Brevet FR2238272A1 — publié le 19750214

La présente invention concerne un servo-moteur de positionnement à courant alternatif, courant triphasé ou courant continu pulsé qui est utilisé par exemple pour positionner des pièces, des outils ou des détècteurs de mesure. Dans tous ces domaines on utilise de plus en plus sur les machines-outils, machines à mesurer ou machines analogues à commande de type na des moteurs pas-à-pas en plus de moteurs triphasés. On a également essayé, pour des raisons d'économie, d'équiper les commandes de tels dispositifs avec un seul moteur. Mais, avec les moteurs de type commercial, on ne peut pas obtenir lln-positionnement précis car il n'est pas possible de les stopper dans une position bien déterminée. D'autre part, aux régimes élevés, les moteurs pas-à-pas ont un couple moteur très faible, une puissance peu élevée et un mauvais rendement. De plus, lorsque la charge varie, la précision de leur mouvement d'avancement pas-à-pas n'est pas assurée. Par suite, dans la plupart des cas et pour des raisons de sécurité, on utilise, en plus, des systèmes de mesure incrémentaux de sorte qu'on n' exploite pas l'avantage qu'offre le moteur pas-à-pas, c' est-a-dire de tourner suivant des pas d'avancement parfaitement définis. iaprésente -invention a donc pour but de créer un moteur pouvant fonctionner avec du courant alternatif, du courant triphasé ou du courant continu pulsé, qui réunisse les qualités des moteurs à courant alternatif normaux avèc celles des moteurs pas à pas et qui fonctionne avec un rendement satisfaisant. Ce résultat est obtenu avec un moteur à courant alternatif du type décrit au début comportant au moins deux bobines d'électro-aimant disposées à poste fixe dans le stator, du fait que ce moteur comporte un rotor cylindrique conducteur et monté en porte-à-faux, qu'un empilage de tôles facilement magnétisable, relié de façon fixe au stator, fait saillie à l'intérieur du rotor cylindrique depuis le cdté non soutenu de celui-ci pour assurer le retour du flux magnétique, et qu'il est prévu à l'intérieur du retour de flux magnétique un système de freinage magnétique pour le rotor qui, à l'instant où le moteur est coupé, entre en action en liaison avec un champ magnétique engendré dans le stator et avec le courant de Foucault qui en résulte, de sorte que le rotor est rapidement freiné et stoppé. Suivant un mode de réalisation avantageux de l'invention, le système de freinage peut être constitué d'un système magnétique et d'un induit de traction monté sur roulement à billes qui, lorsque le système magnétique est coupé, actionne un frein a"- cône de friction sous l'action d'un ressort de pression. le frein à c8ne peut avantageusement être disposé à l'intérieur du rotor cylindrique. Pour un fonctionnement aSynchrone dumoteur, le rotor cylindrique est avantageusement réalisé en une matière conductrice et de faible densité, comme par exemple l'aluminium, de sorte que son moment d'inertie de masse est très petit. Lors de sa mise en marche, le moteur reçoit donc un couple d'accélération relativement élevé et un grand couple de freinage lorsqu'il est coupé. Si le moteur doit fonctionner comme moteur synchrone, le rotor Gylindrique peut être réalisé en une matière magnétique ou aimantable, par exemple en acier trempé et aimanté. Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé - la fig. 1 représente une coupe longitudinale du servomoteur de positionnement selqn l'invention; - la fig. 2 est une coupe transversale de ce même moteur effectuée suivant la ligne À-B de la fiv.1. Dans un carter 1 comportant un palier 2 et un chapeau de palier 3, un arbre moteur 4 annuel est fixé un rotor cylindrique 5 est monté en porte-à-faux à l'aide de roulements à billes 6 et 7. le carter 1 contient de plus un bobinage de stator 8 biphasé ou triphasé pouvant être monté en série ou en triangle. Ce bobinage forme avec l'empilage de tôles 9 le stator du moteur. Pour le retour du flux magnétique il -est prévu un autre empilage de tôles 10 relié de façon fixe au stator qui fait saillie à l'intérieur du rotor cylindrique 5 depuis le côté non soutenu de celui-ci. Le rotor cylindrique 5 agit comme rotor en courtcircuit et possède un moment d'inertie de masse très petit de sorte qu'il a au démarrage un couple d'accélération élevé et à l'arrêt un couple de freinage élevé. A l'intérieur de l'empi- lage de tôles 10 est disposée une bobine d'électro-aimant 11 qui sert à exciter un champ magnétique agissant sur un induit de traction monté dans les roulements à billes 12 et 13.Sur l'induit de traction se trouve un c-ône de freinage 15 qui est calé en rotation par une goupille de sécurité 16. À l'extrémité supportée du rotor cylindrique 5 est fixée une garniture de frein 17 dont la forme est adaptée à celle du cône de frein 15. lorsque la bobine d'électro-aimant Il est excitée par une tension continue, l'induit de traction 14 peut être tiré à l'intérieur de la bobine d'électro-aimant Il entre la pression d'un ressort de rappel 18 de sorte que le frein à cône formépar le cône 15 et le rotor cylindrique avec la garniture de frein 17 est desserré. Le servo-moteur de positionnement selon l'invention fonctionne de la façon suivante. Lorsque le bobinage de stator du moteur est alimenté en courant alternatif ou en courant triphasé, le rotor cylindrique 5 tourne asynchroniquement avec le champ rotatif du bobinage de stator. En même temps~que le bobinage de stator 8 est alimenté en courant, la bobine dlélectro- aimant Il de l'induit de traction 14 monté à l'intérieur du rotor cylindrique est alimentée en courant continu, de sorte que l'induit de traction 14 monté sur billes, est tiré dans le sens axial, et le cône de frein calé en rotation est tiré hors du cone intérieur de la garniture de frein 17 montée sur le rotor cylindrique, de sorte que l'arbre du rotor peut tourner facilement. Une fois le courant alternatif ou triphasé coupé, le bobinage de stator 8 est immédiatement alimenté en courant continu de sorte qu'un champ magnétique constant est engendré dans le stator. En tournant, le rotor coupe les lignes de force du champ magnétique constant. il se forme par suite dans ce rotor une force électro-magnétique sous 1' effet de laquelle le rotor est immédiatement freiné et stoppé sous lteffet du courant de Foucault ainsi formé. En outre, en même temps que le courant alternatif ou triphasé est coupé, le courant continu est coupé dans la bobine d'électro-aimant 11 de l'induit de traction 14. Le champ magnétique de l'induit de traction 14 s 'annule en conséquence et l'induit de traction 14 est poussé sous 11 action du ressort de rappel 18 par le cône de frein 15 calé en rotation à l'intérieur du corne intérieur de l'arbre de rotor de sorte qu'il renforce le freinage de ce dernier. le servo-moteur de positionnement décrit peut fonctionner à l'aide d'une commande électronique particulière qui se compose essentiellement d'un générateur statique qui est réglable en fréquence et en tension ou qui peut être commandé suivant différents étages. À l'aide du système de commande électronique, le moteur peut également être utilisé par de courtes impulsions envoyées au bobinage du stator pour effectuer des pas d'avancement aussi petits que l'on veut. On voit donc que le servo-moteur de positionnement selon l'invention peut remplacer sans difficulté le moteur pas-à-pas. l'avantage du servo-moteur de positionnement selon l'in- vention réside dans le fait qu'on peut obtenir aveclui, suivant sa dimension, un rendement d'environ 70 à 90%, alors que les moteurs pas-à-pas travaillent avec un rendement d'environ 1%* les dispositifs de commande pour ce moteùr sont sensiblement plus simples parce que ses bobinages de stator restent pendant le fonctionnement toujours connectés de façon fixe au courant alternatif ou triphasé alors que, avec le moteur pas-à-pas, on est obligé de raccorder en série alternativement une ou plusieurs bobines. Un autre avantage du moteur selon llinvention est que, quelle que soit la fréquence, il démarre immédiatement, tandis que, en cas de surcharge, le moteur pas-à-pas s'arrête brusquement et, surtout à haute fréquence, ne redémarre que lorsque la fréquence a été diminuée par réglage. Cet inconvénient dimnmoe notablement la sûreté de fonctionnement d'un dispositif de commande. En outre l'échauffement du moteur pas-à-pas avec les commandes du type NO se fait sentir d'une façon très désavantas geuse. C'est ainsi que, par exemple, en raison du rendement peu élevé, on peut atteindre des températures égales et supssrieares à 1000C. le principe de fonctionnement du servo-moteur de positionnement permet de fabriquer ce moteur pour des puissances pouvant atteindre plusieurs kilowatts. REVEN ICÂT IONS 1. Servo-moteur de positionnement pour courant alternatif, triphasé ou continu pulsé, comportant au moins deux bobines d'électro-aimant disposées de façon fixe dans le stator, carac térisé en ce que ledit moteur comporte un rotor cylindrique, conducteur, et monté en porte-à-faux;; et en ce qu'non empilage de tales facilement aimantable, relié de façon fixe au stator et assurant le retour de flux magnétique, fait saillie à I 'inté- rieur du rotor cylindrique depuis le côté non soutenu et en ce qu'à l'intérieur du retour de flux magnétique, est disposé un système de freinage magnétique pour le rotor qui, au moment où le moteur est coupé, entre en action en liaison avec un champ magnétique produit dans le stator et avec le courant de Foucault engendré par ce champ, de sorte que le rotor est rapidement freiné et stoppé. 2. Servo-moteur de positionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de freinage magnétique se compose d'un système d'électro-aimant et d'un induit de traction monte sur roulement å billes qui, une fois le système d'électro- aimant coupé, actionne un frein à cane de friction sous l'action d'un ressort de pression. 3. Servo-moteur de positionnement selon I'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le frein à cane est disposé à l'intérieur du rotor cylindrique. 4. Servo-moteur de positionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor cylindrique est en aluminium. 5. Servo-moteur de positionnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor cylindrique est en acier trempé et aimanté.