Brevet FR2290779A1 — publié le 19760604

L'invention concerne un moteur pas a pas a au moins un électro-aimant monté dans un bottier dans lequel tourne UL arbre sur lequel est monté un rotor qu en est solidaire en rotatior et qui de son côté est solidaire n rotation d'un induit capable de coulisser longitudinalement sur l'arbre et coopérant avec l'électro-aimant du mot0ur, celui-ci comprenant par ailleurs une cage annulaire de & rou- lement a bIlles, concentrique à l'arbre et solidarisée avec le boîtier, ainsi qu'une seconde cage annulaire de roulement, coopérant arec la précédente, et rotative dans le bottier, ces cages, entre lesquelles des billes sont disposées, comportant des chemins de roulement conformés de manière qu'une force axiale exercée sur la cage rotative ait pour conséquence un mouvement de rotation de cette dernière, l'induit comportant une bride se logeant derrière la cage rotative et comportant une denture droite à flancs obliques qui coopère avec une denture droite correspondante de cette -cage rotative, des ressorts de rappel plaçant la cage rota tive sous précontrainte de sens opposé à celui que produit l'induit et un dispositif d'encliquetage déterminant l'ampleur des pas. Ile brevet allemand n 1 299 479 décrit un moteur pes à pas de ce -type. lia translation axiale de l'induit mise en oeuvre dans un dispositif de conversion d'un mouvement axial er un mouvement de rotation en vue de l'avancement pas à pas de l'arbre du moteur est accessoirement utilisée pour la mise en prise de la denture droite de la bride de -cet- induit avec une denture complémentaire de la cage annulaire rotative du roulement à billes, cette cage étant ainsi entraînée sur la distance d'un pas en surmontant la force du dispositif d'encliquetage, Lorsque la tension d'alimentation de l'électro- aimant qui attire l'induit est ensuite coupée, les dentures droites cessent d'être en prise et les ressorts de rappel ramènent la cage rotative en position initiale, tandis que l'arbre du moteur reste à la position fixée par le dispositif d'encliquetage. Be dispositif connu comporte pour le rappel de la cage rotative des ressorts de traction disposés en ligne droite entre un ergot solidaire du bottier et un dispositif de fixation solidaire de cette cage. Bes moteurs pas à pas du type mentionné devant être capables d'exécuter un nombre extremement grand d'opérations sans aucune défectuosité risquant d'entraver leur fiabilité, il est important qu'aucune des pièces mobiles ne comporte un point faible. l'e nombre des opérations auxquelles le moteur pas à pas doit faire face sans panne est de plusieurs millions. L'invention a pour objet un moteur pas à pas du type mentionné,qui continue de fonctionner correctement après de très nombreuses opérations, dont la construction est simple et robuste et qui peut etre- réalisé de manière rentable, même en série. Selon une particularité essentielle de l'invention, la sage annulaire rotative du roulement à billes comporte du cté opposé à celui des chemins de roulement des ergots qui s'en éloignent parallèlement à l'axe du moteur et qui pénètrent dans des fentes circonférencielles complémentaires d'une cage annulaire de logement de ressorts de compression qui prennent appui d'un cSté contre cette cage et de l'autre cSté contre les ergots de la cage rotative du roulement. Donc, conformément à l'invention, les ressorts de traction des moteurs connus pas à pas sont remplacés par des ressorts de compression disposés dans des guides circonférenciels convenables d'une cage.La force de rappel s'exerce ainsi avantageusement sur la cage mobile du roulement de manière exacte en direction tangentielle et aucune rupture de ressort n'est à craindre, car aucun organe d'accrochage susceptible de se casser n'est nécessaire aux ressorts de compression du moteur de l'invention, contrairement aux ressorts de traction prévus dans les moteurs connus. Par ailleurs, les ressorts de compression sont bien protégés à l'intérieur de leur logement. Bes cages annulaires du roulement ? billes ainsi que la cage des ressorts peuvent avantageusement entre réalisées par injection de matière plastique, de manière à en simplifier la fabrication. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, une bille est planée entre chaque ressort et l'ergot correspondant, de manière que d'une part le ressort puisse s'appliquer uniformément contre la bille et d'autre part oue- celle-ci assure correctement la transmission de la force de rappel sur l'ergot. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, l'extrémité de chaque fente circonférencielle dans laquelle l'ergot pénètre est légèrement rétrécie, de manière que le ressort ou la bille placée à son extrémité puisse s'appliquer contre l'épaulement ainsi ménagé à cette transition. Ainsi,les ergots cessent d'être sous contrainte lorsqu'ils sont au repos, l'assemblage du moteur pas à pas selon l'invention étant ainsi notablement simplifié. La cage rotative du roulement à billes peut très avantageusement autre guidée en rotation dans la cage des ressorts. Celle-ci peut avantageusement comporter à cet effet un rebord et un épaulement annulaire sur lequel la cage repose avec suffisamment de åeu pour pouvoir tourner facilement. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, la cage rotative du roulement est sensiblement à fleur du rebord de la cage des ressorts du c8té des chemins de roulement. Bes ergots sont avantageusement très rapprochés des chemins de roulement, de manière que les forces ayant pour origine ces derniers lors des manoeuvres soient transmises par voie très directe aux ergots et donc aux ressorts de rappel. La cage des ressorts comporte avantageusement sur le rebord des saillies orientées dans le sens opposé à celui des ergots et pénétrant dans des alvéoles complémentaires de la cage du roulement qui est solidarisée avec le bottier. Ainsi, les positions angulaires relatives qu'il est important d'établir correctement entre les deux cages du roulement à billes sont assurées de manière simple et automatique. Bes- dites saillies pénètrent aussi avantageusement dans des -alvéoles complémentaire Qu bottier, les positions angulaires relatives fixes par rapport à ce dernier étant ainsi établies aussi automatiquement. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, la cage des ressorts comporte trois fentes circonférencielles régulièrement réparties. Ainsi, d'une part la cage rotative du roulement à billes est extrEmement bien guidée et d'autre part la course des ressorts peut entre calculée de manière à Autre suffisamment grande.La cage des ressorts peut comporter très avantageusement entre deux fentes circonférencielles voisines, du côté opposé à celui de la cage rotative du roulement, un trou dans lequel peut pénétrer un téton d'une bague d'encliquetage qui recouvre les fentes circonférencielles de ce cavé. Ainsi, lors de l'encliquetage de cette-bague, les ressorts et billes peuvent Qtre retenus avec sécurité dans leur logement de leur cage, la fabrication étant ainsi simplifiée. La bague d'encliquetage comporte avantageusement sur son pourtour intérieur une denture qui coopère avec une bille d'encliquetage montée sur le rotor. Ce mode de réalisation du dispositif d'encliquetage est particulière mt boei marché et avantageux et détermine les différentes positions i'arret du moteur pas à pas. Bes trous prévus entre les fentes circonféren cielles ntont de préférence pas tous le m8me diamètre et il est ainsi certain que la bague d'encliquetage doit être montée à une position angulaire bien définie par rapport à la cage des ressorts. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux, une disposition de moteur pas à pas comprenant tous les éléments d'une ou plusieurs des caractéristiques précédentes est placée de manière parfaitement symétrique sur le c8té de la bague d'encliquetage qui est opposé à la cage des ressorts, mais un seul rotor commun, un seul arbre commun et une seule bague commune d'encliquetage étant prévus. Cette disposition permet de réaliser de manière très rentable un moteur pas à pas pouvant fonctionner dans les deux sens. Bes tétons prévus des deux c8tés de la bague d'encliquetage sont de préférence décalés de l'angle correspondant à un arc d'encliquetage. Conformément à l'invention, le pas de toutes les dentures est le même. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: la figure 1 est une coupe axiale d'un mode de réalisation avantageux d'un moteur pas à pas selon l'invention; la figure 2 est une vue en plan de la cage des ressorts selon l'invention illustrée du c8té des ergots; la figure 3 est une coupe axiale des pièces représentées sur la figure 2; la figure 4 est une vue en plan de la cage annulaire rotative du roulement à billes selon l'invention qui est réalisée en matière plastique, cette cage étant illustrée du côté de la denture droite; la figure 5 est une élévation latérale de la cage représentée sur la figure 4; la figure 6 est une vue en plan de la bague d'encliquetage selon 11 invention; la figure 7 est une coupe axiale de la bague de la figure 6;; la figure 8 est une vue en plan de la cage du roulement à billes qui est solidaire du bottier; la figure 9 est une vue en bout de l'induit du moteur pas à pas de l'invention; et la figure 10 est une coupe axiale de l'induit de la figure 9. Seule la moitié supérieure d'un moteur pas à pas pouvant fonctionner dans les deux sens sera décrite en regard de la moitié supérieure de la figure 1. A part un décalage angulaire par rapport à 1'ase 13 de rotation, la moitié inférieure de ce moteur est parfaitement symétrique par rapport à l'axe 40. Un électro-aimant annulaire 12 disposé dans un bottier cylindrique ll est maintenu en position dans ce dernier par un noyau magnétique 38. L'arbre 13 du moteur disposé dans l'axe du bottier 11 est rotatif dans des coussinets 39 du noyau 38, mais est immobilisé dans le sens axial. Un rotor 14 solidarisé en rotation de l'arbre 13, à mi-longueur de ce dernier, comporte des ergots 41 parallèles à l'axe et capables de coulisser dans cette direction dans des évidements correspondants de l'induit 15, mais ne comportent aucun jeu circonférenciel dans ces évidements. Ainsi, le rotor 14 et: l'induit 15 sont solidaires en rotation, mais ont une certaine liberté relative de mouvement axial. Be boftier il comporte intérieurement, conformément à l'invention, deux épaulements annulaires 42 et 43, la cage 16 du roulement à billes (figure 8) qui est solidaire du bottier étant appliquée contre 11 épaulement extérieur 43. Cette cage comporte à la périphérie des alvéoles 32 et comprend par ailleurs trois chemins de roulement 24. Des saillies intérieures du bottier pénètrent dans les alvéoles 32 à une profondeur déterminée, de manière que la cage du roulement à billes soit maintenue en position bien définie. Une cage rotative 17 du roulement à billes est disposée en face de la cage solidaire du bottier et comporte également des chemins de roulement 24 tels qu'illustrés sur la figure 4, les billes 18 d'entratnement étant disposées entre les chemins de roulement 24 des deux cages 16 et 17. La cage mobile 17 est guidée en rotation dans une cage 26 de ressorts (figures 2 et 3) qui repose contre l'épaulement intérieur 42 du bottier 11 et dont les saillies 31 parallèles à l'axe pénètrent dans les alvéoles 32, de manière que la position angulaire relative de cette cage 26 et de la cage 16 du roulement qui est solidaire du bottier soit exactement déterminée. La bague rotative 17 du roulement à billes comporte sur sa rive périphérique intérieure une denture droite 44 qui coopère avec une denture droite complémentaire 20 d'une bride 19 de l'induit 15 (figures 9 et 10). Au repos, les deux dentures ne sont pas en prise, tandis que, lorsque l'électro-aimant 12 attire l'induit 15, ces dentures entrent en prise. Comme montré sur les figures 2 et 3, la cage 26 des ressorts comporte trois fentes circonférencielles 25 dans lesquelles sont logés des ressorts 21 de compression dont une extrémité est munie d'une bille 22. Bes fentes circonférencielles 25 comportent à une extrémité un épaulement 29 de transition à une zone d'extrémité 28 dans laquelle la bille 22 ne peut pas pénétrer. Ces extrémités 28 sont destinées à recevoir les ergots 23 parallèles à l'axe et solidaires de la cage rotative 17 du roulement à billes, conformément à l'invention. Cette cage mobile telle que représentée sur les figures 4 et 5 a une épaisseur adoptée de manière qu'elle soit à fleur du rebord 30 de la cage des ressorts dans laquelle elle se loge de la manière représentée sur les figures 2 et 3. La figure 1 représente les cages 16 et 17 du roulement à billes en coupe selon la ligne Ic - Ic de la figure 4. I1 n'a pas été tenu compte du décalage angulaire des chemins de roulement 24 et des ergots 23 selon la figure 4 pour la clarté du dessin de la figure 1. Ia cage 26 des ressorts est représenté en coupe selon la ligne Ia - Ia de la figure 2 à la motié supérieure de la figure 1 et en coupe selon la ligne Ib - Ib de la figure 2 à la moitié inférieure de la figure 1. Comme représenté sur les figures 2 et 3, la cage 26 des ressorts comporte entre les fentes circonférencielles 25 des trous 33 dont les diamètres sont adoptés de manière que les tétons 34 d'une bague d'encliquetage représentée sur les figures 6 et 7 puissent s'y insérer élastiquement. La bague 35 d'encliquetage comporte une denture intérieure 36 qui coopère avec une bille 37 formant cliquet et ressortant légèrement d'un canal réalisé dans le rotor 14 et dans lequel un ressort 45 est monté. Be mode de fonctionnement des moteurs pas à pas selon l'invention est le suivant Lorsque l'induit 15 est attiré par l'électroaimant excité 12, les dentures droites 20 et 44 entrent en prise. L'effet complémentaire assuré par les chemins de roulement 24 et les billes 18 consiste en une conversion du mouvement axial de l'induit 15 en un mouvement de rotation que cet induit est contraint d'exécuter, car il est accouplé à la cage 17 du roulement à billes. Ainsi, la bille 37 parvient dans l'entredent suivant de la denture 36 de la bague 35 d'encliquetage. Lorsque l'alimentation de l'électro-aimant est ensuite coupée, les ressorts 21 comprimés par les ergots 23 exercent un moment de rappel sur la cage 17 qui peut y céder, car les dentures droites 20 et 44 cessent autre en prise après la coupure du courant. La cage mobile 17 du roulement à billes retourne donc en position initiale, tandis que l'arbre 13 reste à la position déterminée par la bague 35 d'encliquetage. La mise en oeuvre de l'électro-aimant symétrique par rapport à l'axe 40 provoquerait une rotation de arbre 13 en sens inverse. Un collier ou analogue peut assurer de manière simple l'assemblage des deux moitiés du bottier 11. L'angle du pas du moteur selon l'invention peut avantageusement entre de 300. Ie moteur pas à pas selon l'invention a l'avantage notable qu'il est inutile d'ajuster exactement la position angulaire relative des deux moitiés avant l'assemblage, car la position angulaire relative est assurée automatiquement. I1 va de soi' que le moteur décrit et représenté peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REllENSICATIO.sTS 1. Moteur pas à pas à au moines un électro-aimant disposé dans un bottier dans lequel tourne un arbre sur lequel est monté un rotor qui en est solidaire en rotation et qui de son c8té est solidaire en rotation d'un induit qui coopère avec l7électro-aimant et qui est capable de coulisser longitudinalement sur l'arbre, ledit moteur comprenant une première cage de roulement à billes qui est concentrique à 11 arbre et qui est solidaire du bottier, ainsi qu'une seconde cage de roulement à billes qui coopère avec la précédente et qui est rotative dans ledit bottier, des billes étant montées entre ces deux cages dont les chemins de roulement sont conformés de manière qu'une force axiale exercée sur la cage rotative ait pour conséquence un mouvement de rotation de cette dernière, l'induit comportant une bride qui se loge derrière la bague rotative du roulement à billes, cette bride comportant par ailleurs une denture droite à flancs obliques qui coopère avec une denture droite correspondante de la cage rotative du roulement à billes, cette dernière cage étant soumise à la force de ressorts de rappel qui tendent à la faire tourner dans le sens inverse au sens de rotation produit par l'induit et un dispositif d'encliquetage assurant la détermination des pas d'avancement du moteur, ce dernier étant caractérisé en ce que la cage rotative du roulement à billes comporte du c8té opposé à celui des chemins de roulement des ergots en saillie parallèlement à l'axe et qui pénètrent dans des fentes circonférencielles complémentaires d'une cage annulaire dans laquelle sont disposés des ressorts de compression qui prennent appui par une extrémité contre cette cage et dont l'autre extrémité de chacun attaque l'un des ergots de la cage rotative du roulement à billes. 2. Moteur pas à pas selon la revendication 1, caractérisé en ce que des billes sont disposées entre les ressort et les ergots de la cage rotative du roulement à billes. 3. Moteur pas à pas selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les fentes circorfé- rencielles de la cage à ressorts sont légèrement rétrécies dans la zone d'extrémité dans laquelle pénètre un ergot de la cage rotative du roulement à billes, de manière que les ressorts ou les billes placés à'l'extrémité de ces derniers s'appliquent contre les épaulements ainsi réalisés à la transition à ces zones d'extrémité. 4. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la cage rotative du roulement à billes est guidée en rotation dans la cage des ressorts. 5. Moteur pas à pas selon la revendication 4, caractérisé en ce que le c8té des chemins de roulement de la cage rotative du roulement à billes au repos est sensiblement à fleur du rebord de la cage des ressorts. 6. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdits ergots sont placés très près des chemins de roulement de la cage correspondante. 7. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rebord de la cage des ressorts comporte des saillies orientées dans le sens opposé à celui des ergots de la cage rotative du roulement à billes et pénétrant dans des alvéoles complémentaires de la cage du roulement à billes qui est solidaire du boftier. 8. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage des ressorts comporte trois fentes circonférencielles régulièrement réparties. 9. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la cage des ressorts comporte entre deux fentes circonférencielles voisines, du c8té opposé à celui de la cage rotative du roulement à billes, un trou dans lequel pénètre sans jeu un téton d'une bague d'encliquetage qui recouvre lesdites fentes circonférencelles de ce c8té. 10. Moteur pas à pas selon la revendication 9, caractérisé en ce que la bague d'encliquetage comporte sur son pourtour intérieur une denture qui coopère avec une bille formant cliquet et montée sur le rotor. 11. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les saillies du rebord de la cage des ressorts pénètrent aussi dans des alvéoles complémentaires du bottier. 12. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que les trous que la cage des ressorts comporte entre les fentes circonférentielles ntont pas tous le mime diamètre. 13. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une disposition du moteur pas à pas ayant une ou plusieurs des particularités spécifiées est montée symétriquement sur le coté de la bague d'encliquetage qui est tourné à l'opposé de la cage des ressorts, mais un seul rotor commun, un seul arbre commun et une seule bague commune d'encliquetage sont prévus. 14. Moteur pas à pas selon la revendication 13, caractérisé en ce que les tétons prévus sur les deux cotés de la bague d'encliquetage sont décalés d'un angle correspondant à l'arc d'encliquetage. 15. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le pas de toutes les dentures est le même. 16. Moteur pas à pas selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fentes circonférencielles que la cage des ressorts a du côté de la cage rotative du roulement à billes ont une largeur juste suffisante pour laisser passer les ergots correspondants de cette cage rotative avec un léger jeu, ces fentes ayant au delà de l'épaulement de transition une largeur leur permettant de lqger les ressorts et les billes de l'extrémité de ces derniers avec un léger jeu.