Brevet FR2430128A1 — publié le 19800125

La présente invention, qui résulte de travaux faits au laboratoire d'électro-mécanique de l'Université de Technologie de Compiegne, a pour objet un moteur a deux directions de mouvement, l'une circulaire, par rotation, l'autre linéaire, par translation. De nombreux dispositifs mécaniques d'entrainement et de positionnement ont pour objet de commander en rotation et en déplacement linéaire des organes mécaniques a deux degrés de liberté, l'un en rotation, l'autre en déplacement linéaire selon l'axe de rotation. Ces mécanismes nécessitent une combinaison complexe de plusieurs moteurs tournants ou linéaires et des transmissions par tringleries complexes et sujettes a dérangement. Le but dela présente invention est de proposer un nouveau moteur permettant d'appliquer à un objet un mouvement circulaire et un mouvement linéaire. Pour atteindre le but de l'invention, on part d'un moteur linéaire du type comportant un rotor induit cylindrique libre en coulissement et un stator comportant un bobinage tubulaire combiné avec une armature magnétique de profil radial en forme de peignes dont les dents, dirigées radialement vers le centre, sont les noyaux et dont les branches sont les culasses.Le but de l'invention est atteint par le fait que l'armature magnétique en forme de peignes est divisée en éléments magnétiques longitudinaux angulairement écartés les uns des autres, chacun desdits éléments longitudinaux constitue l'un des noyaux magnétiques d'un inducteur à faisceaux de bobinage ondulé, dont les faisceaux sont disposés longitudinalement entre les branches desdits éléments longitudinaux et un manchon magnétique entoure les branches des peignes, constituant ainsi culasse dudit inducteur, lequel crée ainsi un couple en rotation s'exerçant sur le rotor. De cette façon, on obtient un flux tournant engendré par l'inducteur asynchrone à faisceaux de bobinage ondulé classique, ledit flux tournant induisant un couple résultant sur le rotor. On peut également obtenir, simultanément ou séparément dans le temps, un flux glissant engendré par le bobinage tubulaire asynchrone induisant sur l'induit tubulaire une force résultante dirigée selon son axe. Selon un mode de réalisation préféré, chaque élément magnétique longitudinal est constitué par un empilement feuilleté de tôles en peignes. Ce mode de réalisation, qui ne s'écarte pas, en soi, de la structure usuelle de l'armature d'un moteur linéaire à champ glissant est plus facile à mettre en oeuvre que dans les moteurs linéaires classiques puisque, dans le moteur de l'invention, on n'a plus à faire face à l'incompatibilité entre la structure en feuilletage et sa disposition radiale sur un cercle de 3600. On évite ainsi d'avoir recours à des artifices comme décrit dans le brevet 2202394. Selon un mode de réalisation de l'invention préféré, le manchon magnétique est constitué par un empilement feuilleté de tôles plates en disques annulaires. De cette façon, on réduit considérablement les pertes par courants de Foucault. Grâce au croisement des tôles longitudinales des éléments magnétiques longitudinaux avec les tôles transversales du manchon les entourant, on obtient une excellente concentration du flux résultant qui a alors la possibilité de se déplacer dans les deux directions. Pour que le stator ne soit pas soumis à des efforts de déformation, il est conforme à l'invention que les éléments magnétiques longitudinaux soient maintenus écartés angulairement les uns des autres au moyen de cales disposées dans les espaces délimités circulairement par les dents de deux éléments magnétiques longitudinaux successifs, radiale lonSitudinaut ment par l'entrefer et les faisceaux du bobinage à faisceaux et longitudinalement par deux bobines successives du bobinage tubulaire. Il est avantageux que les éléments magnétiques longitudinaux et le manchon soient mis en contact mutuel étroit. Selon un mode de réalisation avantageux, le rotor, qui est un tube en fer doux, est revêtu d'un dépôt de cuivre protégé par un revêtement dur, tel que le chrome dur. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui sera donnée ci-après, uniquement à titre d'exemple, d'un mode de réalisation de l'invention. On se reportera à cet effet aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 représente, en vue éclatée, un moteur conforme à l'invention, - la figure 2 représente une particularité du mode d'assemblage du moteur de la figure 1. Le moteur de la figure 1 comporte un induit constitué par un tube droit de fer doux 1, disposé dans l'axe d'un bati cylindrique 2 aux extrémités duquel il repose sur deux paliers 3 de roulement à couloirs à billes dont, pour la clarté de la figure, un seul est représenté en éclaté. Sur les deux paliers 3, le tube 1 a deux degrés de liberté, respectivement en translation selon son axe et en rotation autour de son axe. Un premier inducteur à bobinage tubulaire entoure directement le tube 1 qui est l'induit d'un moteur linéaire ainsi réalisé. A cet effet, on a disposé des bobines d'induction 4 à bobinage concentrique à l'axe du tube 1, espacées les unes des autres par les dents 8 d'une armature magnétique 5 constituée par la juxtaposition de tôles planes 6 en forme de peignes dont les branches 7 surmontent les bobines 4. On reconnait jusqu'ici les éléments structurels d'un moteur linéaire classique. Mais, à la différence d'un moteur linéaire classique, les tôles planes 6, en forme de peignes, sont disposées en paquets 9 répartis en écartements angulaires réguliers. Les intervalles réguliers entre les paquets de tôles 9 logent les faisceaux 10 d'un second inducteur à faisceaux de bobinage ondulé, dont ils constituent les noyaux magnétiques. Pour la clarté du dessin, on a représenté seulement quelques unes des tartes de bobines du bobinage ondulé. Un manchon 11 constitué par un empilement de tôles annulaires plates 12 est en contact étroit de serrage avec la surface périphérique de 11 ensemble des paquets 9 de tôles planes 6. Etant donné que l'intervalle entre paquets 9 de tôles 6 n'a d'utilité pratique que pour loger le bobinage faisceaux 10, cela avantage le mouvement linéaire, mais désavantage à ltextrême le mouvement tournant, d'où la nécessité de prévoir les cales 13, dont il sera parlé plUs loin, en matériau magnétique. On a donc obtenu, pour un seul induit, å savoir le tube 1, deux inducteurs dans un seul stator, à savoir : un inducteur de moteur linéaire constitué par le bobinage tubulaire disposé en bobines 4 et l'armature de tôles 6 dans laquelle est engendré un flux magnétique glissant induisant une force axiale de translation sur le tube 1 ; et un inducteur de moteur rotatif constitué par le bobinage à faisceaux 10 de bobinage ondulé disposés entre les branches des paquets 9 de peignes et lesdits paquets de toles qui constituent noyaux d'une armature dans laquelle est engendré un flux magnétique tournant canalisé par les anneaux 12 qui servent de culasses et réduisent, par leur configuration feuilletée, les pertes par courants de Foucault. Avant d'aller plus loin dans la description, on relèvera les avantages suivants de l'invention. Le premier avantage est que le flux tournant ne peut pas engendrer dans la partie non dentée des tôles 6 de courants induits en raison de leur géométrie. Un autre avantage est que la construction proposée par l'invention permet d'utiliser des tôles magnétiques à cristaux orientés dans le sens radial pour les tôles 6 afin d'accroitre la puissance massique du moteur en augmentant le flux dans les dents 8. Un autre avantage est qu'il est facile d'aléser et de rectifier l'intérieur du cylindre constitué par l'empilement des tôles assemblées p sei de réduire 11'entrefer statique" entre inducteurs et induit on vue daug- menter le flux tournant. Pour il est prévu de Pour assurer la rdizidité du stator, il est prévu de disposer des cales dans les espaces délimités circulairement par les dents de deux paquets 9 successifs radialement par l'entrefer et les faisceaux 10 et longitudinalement par deux bobines 4 successives. On se référera maintenant à la figure 2, en regard de laquelle on décrira maintenant le mode d'assemblage du moteur. A cet effet, chacune des tôles 6 comporte, de part et d'autre, au delà de chacune de ses deux dents extrêmes 8, un prolongement 14 de sa branche 7. Ce prolongement 14 a un redent 15 présentant une arête 16 dirigée extérieurement selon les lignes F vers un point situé sur le prolongement de l'axe du moteur. On a prévu, par ailleurs, deux anneaux tronconiques 17, munis chacun sur leur petite face d'au moins trois vis 18 les traversant complètement, chacune dans un perçage filet. Sur un mandrin de montage, on dispose, à écartements convenables, les bobines 4 et les deux anneaux 17, petites faces tournées vers l'extérieur. On place ensuite, l'un après l'autre, les paquets 9 de tôles 6 en chevauchant les bobines 4 entre chaque groupe de dents 8 et en engageant les redents 15 sur la partie conique des anneaux 17. Entre chaque paquet 9 de tôles 6, on intercale les cales 13 dans 11 espace défini précédemment. Ensuite, on dispose, par l'extérieur, les faisceaux 10 préalablement protégés par une gaine isolante, puis on chemise le tout avec les anneaux de tôle plate 12 préalablement montés et fixés dans le bati 2. A ce stade du montage, il suffit de serrer les vis 18 qui servent de vérins de serrage par appui sur les dents extrêmes 8, d'ou écartement en extension des tôles 6 contre les tôles croisées 12, ce qui assure à la fois l'assenblage définitif du stator et un contact mutuel étroit entre les éléments magnétiques longitudinaux et ltempilement annulaire servant de manchon magnétique. I1 nty a plus qu'à retirer le mandrin de montage, éventuellement à aléser ou rectifier l'intérieur du stator, et à placer l'induit et les paliers 3 de roulement à couloirs à billes. la demanderesse a pu constater que le rendement du moteur était amélioré par un revêtement extérieur de cuivre électrolytique sur le tube induit 1 en fer doux et que ce revêtement était avantageusement protégé par un revêtement en chrome dur sur couche de support en nickel. Un avantage, non encore décrit, du moteur de l'invention, est que l'induit 11 peut être monté sur des paliers étanches pour de faibles vitesses périphériques ou de translation, ce qui permet son remplissage éventuel par du ferrofluide ou un fluide caloporteur quelconque afin d'améliorer sa puissance massique. Dans les descriptions précédentes, on n'a pas décrit de schéma de montage électrique. I1 est clair que 11 invention permet de réaliser, dans un meme stator, deux inducteurs de moteurs asychrone polyphasés, l'un linéaire, l'autre tournant et que les branchements respectifs du bobinage tubulaire et des faisceaux de bobinage ondulé pourront etre réalisés de façon fixe ou commutable et simultanément ou séparément selon tous montages connus. REVENDICATIONS 10) Moteur à deux directions de mouvement, l'une circulaire, par rotation, l'autre linéaire, par translation, du type comportant un rotor induit cylindrique libre en coulissement et un stator comportant un bobinage tubulaire combiné avec une armature magnétique de profil radial en forme de peignes dont les dents, dirigées radialement vers le centre, sont les noyaux et dont les branches sont les culasses, caractérisé en ce que l'armature magnétique en forme de peignes est divisée en éléments magnétiques longitudinaux angulairement écartés, au moins périphériquement, les uns des autres ------chacun desdits éléments longitudinaux constitue l'un des noyaux magnétiques d'un inducteur à faisceaux de bobinage ondulé, dont les faisceaux sont disposés longitudinalement entre les branches desdits éléments longitudinaux et un manchon magnétique entoure les branches des peignes, constituant ainsi culasse dudit inducteur, lequel crée ainsi un couple en rotation s'exer çant sur le rotor. 20) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque élément magnétique longitudinal est constitué par un empilement feuilleté de tôles en peignes. 30) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon magnétique est constitué par un empilement feuilleté de tôles plates en disques annulaires. 40) Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments magnétiques longitudinaux sont maintenus écartés angulairement les uns des autres au amagnétiques moyen de cales disposées dans les espaces délimités circulaire- ment par les dents de deux éléments magnétiques longitudinaux successifs, radialement par l'entrefer et les faisceaux du bobinage à faisncgeau eet longitudinalement par deux bobines successives du bobinage tubulaire. 50) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments magnétiques longitudinaux et le manchon sont en contact mutuel étroit. 60) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les éléments magnétiques longitudinaux sont assemblés ensemble par serrage en expansion radiale contre le manchon magnétique. 70) Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le serrage en expansion radiale est les obtenu par le fait que/deux extrémités de chaque élément magnétique longitudinal comportent un redent présentant une face ou intérieure arête/dirigée extérieurement vers un point situé sur le prolongement de l'axe du moteur, tous les redents d'un même côté sont montés circulairement sur un anneau tronconique en concordance de forme et l'anneau tronconique comporte des moyens de poussée en écartement sur les dents extrêmes des éléments magnétiques longitudinaux. 80) Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le rotor est revêtu sur sa surface extérieure d'un dépôt de cuivre. 90) Moteur selon la revendication 8, caractérise en ce que le dépôt de cuivre est protégé extérieurement par un revêtement dur. 100) Moteur selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le rotor est un tube en fer doux.