux glans;; 11- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les surfaces du stator et du translator présentent une forme générale cylindrique. 12- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les surfaces du stator et du translator présentent une forme générale sphérique. 13- Moteur suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, caractérisé en ce que les moyens de guidage sont des billiez solidaires de l'un des éléments et roulant sur la surface de l'autre élément, le montage et le diamètre de ces billes déterminant la valeur de entrefer. 14- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les moyens de guidage sont constitués par un film fluide sur lequel le stator et le translator sont en appui, ce film autorisant le déplacement du translator. 15- Moteur suivant l'une quelconque des revendications 13 et 14, caractérisé en ce que les bossages magnétiques des surfaces en regard sont noyés dans une résine isolante et dure pour former au moins une surface continue pour le roulement des billes ou pour l'appui du film fluide. 16 moteur suivant lune quelconque des revendications précédentes, caractéris- en ce qu'il autorise un mouvement dans plusieurs directions, si bien qu'on l'utilise sur des machinesoutils à commande numerique, ce qui permet de supprimer les gltssières, vis sans fin et chariots de la machine.