Brevet FR2265209A1 — publié le 19751017

La présente invention a pour objet un petit moteur synchrone mono phasé du type comportant un rotor constitué par un aimant permanent tournant à l'intérieur d'une cage statorique faisant partie d'un circuit magnétique excité par une bobine alimentée en courant alternatif monophasé. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction de petits moteurs synchrones monophasés pour équiper des petits mécanismes et servomécanismes ou pour transformer des impulsions en un mouvement de rotation dont la vitesse est proportionnelle à la fréquence des impulsions. On connaît de nombreuses formes de réalisation de petits moteurs synchrones monophasés constitués par un boîtier contenant un rotor formé par un aimant permanent multipolaire placé à l'intérieur d'une cage statorique concentrique faisant partie d'un circuit magnétique excité par une bobine alimentée par un couran-t alternatif monophasé. Ces moteurs comportent un nombre de pôles égal au rotor et au stator et lorsque la bobine est excitée, les pôles du stator changent de polarité au cours de chaque demi période du courant et les forces magnétiques s 'exerçant sur le rotor font tourner celui-ci de telle sorte que les pôles du rotor aient tendance à se placer constamment en face des pôles du stator de polarité opposée.Le-rotor tourne donc d'un pas toutes les demi périodes. Ces moteurs sont autodémarreurs. Ils présentent un faible encombrement et une faible inertie, ont une faible consommation et sont très robustes et très faciles à construire. Ils sont réversibles et généralement on les équipe d'un dispositif anti-retour de façon à sélectionner un sens de marche déterminé. Dans la plupart des moteurs de ce type construits à ce jour,la bobine d'excitation est concentrique au rotor et placée à la périphérie de celui-ci et de la cage statorique. Cette solution présente L'inconvénient d'augmenter le diamètre de la bobine et -le poids de cuivre ou de tout autre métal conducteur nécessaire à la construction de ces moteurs. I1 existe également des réalisations dans lesquelles la bobine est décalée par rapport au rotor, leurs axes étant parallèles. Ce mode de construction permet de réduire le diamètre de la bobine et donc le poids de cuivre nécessaire. Il facilite également la construction. Malgré tous ces avantages, un tel moteur à bobine parallèle au rotor ne s'est pas développé. L'objectif de la présente invention est de proposer.un moteur synchrone perfectionné dont l'axe de la bobine est parallèle à l'axe du rotor et décalé par rapport à celui-ci. Cet objectif est atteint en fermant le circuit magnétique par une mise en court-circuit. Cette mise en court-circuit est située, de préférence, du côté opposé à la bobine. Elle est obtenue, de préférence, au moyen de l'un au moins des pôles statoriques, placé du côté opposé à la bobine, venant en contact avec le flasque de polarité opposée. Dans un mode de réalisation préférentiel, l'extrémité libre de l'un des pôles tiu stator, placé à l'opposé de la bobine, s'emboîte dans un logement disposé dans le flasque opposé. Les petits moteurs synchrones monophasés, à bobine décalée par rapport au rotor, connus à ce jour, ont un mauvais fonctionnement du fait que le flux magnétique n'est pas également réparti entre tous les pôles statoriques ce qui entraîne un déséquilibre du rotor, des vibrations et un couple de démarrage faible pouvant conduire à l'absence de démarrage. La présence d'un court-circuit ou shunt magnétique permet d'éliminer un excés de flux au niveau de certains pôles et de canaliser ce flux de façon régulièrement répartie vers tous les pôles ce qui améliore sensiblement les caractéristiques de fonctionnement et notamment le couple de démarrage et supprime les vibrations. Ce shunt magnétique peut être situé a n'importe quel point entre les deux flasques. I1 peut être constitué par un noyau magnétique supplémentaire. L'utilisation comme shunt magnétique d'un pôle du stator situé à l'opposé de la bobine constitue un mode de réalisation préférentiel du fait qutil n'entraîne pas de complications dans la fabrication. Un autre avantage de la présence d'un court-circuit ou shunt magnétique tient à ce que, lorsque l'un des flasques du moteur est accolé à une masse ferro-magnétique, par exemple à un support ou au carter d'un réducteur, le court-circuit magnétique canalise vers les pôles du stator une partie du flux magnétique qui circulerait dans ces masses ferromagnétiques ce qui améliore la performance du moteur. Salon une autre caractéristique de l'invention, l'assemblage du moteur est réalisé uniquement par un moyen de fixation des deux flasques placé dans l'axe de la bobine et par l'emboîtement d'un pôle statorique dans un logement du flasque opposé. Ainsi le pôle statorique qui s emboîte dans le flasque opposé a une double fonction de court-circuit magnétique et de moyen d'assemblage. I1 résulte de cet assemblage que le démontage et le montage du moteur sont très aisés et qu'il est facile de remplacer une bobine. Le moyen de fixation est constitué, par exemple par un noyau magnétique taraudé, placé selon l'axe de la bobine et solidaire d'un flasque et par une vis qui se visse dans ladite entretoise. Bien entendu, ce moyen peut être remplacé par tout autre moyen équivalent, par exemple des rivets ou une tige filetée coopérant avec deux écrous. On peut également changer très facilement le sens de rotation en retournant la pièce qui sert d'anti-retour mécanique. Un moteur selon l'invention comporte, de façon connue, entre chaque paire de pôles successifs liés à un flasque, deux pales de longueur différente liés à l'autre flasque. On sait que cette disposition permet -d'éviter les points morts et d'assurer un démarrage du moteur dans toutes les positions du rotor. Selon 1 invention, les distances séparant chacun des deux pales d'une même paire de chacun des deux pâles de polarité opposés placés entre eux sont différentes de la distances séparant les deux pâles de même polarité intercalés et sont différentes entre elles. Cette disposition permet d'obtenir un bon couple de démarrage quelle que soit la position relative du rotor et du stator -au moment du démarrage. Selon une autrecaractéristique de l'invention, la longueur des pôles statoriques qui détermine un plan de symétrie magnétique parallèle aux deux flasques est telle que ce plan soit décale par -rapport au plan médian des deux flasques de telle sorte que le rotor est maintenu en butée contre l'un des deux paliers. Cette disposition permet d'éviter tout ressort ou tout dispositif élastique destiné à maintenir le rotor en butée, évite les vibrations longitudinales du rotor et les risque de désaccouplement de l'arbre moteur. Le résultat de l'invention est un nouveau produit constitué par un petit moteur synchrone monophasé. Ce nouveau moteur présente une distribution du flux magnétique bien équilibrée entre tous les pâles du stator grâce à la présence d'un courtcircuit magnétique placé, de préférence, à l'oppose de la bobine, tout en ayant une bobine décalée par rapport au rotor ce qui lui permet de bénéficier, en outre, des avantages que cette solution apporte, à savoir une plus grande simplicité de fabrication des pièces par découpage et pliage ou par moulage et d'assemblage de celles-ci moyen d'une simple vis, une très grande facilité de démontage et de remontage permettant de changer facilement la bobine et le sens de rotation du rotor et une économie de cuivre grâce au diamètre plus réduit de la bobine La présence d'un court-circuit magnétique permet également de réduire les pertes de flux dans le cas où l'un des flasques du moteur est accolé à une masse ferro-magnétique, par exemple. le carter en acier doux d'un réduc- teur. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui reprêsentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un moteur selon i invention. La figure 1 est une vue en perspective éclate. La figure 2 est une coupe transversale par II-II de lafigure 1. La figure 3 est une vue développée de la partie de la cage statorique opposée à la bobine. La figure 1 représente un moteur synchrone composé de deux flasques la et lb entre lesquels sont disposés un rotor 2 d'axe x xl et une bobine 3 d'axe y yl. La bobine 3 est alimentée en courant alternatif monophasé par l'intermédiaire des fils 4. Le rotor 2 est formé d'un matériau ferro-magnétique à champ coercitif très élevé et présente une aimantation permanente. Il est divisé en plusieurs pôles N et S par exemple six pôles Nord et six pôles Sud. Il est solidaire d'un axe 5 qui tourillonne dans deux paliers 6a et 6b portés par les flasques. Une pièce 7 faisant fonction d'anti-retour mécanique est intercalée entre le rotor et le palier 6b. Cette pièce est pivotante autour d'un axe 8- et porte une ouverture 9 en forme de rochet qui coopère avec un épaulement d'une bague 10 calé sur l'axe 5 de telle sorte que le rotor ne peut tourner que dans un sens. En retournant la pièce 7 on peut inverser le sens de rotation. Les flasques la et lb comportent des doigts 11 et 12 situés sur la périphérie d'un cylindre formant une cage qui entoure le rotor 2. Ces doigts et les flasques sont constitués en un matériau ferro-magnétique doux et constituent un circuit magnétique qui est excité par la bobine inductrice 3. L'appa- reil comporte, par exemple, sit pôles 11 et douze pôles 12 de telle sorte que deux pôles 12a et 12b se trouvent intercalés entre chaque paire de paies 11. Le nombre de pôles Il est égal au nombre de pales Nord ou Sud du rotor. De tels moteurs sont connus et I'on.sait que les forces magnétiques exercées par le stator sur le rotor tendent à amener les pales du rotor en face des pôles de polarité opposée du stator. Comme les polarités du stator changent de sens toutes les demi périodes, le rotor tourne d'un pas toutes les demi périodes de façon parfaitement synchrone. On voit sur la figure 1 que les pôles 12a sont plus longs que les pôles 12b. On connaît déjà des moteurs monophasés synchrones dans lesquels le rotor et la bobine inductrice sont concentriques et qui comportent des pôles dissymétriques. La présente invention utilise cette même disposition en la transposant et en l'adaptant dans le cas d'un moteur à bobine décalée. La figure 2 est une coupe transversale de la figure 1 sur laquelle on retrouve les éléments énumérés ci-dessus portant les mêmes repères. Cette figure représente, en outre, une gaine cylindrique 19 enveloppant les pôles statoriques et une gaine 20 enveloppant la bobine, qui ne sont pas représentées sur la figure 1. Ces deux gaines peuvent être séparées ou dPune seule pièce. Un moteur selon l'invention comporte une pale statorique 13 place du côté du stator opposé à la bobine, plus long que les autres. Ce pôle 13 s'embolte dans un logement ou une encoche 14 creusé dans le flasque opposé lb. Le contact entre le pale 13 et le flasque lb supprime lten- trefer du circuit magnétique et constitue une fermeture locale de ce circuit qui fait fonction de court-circuit ou shunt magnetique. Bien entendu, ce court-circuit pourrait être obtenu par d'autres moyens equivalents, par exemple par une mise en contact de I'un-des pales Il avec l'un des pôles 12 ou par une liaison entre flasques au moyen d'un noyau en fer doux sans sortir pour cela du cadre de l'invention dont la caractéristique est constituée par tout moyen de fermeture du circuit magnétique. Le mode de réalisation représenté au moyen d'un pôle 13 s'emboîtant dans le flasque opposé est un mode préférentiel par suite de la facilité de fabrication et de montage qu'il entraîne. Comme le montre la figure 1 les doigts polaires Il et I2 situés du côté de la bobine sont obtenus par découpage de fentes radiales 15 et 16 dans les tales la et lb et repliement du métal. Les pales statoriques situés à la périphérie des flasques sont obtenus par découpage de ceux-ci dans la tôle aituéeau delà du contour des flasques et repliement à 90 . L'assemblage du moteur est réalisé au moyen d'une vis 17 qui se visse dans un alésage 18a d'un noyau en fer doux 18 placé dans l'axe de la-bobine 3 et rivé en 18b sur le flasque lb. Le doigt 13 emboîté dans l'encoche 14 participe à cet assemblage en empêchant les deux flasques de pivoter l'un par rapport à l'autre autour de l'axe y yl. Bien entendu, la vis 17 et le noyau 18 pourraient être remplacés par tout autre moyen équivalent pour maintenir les deux flasques assemblés suivant ltaxe y yl. La figure 3 est une vue développée des pôles statoriques placés du côté opposé à la bobine. On voit sur cette vue les flasques la et Ib, un pôle ll,le pale 13 et deux paires de pales- 12a, 12b, chacune de ces paires étant placée entre deux pôles successifs solidaires du flasque la. Le pôle 13 est représenté engagé dans le logement 14. On voit sur cette figure que le pale 12a est légèrement plus long que le pôle 12b. La figure 3 représente les distances a et b séparant chacun des deux pôles 12a et 12b des deux pôles Il ou 13 entre lesquels ilssont placés et la distance c séparant les deux pôles 12a et 12b. Ces trois distances sont différentes, par exemple a Cette dissymétrie des pôles 12a et 12b due à une légère différence de longueur et à la différence des distances entre pôles permet,quelle que soit la position du rotor,d'obtenir au démarrage un couple élevé et supprime tout point mort. La figure 3 représente en y yl la trace du plan de symétrie du circuit magnétique qui est un plan parallèle aux flasques dont la position est déterminée par la longueur des pôles statoriques. Sous l'action des forces magnétiques, le rotor a tendance à se positionner de telle sorte que le plan y yl soit confondu avec le plan de symétrie du rotor donc y yl représente egalement le plan de symétrie du rotor dont on a représenté les deux flasques 2a et 2b. La longueur des pôles est choisie telle que le plan y yl décalé vers l'un des flasques par exemple dans le cas de la figure 3, x xl représente la trace du plan médian des deux flasques et le plan y y1 est décalé vers le flasque la. Ainsi le rotor 2 tend à être déplacé vers le flasque la et est maintenu en butée contre le palier 6a ce qui a pour effet d'éviter toute vibration longitudinale du rotor -sans qu'il soit nécessaire de prévoir un ressort ou une pièces élastique pour maintenir le rotor en butée. Le rotor est également maintenu en butée, à l'arret,sous l'effet du magnetismeoremanant dans le stator ce qui permet d'éviter que l'arbre de sortie ne risque de se débouter de son accouplement sous l'effet d'un déplacement longitudinal du rotor. Le principe d'un court-circuit magnétique qui vient prêtre décrit pour un moteur comportant un dispositif d'anti-retour mécanique serait également valable pour des moteurs synchrones à bobine et rotor décalés comportant une bague de déphasage ou deux sens de rotation. Bien entendu, -sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications équivalentes pourront être apportées par l'homme de l'art à l'exemple qui vient d'entre décrit. REVENDICATIONS 1 - Moteur synchrone monophasé composé d'un rotor multipolaire à aimantation permanente, d'une cage de pôles statoriques entourant ledit rotor, de deux flasques formant avec lesdits pôles statoriques un circuit magnétique et d'une bobine inductrice alimentée en courant alternatif monophasé laquelle bobine est décalée latéralement par rapport audit rotor,caractErise en ce que ledit circuit magnétique est fermé par une mise en court-circuit. 2 - Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit court circuit magnétique est localisé du côté du stator opposé à la bobine. 3 - Moteur selbn la revendication 1, caractérisé en ce que l'un au moins des pôles statoriques placé lroppose de la bobine vient en contact avec le flasque de polarité opposée. 4 - Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte un le statorique placé à l'opposé de la bobine dont l'extrémité libre s' em- boite dans un logement disposé dans le flasque opposée 5 - Moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ltassembIage du moteur est réalisé uniquement par un moyen de fixation des deux flasques placé dans l'axe de la bobine et par l'emboîtement dudit pôle statorique dans ledit logement. 6 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 comportant entre chaque paire de pôles statoriques successifs liés à un flasque, deux pôles intercalés liés à l'autre flasque, caractérisé en ce que les distances séparant chacun des deux pâles d'une même paire de chacun de ces deux pôles intercalés sont différentes et sont également différentes de la distance séparant les deux pôles intercalés. 7 - Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 6, caractérisé en ce que la longueur des pôles statoriques est telle que le plan de symetrie du circuit magnétique parallèle aux flasques est décalé par rapport au plan médian des deux flasques de telle sorte que le rotor est maintenu en butée contre l'un des paliers pendant le fonctionnement.