Brevet FR2209246A1 — publié le 19740628

La présente invention se rapporte à un micromoteur électrique à rotation pas à pas présentant de très faibles dimensions, par exemple de l'ordre de quelques millimètres, particulièrement, destiné à assurer llentratnement du mouvement d'un garde-temps, et notamment d'une montre bracelet. La réalisation d'un moteur électrique présentant de telles dimensions et la fiabilité de fonctionnement requise pour l'application considérée pose de difficiles problèmes technologiques, qui ngLpeuvent être résolus qu'en lui conférant la structure la plus simple possible ; à cet effet, il convient notamment que le moteur ne comporte ni contact mobile ni organe de commutation. En conséquence, un tel moteur est avantageusement constitué d'un rotor à aimantation permanente et d'un stator comprenant un circuit magnétique fermé par ledit rotor et un bobinage alimenté par des impulsions de polarités alternées. Pour ces mêmes raisons, il convient par ailleurs que la structure de ce moteur soit aussi symétrique que possible, afin d'assurer l'annulation mutuelle de toutes les forces parasites ne contribuant pas à la création du couple et de permettre le parfait équilibrage statique et dyonmique du moteur, de manière que ses pièces constitutives de très faibles dimensions et par suite fragiles soient soulagées de toutes contraintes nuisibles et superflues. Enfin, toujours pour ces mimes raisons, il importeque les matériaux constituant les différentes pièces constitutives du moteur ainsi que la conformation et la disposition relatives de ces mêmes pièces soient judicieusement choisies pour conférer audit moteur la plus grande puissance et le meilleur rendement compatibles avec son encombrement. L'invention a donc pour objet la réalisation d'un micro moteur électrique du type considéré, satisfaisant à l'ensemble des critères susmentionnés et susceptible autre fabriqué à faible coût par aes techniques simples à mettre en oeuvre en dépit de Ses très faibles dimensions. A cet effet, le micromoteur conforme à llinvention est du type comprenant un rotor plan portant des aimants permanents enfermé dans un stator pourvu d'undrcuit magnétique portant un bobinage alimenté par les impulsions de polarités alternées. Conformément à l'invention, ce micromoteur est essentiellement caractérisé en ce que son rotor comprend un disque de support en matériau amagnétique porté par un axe central normal à son plan et pourvu à sa périphérie de 2p encoches radiales profondes distribuées en symétrie circulaire dont chacune est comblée par un insert plat sensiblement de même épaisseur que ledit support, lesdits inserts étant faits d'un, matériau magnétique dur et aimantés parallèlement à l'axe en sens alternativement oppose et en ce que son stator comprend un bottier cylindrique plat en matériau amagnétique dont la face interne de chaque paroi d'extrémité est recouverte d'un disque annulaire plan en matériau magnétique doux portant desbobznes plates réparties en symétrie circulaire, lesdites bobines étant disposées en regard de part et d'autre du rotor et mutuellement couplées pour engendrer 2p champs magnétiques axiaux de sens alternativement opposés. te disque de support du rotor, et éventuellement le bottier cylindrique duskXcr, est avantageusement fait d'un alliage léger, d'une résine synthétique ou de tout autre matériau amagnétique de faible densité, tandis que les inserts du rotor sont de préférence constitués d'un matériau magnétique aniso tpe :oriené axialement à induction risanente et champ coePciti! enlevés, tel qu'un complexe cobalt-terres rares et notamment cobalt-samarius. Par ailleurs, le ticronoteur comporte avantageusement des moyens statiquesd'indexation agissant par effet de moindre réluctance pour maintenir le rotor au repos dans lsune quelconque de 2p positions angulaires déterminées régulièrement espacées. D'autres caractéristiques et avantages du micromoteur conforte à l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de deux exemples de réalisation non limitatifs illustrés par le dessin annexé, sur lequel - les figures 1 et 2 représentent respectivement en coupe axiale et en coupe radiale un premier micromoteur conforme à l'invention ; et - les figures 3 et 4 sont des vues respectivement semblables aux figures 1 et 2 illustrant une variante de réalisation du micromoteur conforme à l'invention. te micromoteur.schématiquement représenté sur les figures 1 et 2 comprend essentiellement un rotor 10 et un stator 20. te rotor 10 est simplement constitué d'un disque de support 11 plan et de faible épaisseur relative, fait d'un alliage léger amagnétique et de faible densité ; ce support comporte un moyeu central 12 serti sur un axe 13 normal au plan du disque et dont les extrémités conformées en pointe tourillonnent dans des crapaudines respectives 14 portées par le stator 20. Cet axe 13 porte un pignon 15, avantageusement fait de résine synthétique moulée, qui engrène avec une roue 16 dont l'axe terminé en pointe tourillonne dans une crapaudine 17 également portée par le stator 20. La périphérie extérieure du disque de support Il du rotor 10 comporte huit encoches radiales profondes distribuées en symétrie circulaire, dont chacune est comblée par un insert 18 de forme trapézoidale isocèle à grande base curviligne et d'épaisseur sensiblement égale à celle du disque.Ces inserts 18, solidarisés du disque 11 par surmoulage, collage, sertissage ou soudure, sont faits d'un matériau magnétique dur, tel qu'un complexe cobalt-terresrareset notamment cobalt-samarium, poSsédant une structure anisotrope d'axe préférentiel normal au plan du disque 11, comme l'indiquent symboliquement les hachures de la figure 1, et sont aimantés suivant cette direction en sens alternativement opposé comme l'indiquent les symboles portés sur les inserts non référencés sur la figure 2. tes aimants permanents ainsi obtenus présentent donc non seulement un très fort champ coercitif, nécessaire en raison de leur forme pour éviter leur démagnétisation, mais encore une induction rémanEnte très élevée permettant d'obtenir une énergie potentielle magnétique importante dans les-entre-fers avoisinants Le stator 20 est essentiellement constitué d'un bottier cylindrique plat formé de deux pièces annulaires en forme de pot 21, 22 faites de résine synthétique ou autre matériau amagnétique, disposées de part et d'autre du rotor 10 et dont les périphéries sont mutuellement emboîtées sensiblement dans le plan dudit rotor.La pièce annulaire 22 comporte d'une part un bras radial 27 comportant dans l'axe du moteur une cavité pour le logement de la crapaudine 14, et d'autre part une cavité latérale pratiquée dans sa paroi de fond pour le logement de la crapaudine 17. Sur la face interne plane-de chacune des pièces annulaires 21, 22 est disposé un disque annulaire 24, 25 en matériau magnétique doux dont chacun porte soit quatre, soit huit bobines plates 26, 27 distribuées en symétrie circulaire sur chacun desdits anneaux et en corresponidance de part et d'autre du rotor 10.Ces bobines sont électriquement reliées, par exemple ensérie, de manière à engendrer 2p champs magnétiques axiaux de sens alternativement oppostDe la sorte, lorsque lesdites bobines sont alimentées par des impulsions électriques de polarités alternées, l'interaction deschampsmagnétiques qu'elles engendrent avec ceux créés par les aimants permanents du rotor assure la progression pas à- pas de ce dernier, à une vitesse fonction de la fréquence de récurrence desdites impulsions et dn nombre des pôles du moteur; d'une manière avantageuse, le rapportde réduction entre le pignon 15 et la roue 16 est choisi en fonction de cette vitesse de rotation du rotor de façon que la roue 16 effectue un tour par minute. Austator 20 ainsi constitué, sont adjoints des moyens a'indexation agissant par effet de moindre réluctance pour maintenir le rotor au repos dans Itune quelconque de huit positions angulairement équidistantes. Ces moyens sont simplement constitués par une rondelle 28 en matériau magnétique doux insérée entre les périphéries emboîtées des pièces annulaires 21, 22 et dont la périphérie intérieure comporte huit échancrures 29 équidistantes, de manière à délimiter autant de saillies se présentant en regard et dans le plan du rotor 10. Ces dispositions ont évidemment pour effet de garantir la régularité de marche du moteur, dont le rotor ne peut progresser que d'un pas pour chaque impulsion électrique reçue par le stator. Enfin, le micromoteur décrit et illustré comporte diverses dispositions accessoires propres à améliorer son rendement énergétique. Ainsi, la périphérie extérieure du disque support il du rotor 10 comporte une profonde échancrure radiale 19 entre chaque couple d'aimants adjacents 18, ce qui réduit notablement la masse et donc lsinertie en rotation dudit rotor. La périphérie de ce dernier et celle de la rondelle 28 sont avantageusement rectifiées, de manière à réduire l'entre-fer entre les aimants 18 et les saillies de ladite rondelle, en vue d'assurer un fort couple d'immobilisa- tion du rotor.Par ailleurs, comme il apparat sur la figure 2, la longueur radiale des aimants 18 est "environ double de leur largeur moyenne et comprise entre les deux tiers et les trois quarts de l'étendue radiale des bobines 26, 27, de manière à assurer une localisation angulaire précise des champs magnétiques engendrés respectivement par lesdits aimants et lesdites bobines, et par suite une interaction efficace de ces champs. La structure du micromoteur illustrée par les figures 3 et 4 est pour l'essentiel semblable à celle du micrompteur des figures 1 et 2, et en conséquence, les éléments communs ces à ces structures ne seront pas à nouveau décrits. Dans lavariante de réalisation du micromoteur conforme à l'invention illustrée par les figures 3 et 4, le rotor 10' est fait de résine synthétique, et non plus d'alliage léger, et est dépourvu d'échancrure périphérique entre les aimants. Par ailleurs, les moyens d'indexation incorporés austator 20' sont constitués non plus par une rondelle séparée, mais simplement par les disques 24' 25' portant les bobines, dont la périphérie extérieure comporte huit échancrures 298distribuées en symétrie circulaire, pour délimiter autant de saillies correspondant à des zones de moindre réluctance. On remarquera que ce mode de réalisation des moyens d'indexation du rotor ne permet pas, à la différence de ceux précédemment décrits, de fixer à volonté ou de modifier les positions d'arrêt du rotor par rapport aux bobines du stator. Bien entendu, de nombreuses autres modifications de détail pourraient être apportées à la structure du micromoteur conforme à l'invention. C'est dire que cette dernière n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, mais au contraire comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considérés séparément ou en combinaisons et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. R E V B N D I C A T I O N S 1.- Micromoteur électrique à rotation pas à pas de très faibles dimensions, notamment pour l'entraînement d'un mouvement de garde-temps tel qu'une montre bracelet, du type comprenant un rotor plan portant des aimants permanents enfermé dans un stator pourvu d'un circuit magnétique portant un bobinage alimenté dans des impulsions de polarités alternées, caractérisé en ce que son rotor comprend un disque de support en matériau amagnétique porté par utile central normal à sqn plan et pourvu à sa périphérie de 2p encoches radiales profondes distribuées en symétrie circulaire, dont chacune est comblée par un insert plat et sensiblement de même épaisseur que ledit support, lesdits inserts étant faits d'un matériau magnétique dur et aimantés parallèlement à l'axe en sens alternativement oppose et en ce que son stator comprend un bottier cylindrique plat en matériau amagnétique, dont la face interne de chaque paroi d'extrémité est recouverte d'un disque annulaire plan en matériau magnétique doux portant des bobines plates réparties en symétrie circulaire, lesdites bobines étant disposées en regard de part et d'autre du rotor et mutuellement couplées pour engendrer 2champs magnétiques axiaux de sens alternativement opposés. 2. Micromoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support du rotor et éventuellement le bottier du stator est fait d'un alliage léger, d'une résine synthétique ou de tout autre matériau amagnétique de faible densité. 3.- Nicromoteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les inserts du rotor sont faits d'un matériau magnétique anisotrope orienté axialement à induction rémanente et champ coercitif élevés, tel qu'un complexe cobalt-t erres rareset notamment cobalt-samarium. 4.- Micromoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les inserts du rotor ont la forme d'un trapèze isocèle à grande base par exemple circulaire et de rayon égal à celui du disque de support. 5.- Micromoteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur moyenne des inserts du rotor est environ moitié moindre que leur longueur radiale. 6.- Mïcromoteur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la longueur radiale des bobines du stator est d'au moins un tiers supérieure à celle des inserts du rotor. 7.- Micromoteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la périphérie du support du rotor est largement échancrée entre les inserts adjacents. 8.- Micromoteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qusil comporte des moyens statiques d'indexation agissant par effet de moindre réluctance pour maintenir le rotor au repos dans l'une quelconque de 2p positions angulaires déterminées régulièrement espacées. 9.- Micromoteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que l1un au moins des disques annulaires du stator comporte à sa périphérie extérieure 2p échancrures distribuées en symétrie circulaire pour d éliminer autant de I saillies constituant les moyens d'indexation précités. 10.- Micromoteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'un anneau plat en matériau magnétique doux incorporé au stator dans le plan et autour du rotor comporte à sa périphérie intérieure 2p échancrures distribuées en symétrie circulaire pour délimiter autant de saillies constituant les moyens d'indexation précités. t1.- Micromoteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la position angulaire relative de l'anneau d'indexation par rapport aux bobines du stator est réglagle. 12.- Micromoteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un réducteur intégré qui permet, compte tenù du nombre des aimants du rotor et des bobines du stator ainsi que de la fréquence des impulsions électriques, une vitesse de sortie de 1tr/mn.