Brevet FR2367372A1 — publié le 19780505

La présente convention se rapporte a un micromoteur electrique fonctionnant sous tension continue, particulièrement destine a l'equipement de jouets et petits appareils electromenagers. Elle vise l'obtention d'un faible prix de revient tout en assurant au moteur une fiabilite et un rendement satisfaisants. Cet ensemble de qualites est obtenu grâce a une conception technologique simple permettant - une economie de matières premières et particulièrement de celles actuellement onereuses ou risquant de se raréfier - l'emploi d'un nombre reduitde pieces base de lteconomie de main-d'oewre et de la facilite de mecanisation. Le moteur envisage est represente dans son ensemble par les figures 1, 4, 7. I1 peut être decompose en ensembles partiels suivants A - un stator B - un rotor C - des organes de contacts electriques et de commutations. Pour la clarte de l'expose on énumérera les pièces composant chaque ensemble, on precisera leurs fonctions et les décrira A Le stator Fig. 1, 4, 7 - I1 comprend A1 : 2 aimants permanents 1, 2 Fonctions : fournir le flux magne tique participer, dans une faible part, a la rigidite du stator. Description : Pour des raisons economiques et plus particulierement pour la classe : moteurs jouets les aimants sont de preference realises en "Caoutchouc magnétique" (ferrifler ou autres) grains orientes ou non. Ces aimants sont en effet nettement moins chers que ceux correspondants obtenus par frittage de ferrites. D'autre part ils se prêtent à l'obtention de côtes precises base de la facilite du montage mecanique et de la fiabilite, alors que les aimants en fritte necessitent pour celà une rectification. A noter que ce choix : (aimants en caoutchouc magne tique) pour les moteurs de classe "jouets" est adopte par un certain nombre de constructeurs. Toutefois les conceptions connues prevoient un enroulement de la bande de caoutchoux magne tique à l'interieur d'un godet d'acier doux.Si techniquement cette solution est simple elle a par contre l'inconvenîent d'employer inutilement pour la creation du flux 30 à 50 % de 11 aimant. La fig. il represente un aimant 1, vu en perspective et sur lequel est accole un epanouissement polaire statorique que nous decrivons plus loin, Dans le cas de moteurs plus particulièrement destinés des appareils électro-ménagers il peut être avantageux d'utiliser des aimants en frit té, ayant aussi la forme de tuile, Fig. 12, d'un volume identique à celui de l'ensemble précédent. Ce fait souligne la souplesse de la conception. A2 : 2 épanouissements polaires statoriques -3-4 Fig. 1,7,11 Fonction principale : Collecter le flux de l'aimant et le conduire au droit des piles du rotor. Si, en effet, les aimants en "caoutchouc magnétique" présentent les avantages indiqués en page 1 ils ont l'inconvénient de fournir au droit du pôle du rotor une induction deux a trois fois plus faible que celui-ci, dans sa conception actuelle, peut accepter. Grâce à l'emploi d'aimants de surface 2 a 4 fois celle d'un pôle du rotor et d'une collection du flux émis cet inconvénient est largement atténué. Fonction secondaire : Participer, pour une faible part, a la rigidité du stator. Description : La pièce se présente sous la forme d'une tuile de faible-épaisseur en tele douce ou de qualité "magnetique" qui peut être collée à l'aimant. A noter ici que tout en gardant el + e2 constant (Fig. 11) on peut faire varier e1 et e2 sans modification consécutive des autres pièces du moteur. Ceci permet d'adapter l'aimant aux caractéristiques et a l'usage du moiteur. Ceci souligne à nouveau la souplesse de la conception. A3 : Une culasse 5 Fig. 1, 4, 13. Fonctions : Permettre la fermeture du flux magnétique. Participer à la rigidité du stator. Description : C'est une virole en tôle douce dont les deux bords longitudinaux se ou présentent entre eux un faible espace. A noter que cette pièce est prisonnière entre le corps et le chapeau palier A4 : Un corps 6 Fig. 1, 2, 4, 5, 7. Fonction principale : Positionner et assembler les différentes pièces composant le stator (Aimants, virole, épanouissement polaires statoriques (éventuellement) Autres fonctions : Recevoir ou tenir lieu de coussinet Recevoir et positionner les balais Permettre la fixation du moteur. Description : Il se compose d'un plateau avec deux montants 9-10 en forme de tuile courbe allongée (Fig. 2,5,8). Il comporte deux gorges profondes en arc de cercle 7, 8 dans lesquelles viennent se positionnes uae des extrémités des aimants et epanouissements statoriques. Ces pieces sont par ailleurs maintenues en position par les flancs des montants 9, 10. Le bas du plateau du corps (selon dessin) presente un bossage avec alisage central pouvant servir de coussinet (Fig. 1,2) ou recevoir un coussinet (Fig. 17) ou un roulement a billes (Fig. 18). Ce dernier ensemble sera decrit plus loin (page 6). Le bossage permet en outre de fixer le moteur en penetrant sans jeu dans le trou d'une fourchette portee par l'appareil d'utilisation. La partie superieure (selon le dessin) des montants presente un evidement a section en forme de V. Son but est de recevoir un des balais et dele positionner longitudinaiement grâce a un ergot (13-14) de forme prismatique Fig. 2,5,8,10. La matiere composant le corps, comme le chapeau doit être isolante, amagnetique et moulable. Elle peut en consequence être choisie parmi les matieres plastiques thermo-injectables (Polystyrene ABS - Polyamides Polycarbonates...) ou les matieres thermoformables (Backélites...). A5 : Un chapeau palier - 15 Fig. 1,7,3,6. Fonctions : Porter le 2e coussinet Fermer le moteur et le rigidifier Assujettir le balai dans son logement. Maintenir en place les aimants Permettre la fixation du moteur Descriptipn : Voir Fig. 1.7, 3.6. .Le coussinet peut être obtenu directement de moulage ou être insere comme il est represente dans la Fig. 17. .Un roulement peut egalement être loge dans le bossage (Fig. 18) - Une gorge circulaire profonde 16 permet de recevoir les extreinites des aimants et des montants du corps. Ainsi le moteur se trouve ferme et rigidifié. Au fond des cavites recevants les montants du corps sont prévus deux ergots prismatiques 17-18 qui au montage, viennent coincer les balais dans leur logement (voir Fig. 10). - 4 nervures telles que 19 (Fig. 6-1) ou pour but de fixer longitudinalement les aimants. Les nervures circulaires 20.21 assurent la concentricité des aimants vis à vis de l'axe de rotation. Le bossage prévu dans le chapeau permet de fixer le moteur sur une fourchette élastique dont les deux branches libres présentent un trou du diametre des bossages. B. Le rotor. I1 comprend B1 - un axe B2 - un empilage de tôles B3 - des boginages B1 - B3 - Axes et bobinages : Ces constituants étant classiques ne seront pas décrits. B2 - Empilage de tôles : 22 Fig. 1, 4. Fonctions : a) recevoir le flux inducteur b) recevoir les bobinages c) réduire les pertes par courants de Foucault. Il ne sera rien dit concernant les fonctions a, b. Dans les conceptions connues, la réception des bobinages exige l'emploi d'isolants d'encoches qui d'une part réduisent la surface active de celles-ci dans de forte proportions, et d'autre part conduisent toutes choses égales d'ailleurs à une augmentation du poids de fil. Pour remédier à ces inconvénients la conception du rotor prévoit l'exécution, sur les tôles, des opérations suivantes un tonnelage pour arondir les arêtes une phosphatation cristalline pour obtenir une couche électrique ment isolante. Eventuellement un vernissage de quelques centiemes de m/m d'épais seur du paquet de tôles. Ainsi les tôles sont bien isolées les unes des autres et peuvent recevoir les bobinages sans isolants d'encoche. Pour un meme nombre de spires le diamètre du fil se trouve augmenté et sa longueur diminuée. I1 en résulte une amélioration du rendement du moteur. C Les organes de contacts électriques et commutation. Ils comprennent C1 - deux balais C2 - un collecteur C1 - Les balais : 23 Fig. 1;8,9,1O. Fonctions : amener le courant au collecteur recevoir l'extrémité du fil de l'appareil d'utilisation. Description : La fig. 9 représente le balai en vue perspective. I1 peut être décomposé en trois parties Partie droite - Partie centrale - Partie gauche. Partie droite : Elle comporte un trou pour la réception du fil de l'appareil d'utilisation, une encoche triangulaire de positionnement et d'accrochage dans la branche du corps. Partie médiane : Sa fonction est de faire ressort. Pour cela, la lame a été réduite en largeur par une découpe et en épaisseur par un écra sement faisant suite à la découpe. Ainsi, par exemple, à partir d'une épaisseur initiale de 0,3, la partie centrale peut être amenée à 0,1. La partie gauche : Elle constitue le contact ou frotteur. On note sur sa face avant des cavités pouvant etre crées par enfoncement d'un poinçon dont l'extrémité serait taillée en fines pointes de dia mant. Leur rôle est d'mprisonner un vernis au graphite servant d'une part à la lubrification, d'autre part à la réduction des étincelles. Cette conception générale des balais présente sur celles usuelles qui consistent à souder ou à riveter un frotteur, les avantages suivants - Prix matière et main d'oeuvre réduits puisque on a une seule pièce dont les opérations de fabrication peuvent se mécaniser facilement (pas de transferts). - Légéreté de la partie vibrante du fait de la réduction de la partie faisant ressort et de l'absence de frotteur rapporté - Ceci présente l'intéret de réduire la période de vibration du frotteur qui ainsi tend moins à décoller du collecteur par suite des propres vibrations du rotor. - Ainsi, toutes proportions égales d'ailleurs, on peut augmenter la vitesse de rotation ce qui est toujours un facteur d'économie matière. C2 - Le collecteur 24 Fig. 1,7,19. Fonctions. Recevoir le courant des balais Assurer la commutation. Description : L'ensemble est assez classique : 3 lames ancrées par une de leurs extrémités dans un fut ou corps en matière plastique. On remarque toutefois les détails, suivants Entre les lames se trouve un filet de triangulaire 25 Fig. 19, de matière plastique de hauteur un peu inférieure à celle des lames. Son but est d'éviter que des grains de matière conductrice provenant des frotteurs mettent deux lames en court-circuit. Les lames présentent des entailles (Fig 19) relativement profondes garnies d'une matière conductrice et lubrifiante, telle par exemple un vernis au graphite et tétrafluoréthylène. Ces entailles se trouvent situées à quelques diziànes de m/m les unes des autres. On les exécute en continu sur la bande, on les garnis de vernis puis on écrase les lèves de façon à les rabattre sur le vernis et d'emprisonner celui-ci. (analogie avec les incrustations). Ainsi se trouve fixé un lubrifiant au graphite servant également à réduire l'étincelage. D'où une augmentation de la durée de vie des frotteurs. Roulement à billes. (Fig 18) Il est ainsi réalisé 6 bulles, 26 de diamètre inférieur de quelques centième de m/m à celui de l'axe sont introduits dans une coupelle 27 en acier doux dont le fond comporte un trou circulaire. Le diametre extérieur est égal à celui de la cavité prévue dans le bossage du chapeau. L'ensemble coupelle billes est introduit dans son logement. On passe alors à l'intérieur des billes un axe tournant dont l'extrémité est légèrement conique et dont la diamètre est de quelques microns supérieur à celui de l'axe du moteur. Les billes sont ainsi forcées vers l'extérieur et font un chemin de roulement dans la cuvette. En outre en dilatant la partie de celle-ci leur faisant droit elles l'ancrent dans le bossage. Possibilité d'obtenir une variantion du flux inducteur par rotation de la-virole Fig 14-15-16. Pour que le flux inducteur puisse passer d'un aimant à l'autre c'est à-dire se fermer, il faut que l'espace libre entre les extrémités longitudinales de la virole soit situé au centre d'un des aimants. - Dans la Fig 14 le flux magnétique passe à égalité dans les parties haute et basse de la virole. - Dans la Fig 15 le flus passe seulement dans la partie haute. Si dans le cas de la Fig 14 celle-ci est saturée, dans celui de la Fig 15 le flux total sera la moitié du précédent. - Dans la Fig 16 le flux se trouve mal collecté dans le bas de la virole. Sa valeur est nettement inférieure à celle correspondant à la Fig 14. REVENDICATIONS 1. Micromoteur électrique fonctionnant sous tension continue, à aimant permanent destiné particulièrement à l'équipement de jouets caractérisé par l'emploi d'aimants en forme de tuile positionnés à leurs extrémités curvilignes dans des gorges profondes portées d'une part par le corps d'autre part par le chapeau et positionnés sur leurs flancs entre deux montants en forme de tuile faisant partie du corps... 2. Mécromoteur selon la revendication 1 caractériré par le-fait que les aimants en tuile sont réalisé de préférence en"caoutchouc magnétique" (Perriflex et autres...) et sont associés à des épanouissements polaires. Statoriques constitués par une tôle en acier doux en forme également de tuile. 3. Micromoteur selon la revendication I caractérisé par le fait que des nervures portées par le chapeau maintiennent les aimants en place dans le sens longitudinal. 4. Micromoteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les balais sont coincés dans des entailles en forme de V portées par les montants du corps et un coin venu dans le chapeau. 5. Micromoteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le positionnement des balais dans le sens longitudinal est réalisé par la présence d'ergots prismatiques moulés dans les entailles portées par les montants du corps, et qui pénetrent dans une échancrure en V fait dans les balais. 6. Micromoteur selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les balais sont rectilignes et que la partie fléchissante assurant la pression est d'épaisseur inférieure à celle de la partie frottante par suite de son aplatissement. 7. Micromoteur selon la revendication 1 caractérise par le fait que la culasse statorique fermant le flux magnétique est réalisée par une virole d'acier doux. 8. Micromoteur selon la revendication 7 dans lequel la virole en acier doux formant la culasse est à bord non jointifs et peut être tournée pour faire varier le flux magnétique. 9. Micromoteur caractérisé par le fait qu'un roulement à billes est ancré dans un alvéole portée par le corps ou le chapeau grace au forçage de billes contre une coupelle servant de chemin de roulement. 10. Micromoteur dont le rotor est caractérisé par le fait que les tales le composant sont ébarbées par tonnelage et traitées par une phosphatation cristalline. 11. Micromoteur dont le collecteur est caractérisé par une saillie triangulaire de la matière pastique constituant le corps, située dans l'intervale entre deux lames. 12. Micromoteur selon la revendication 11 dont le collecteur est caractérisé par le fait que les lames sont pourvues d'entailles longitudinales rapprochées et garnies d'un mélange lubrifiant tel un vernis au graphite et polytétrafluoréthylène.