Brevet FR2400274A1 — publié le 19790309

L'invention se rapporte à un moteur synchrone miniature et plus particulièrement à un moteur synchrone miniature à démarrage autonome. Bien que différents types de moteurs du genre indiqué ci-dessus aient été mis au point de façon satisfaisante, on n'en dispose pas encore qui puisse démarrer de façon autonome, toujours dans la même direction, tout en entant susceptibles de fournir un couple relativement important. Par exemple, le moteur synchrone décrit dans le brevet Américain N 3 256 453 est muni de piles magnétiques N et S (Nord et Sud) disposés alternativement le long de la périphérie du rotoreCdeplusieurs bras de stator comportant chacun une surface polaire et disposés pour entourer le rotor.Avec cette construction cependant, du fait que le nombre de paires de pbles est un nombre pair (par exemple 8), lorsque l'un des piles principaux du stator est magnétisé pour produire une force répulsive entre lui et un pble opposé du rotor- (par exemple un pôle Nord), autre pble principal du stator qui lui est diamétralement opposé ne produit aucune force répulsive entre lui-même et l'autre pôle du rotor (le pôle Nord) qui est diamétralement opposé au premier pôle du rotor précité; il crée au contraire une force répulsive entre lui-mEme et un pôle du rotor (un pôle Sud) qui est adjacent audit autre ptle du rotor. En d'autres termés, le couple du rotor nrest pas produit par des ptles du rotor qui sont diamétralement opposés, ce qui entrain que l'arbre du rotor est soumis à une pression latérale qui est une cause d'usure de cet arbre et qui réduit la durée de vie du moteur. En outre, avec une telle structure, l'une des paires de piles du rotor est inutile à ntimporte quel moment donné, ce qui diminue le rendement de ces pâles. Selon un autre exemple décrit dans le brevet Américain N 3 984 972, le moteur comprend un rotor muni de piles diamétralement opposés et un stator comportant deux parties opposées semi-circulaires entourant le rotor; ces parties opposées étant disposées de façon à être symétriques par rapport à un point de l'axe du rotor. Avec une telle structure, cependant, si la fréquence des impulsions fourniers à un enroulement commun aux deux parties de stator est trop élevée, lorsque le rotor tourne en étant alimenté par un train d'impulsions de commande, avant que le rotor ne s'arrête à une position stable résultant de sa propre inertie, ltimpul- sion suivante risque d'étire appliquée, ce qui peut produire un emballement.En outre, puisque ce moteur est du type "d impulsions pas-à-pas de commande", s'il est alimenté par un courant alternatif n'ayant pas d'intervalle de repos entre les impulsions de commande adjacents le rotor marquera souvent des arrêts stables. Pour cette raison, un tel moteur ne peut normalement fonctionner qu'avec un train d'impulsions de fréquence relativement faible. L'un des buts de 11 invention est d'obtenir un moteur synchrone miniature à démarrage autonome ayant une caractéristique de démarrage améliorée. Un autre but de l'invention est d'obtenir un tel moteur qui ne soit pas affecté par la forme d' onde de la source de commande ou, en autres termes, qui puisse être piloté par une source de courant alternatif. Un autre but de l'invention est dwobtenir un nouveau motor synchrone miniature à démarrage autonome dans lequel l'arbre du rotor n'est pas soumis à une usure latérale. Selon l'invention, on prévoit un moteur synchrone miniature à démarrage autonome caractérisé en ce qu'il comporte - un rotor ayant une pluralité de piles équidistants et de polarités alternées avec un nombre n de piles N supérieur ou égal à 5, n étant un nombre entier impair, - une paire de stators, respectivement un premier et un deuxième stator , ayant des parties semi-circulaires opposées, du méme diamètre, et disposées pour entourer ledit rotor, et - un unique enroulement d'excitation, pour exciter ladite paire de stators, - en ce que les centres desdites parties semi-circulai- res sont décalés del'axe de rotation dudit rotor de sorte que lesdites parties semi-circulaires soient en symétrie par rapport à un point dudit axe de rotation, et en ce que lesdites parties semi-circulaires des premier et second stators comportent des pièces de p5le principal à leurs portions adjacentes, des encoches à d'autres portions et des pièces d'interpale adjacentes auxdites pièces de pale principal les pkarapprochées dudit rotor. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparattront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de deux modes de réalisation préférés d'un moteur conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en référence aux dessins non limitatifs annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en plan montrant la structure de base d'un moteur synchrone miniature à démarrage autonome selon l'invention; - la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie du moteur de la figure 1; et - la figure 3 est une vue à plus grande échelle correspondant à la figure 2 et montrant une variante de l'invention. Le moteur synchrone miniature à démarrage autonome 10 représenté surb figure 1 comprend un rotor 12 muni d'un axe de rotation Il et constitué d'un matériau magnétique tel que par exemple une ferrite au barium isotropique. Les piles N et S équidistants sont localisés de façon alternée par une magnétisation le long de la périphérie du rotor 12 de façon à former au total n paires de pales. Dans le mode de réali sation X ente #, n = 7. Deux stators 14 et 15 entourent le rotor et ces stators comportent des pales de stator 16 et 17 ayant une forme semi-circulaire ou en C et faisant face au rotor. Les extrémités des stators à l'opposé des pales de stator sont interconnectées par un noyau magnétique 13 autour duquel est enroulé un unique bobinage d'excitationl8. Bien que cela ne soit pas représenté sur le dessin, il est bien évident que l'axe il du rotor est maintenu et supporté par un cadre. Le détail des pales des stators 14 et 15 ainsi que le rotor vont maintenant Gtre décrits en référence à la figure 2 dans laquelle les parties semi-circulaires opposées des pales de stator 16 et 17 ont le même rayon et sont disposées symétriquement par rapport à l'axe il du rotor. Cependant, les centres p et q des parties semi-circulaires ne cotncident pas avec l'axe il mais sont légèrement décentrés par rapport à celui-ci. Plus particulièrement, ces centres sont disposés symétriquement par rapport à un point de l'axe 11 et par conséquent également espacés de celui-ci.Les parties semicirculaires des pales 16 et 17-des stators sont pourvues de pièces de pale principal 16a, 16b, 17a et 17b et de pièces dtinterpôle 16c, 16d, 17c et 17d, respectivement, ainsi que d'encoches 19a, 20a; 19b, 20b; et 19c, 20c qui sont définies entre les pièces de pôle principal 16a, 17a et les pièces d'interptle 16c, 17c, entre les pièces d'interpOle 16c, 17c et 16d, 17d et entre les pièces d'interpôle 16d, 17d et les pièces de pale principal 16b, 17b, respectivement.Les fonds de ces encoches sont disposés le long de cercles ayant les mêmes centres p et q que les parties semi-circulaires res pectines, Comme décrit ci-dessus, puisque les centres des parties semi-circulaires des pales de stator sont déportés par rapport à l'axe du rotor, la pièce de pale principal 16b du pôle de stator 16 est la plus rapprochée du rotor et la distance par rapport au rotor augmente pour les pièces d'interpole 16d et 16c (dans cet ordre) et pour la pièce de pale principal 16a. D'autre part, la pièce de pale principal 17a du pale de stator 17 est la plus rapprochée du rotor et la distance par rapport au rotor augmente pour les pièces d'interpOle 17d 17c (dans cet ordre) et pour la pièce de pale principal 17b. En conséquence, si on considère la relation entre les pièces de pble principal et le rotor, la pièce de pale principal 17a est la plus rapprochée de rotor tandis que la pièce de pale principal 16a est la plus éloignée du rotor. De même, la piece de pôle principal 16b est la plus rapprochée du rotor tandis que la pièce de pdle principal 17b est la plus éloignée du rotor. Le nombre de pales du rotor et le nombre de pièces de pale du stator sont déterminés par les conditions suivantes, de façon à toujours appliquer une force répulsive aVkotor. Ainsi, le rotor comport en paires de pales (n étant un entier; 7 dans l'exemple décrit) et le nombre de pièces de pôle du stator est choisi pour être égal à n+1 ; ctest-à-dire 4 dans T l'exemple décrit. Lorsque le nombre de pôles du rotor et le nombre de pièces de pale du stator sont choisis de cette manière, les pièces de pale 17a, 17b, 17c, 16a, 16b et 16d des pôles de stator 16 et 17 viendront exactement en regard des pâles N et S du rotor, respectivement, avec le résultat que lorsque les pièces de polie de stator seront magnétisées par la bobine d'excitation 18, les forces attractives ou répulsives créées entre les pièces de pôle du stator et les pales du rotor seront toutes dirigées dans la même direction et s'ajouteront les unes aux autres pour engendrer un couple moteur.Du fait que les parties semi-circulaires des pales de stator sont décentrées l'une par rapport à l'autre; les pièces de pôle 17d et 16c ne sont pas exactement en regard des pôles correspondant du rotor, mais elles sont situées en des positions décalées telles que le couple est augmente. De cette façon, selon l'invention, il est possible d'éliminer les pâles inactifs inhérents au type de construction décrit dans le brevet Américain N 3 256 453, Par ailleurs, selon l'invention, le nombrep1 du rotor est un nombre impair (7 dans l'exemple décrit) de façon que, lorsque la pièce de pôle 17a arrive en regard d'un pôle S(21a)du rotor, comme représenté sur la figure 2, un pale N(21c), opposé symétriquement au pale 21a, se trouve en regard de la pièce de pôle 16b.Cela signifie que, lorsque la pièce de polie du stator 17a est magnétisée pour devenir un pale S de façon à créer une force répulsive entre lui et le pôle du rotor 21a, la pièce de pôle 16b du stator est magnétisée pour devenir un pôle N de façon qu'une force répulsive soit également créée par elle. Autre part, lorsque le pôle de stator 17 est magnétisé pour agir comme un pble N et lorsque le pôle de stator 16 est magnétisé pour agir comme un pôle S, des forces d'attraction sont créées entre le pôle de rotor 21a et la pièce de pôle, 17a du stator et entre le pôle de rotor 21c et la pièce de pôle 17b du stator.En conséquence, il est possible d'éliminer le problème de l'usure unilatérale de l'axe du rotor qui était inhérent au type de construction décrit dans le brevet Américain N 3 256 463 ; ce qui permet d'augmenter la durée de vie du moteur. Selon l'invention, comme cela apparaîtra & la description du fonctionnement qui va suivre, n est un nombre entier supérieur à 5 parce que des pièces d'interpôle sont prévues en plus des pièces de pale principal. La largeur angulaire des pièces de pale principal 17a, 17b, 16a et 16b est choisie pour être comprise entre environ 65 et 75% de la valeur suivante 3600/nombre de pâles du rotor. Tandis que celle des pièces d'interpôle est comprise entre 40 et 50% de cette valeur. Lorsque les largeurs angulaires sont différentes de ces chiffrez le couple du moteur diminue considérablement. Particulièrement, si la largeur angulaire des pièces de pôle principal est égale à la valeur définie ci-dessus, la tolérance sur la tension d'excitation de l'enroulement 18 devient très étroite, ce qui peut être à l'origine d'un emballement du moteur. Le moteur selon l'invention fonctionne de la façon suivante. Supposons que, à un moment où le rotor est arrêté dans la position représentée sur la figure 2, une impulsion de tension est appliquée au bobinage 18 pour magnétiser le pale de stator 17 de façon à ce que celui-ci agisse comme un pale S et le pôle de stator 16 de façon à ce que celui-ci agisse comme un pale N. Alors la partie de gauche 17al de la pièce de pale 17a est située plus près du pôle S 21a du rotor que la partie de droite 17a2, une force répulsive est engendrée entre la pièce de pôle 17a et le pôle S 21a de sorte que le rotor 12 se met à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. De même, puisque la partie de gauche 17c1 de la pièce dtinterpôle 17c est située plus près du pôle S 21b du rotor que la partie de droite 17c2, une force répulsive est également engendrée entre la pièce d'interpôîe 17c et le pôle S 21b du rotor, avec pour résultat le fait que le rototst soumis à un coupeégalement dirigé dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. De la même manière, une force répulsive est créée entre les pièces dipôle de stator 16b et 16d et les pales S 21c et 21d du rotor, pour entraîner celui-ci dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.Lorsque le rotor a tourné d'un angle prédéterminé, la force répulsive entre 3a pièce de pale 17a du stator et le pôle S 21a du rotor 12 disparatt et une force d'attraction apparat entre un pale N 21e du rotor adjacent au pale S 21a et la pièce de pôle 17a du stator. Des forces d'attraction analogues suint engendrées entre les autres pièces de pale du stator et les autres pâles du rotor, ce qui entratne le rotor en rotation jusqu'à ce que le pôle N 21.e du rotor arrive en regard de la pièce de pôle 17a du stator, L'angle de rotation provoqué par une impulsion est égal à : 3600/14 = 25,70.Lorsque l'excitation de la pièce de pôle 17a disparaît, le rotor s'arrête à une position pour laquelle il a été légèrement attiré vers la partie gauche 17al de la pièce de pôle 17a du stator. Lorsqu' on applique à ltenroulement d'excitation 18 une impulsion de tension de polarité opposée un fonctionnement analogue se répète. De cette façon, en appliquantULternative- ment des impulsions de tension positives et négative, le rotor 12 est entraîné en rotation pas-à-pas. Du fait que les encoches 20a, 20b, 19a et 19b sont pratiquées entre les pièces de pôle principal et les pièces d1interpôle, les forces magnétiques entre ces encoches et le rotor sont considérablement plus faibles que celles qui sont créées entre les pièces de pôle du stator et le rotor.En conséquence, les forces magnétiques créées entre les pièces de pôle du stator 17a, 17c, 16b et 16d et les pales du rotor sont plus grandes que celles qui sont créées dans les moteurs selon l'art antérieur, ce qui augmente le couple. En outre, puisque. les pièces de pôle principal 16a et 17b sont plus éloignées du rotor que les autres pièces de pôle principal, l'influence de ces pièces de pôle 16a et 17b, au démarrage, n'est pas importante mais ces pièces de pôle agissent pour créer des chemins pour le flux magnétique s'écoulant entre elles et les pièces de pôle principal adjacentes 17a et 16b du stator. Comme cela est décrit ci-dessus, selon l'invention, du fait que des encoches sont prévues dans les pôles du stator, un nombre désiré d'interptlfs est défini entre les pièces -de pôle principal du stator et du fait que les parties semicirculaires des pales de stator sont excentrées et que les pièces de pôle principal 16a et 17b sont plus éloignées du rotor, un plus grand couple est appliqué au rotor, indépendamment de la position angulaire de ce dernier ce qui permet un démarrage autonome du rotor sans l'inconvénient des points morts, comme dans les constructions selon l'art antérieur. lorsq'une impulsion de tension est appliquée à l'enroulement d'excitation 18, les pôles de stator 16 et 17 sont magnétisés alternativement dans des directions opposées pour créer des forces d'attraction et de répulsion entre les pièces de pôle du stator et les pales du rotor, ce qui implique que le rotor tourne Bune vitesse correspondant à la fréquence des impulsions de tension. Lorsque ces impulsions de tension ont une fréquence basse, par exemple 1 ou 2 Hertz, le rotor tourne pas-à-pas à une vitesse correspondant à la fréquence desdites impulsions et dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, alors que lorsque ces impulsions ont une fréquence plus élevée, par exemple 25 à 35 Hertz, le rotor tourne de façon continue et régulière et non plus de façon pas-à-pas.Le sens de rotation peut être le sens des aiguilles d'une montre ou l'inverse. Pour de telles fréquences hautes, une source d'impulsions de tension ayant un rapport cyclique égal à 1 peut être utilisée aussi bien qu'unie onde sinusoIdale. Selon le mode de réalisation décrit ci-dessus, les parties semi-circulaires des pâles de stator 16 et 17, sont pourvues de pièces de pôle principal 16a, 6b, 17a et 17b et de pièces d'interpôle 16c, 16d, 17c et 17d qui sont séparées par des encoches 19a, 19b, 19c, 20a, 20b et 20c, respectivement, de telle façon que à un moment donné où les encoches sont en regard des polies du rotor, les forces d'attraction et de répulsion créées entre eux sont réduites. Pour cette raison, aucune contrainte n'est créée entre les pôles du rotor et ceux du stator, comme c'était le cas dans les constructions selon l'art antérieur. Cet avantage est indépendant de la fréquence des impulsions de tension appliquées à l'enroulement d'excitation 18 En conséquence, le moteur selon l'invention fonctionne de façon stable, sans risque d'emballement et sans points morts, dans une large gamme - de fréquences, depuis de basses jusqu'à de hautes fréquences. Lorsque le moteur est commandé par des impulsions de tension à basse fréquence, bien que le moteur fonctionne de façon satisfaisante avec seulement des pièces de pôle principal de stator 17a, 17b, 16a et 16b, il est avantageux, pour augmenter le couple de démarrage et pour assurer un fonctionnement stable, d'ajouter des pièces d'interpale telles que 17c, 17d, 16c et 16d. La figure 3 représente une variante de l'invention qui diffère du mode de réalisation de la figure 2 en ce que la pièce d1interpôle 17'c est plus près de la pièce de pale principal 17a que ne l'était la pièce dtinterple 17c représentée sur la figure 2. Le rapprochement angulaire est d'environ 3600/nombre de pales du rotor/4. De la même manière, la pièce d'interpôle 17!d est plus rapprochée de la pièce de polie principal 17b que ne l'été la pièce dtinter- pôle 17d représentée sur la figure 2; le rapprochement angulaire ayant la valeur définie ci-dessus.En outre, les pièces d'interpôle 16'c et l6td du pole de stator 16 sont également décalées du même angle dans la direction des pièces de pôle principal 16a et 16b, par rapport à la figure 2. Le reste de la structure est identique au mode de réalisatinn illustré sur la figure 2. Comme cela est décrit ci-dessus dans le mode de réalisation représenté sur la figure 3, bien que les pièces de pôle principal 16a, 16b, 17a et 17b font face sensiblement exactement aux pâles correspondants du rotor comme dans le mode de réalisation de la figure 2, ceci n'est plus vrai pour les pièces d'înterpôl-e 16'c, i6'd, 17'c et I7'd. Supposcn que le rotor soit en arrêt à la position représentée sur la figure 2. lorsque une tension est appliquée au bobinage dsexcitation 18 pour magnétiser les pôles du stator 16 et 17 de façon qu'ils se comportent comme des pâles N et S, respectivement, alors une force d'attraction est créée entre la partie gauche 17'cl de la pièce d'inter- pale 17'c et le pble S 21b du rotor ce qui provoque un couple dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, s'exerçant sur le rotor Comme cela est décrit ci-dessus, du fait que la pièce dsinterpôle 17'c est située plus près de la pièce de pdle principal 17a, l'angle de rotation est cette fois plus grand que dans le cas de la figure 2.En conséquence, le pale S 21a du rotor est amené plus près de la partie droite 17a1 de la pièce de pôle principal 17a. De la même manière, une force d'attraction analogue est créée entre la partie droite 16'd1 de la pièce dtinterp81e 16'd et le pale N de rotor 21d, attirant ainsi le pôle N 21c du rotor vers la partie droite 16'b' de la pièce de pôle principal 16b, Pour cette raison, les forces d'attraction et de répulsion entre les pâles de rotor et les pièces de pble de stator sont plus grandes que celles qui sont obtenues avec la structure de la figure 2; avec le résultat que le rotor démarre de lui-mEme rapidement sans aucun inconvénient d: à de quelconques points morts. Les pièces d'interpoles contribuent peu au couple du rotor de sorte qutelles peuvent entre supprimées. Cependant, les pièces d1interpoles 16'c et 16'd peuvent outre combinées avec les pièces de polie du stator puisque les pôles de stator 16 et 17 sont symétriques. Bien que dans les modes de réalisation décrits cidessus on a prévu qu'un seul enroulement d'excitation 18 bobiné autour d'un noyau commun, chaque stator peut être pourvu dcun pdle de stator et d'un noyau; lesdits noyaux pouvant entre interconnectes par un autre noyau pourvu d'un bobinage d'excitation. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation du moteur qui viennent autre décrits, elle comprend tous les équivalents techniques des moyens mis en jeu si ceux-ci le sont dans le cadre des revendications qui suivent. REVEND I C A T I 0 NS. 1. Moteur synchrone miniature à démarrage autonome, caractérisé en ce qutil comporte : - un rotor ayant une pluralité de pôles équidistants et de polarités alternées avec un nombre n de paires de piles supérieur ou égal à 5, n étant un nombre entier impair, - une paire de stators, respectivement un premier et un second stator , ayant des parties semi-circulaires opposées, d'un meme diamètre, et disposes pour entourer ledit rotor,et - un unique enroulement d'excitation pour exciter ladite paire de stators, en ce que les centres desdites parties semi-circulaires sont décalés de l'axe de rotation dudit rotor de sorte que lesdites parties semi-circulaires soient en-symétrie par rapport à un point dudit axe de rotation, que lesdites parties semi-circulaires des premier et second stators comportent des pièces de pôle principal à leursportions adjacentes, des encoches à d'autres portions et des pièces d'interptle adjacentes auxdites pie ces de pôle principal les plus rapprochées dudit rotor. 2o Moteur selon la revendication , caractérisé en ce que lesdites pièces d'interpOle sont situées de façon que lorsque lesdites pièces de pôle principal des premier et second stators qui sont les plus rapprochées du rotor se trouvent en regard de pâles du rotor d'une polarité, lesdites pièces dtinterpôle se trouvent en regard d'autres pâles du rotor ayant une polarité opposée et qui sont adjacents auxdits pales de ladite polarité. 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites pièces d'interptle sont disposées à des positions telles queles pièces de pôle principal des premier et second stators qui sont les plus rapproches du rotor sont disposées en regard de pâles du rotor d'une polarité, lesdites pièces dtinterpôle sont disposées à des positions déplacées dtun angle prédéterminé vers lesdites pièces de pXle principal à partir des autres pâles de rotor ayant une polarité opposée à.celle desdits pâles de rotor et disposés adjacents à ceux-ci. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit angle prédéterminé est (360 /2n)/4. 5. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre de pièces de pôle principal et de pièces d'interpôle pour chaque partie semi-circulaire précitée est égal à : (n+1)/2 et que lesdites pièces de pole principal et d'interpole et lesdites encoches sont localisées pour être en regard de palles différents du rotor. 6. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pièces d'interpôle entre les pièces de pôle principal définies aux extrémités opposées de chacune desdites parties semi-circulaires sont situées à des emplacements déplacés desdits pâles de rotor d'une polarité, d'un angle prédéterminé vers lesdites pièces de pble principal lorsque celles-ci sont en regarddrautres pâles du rotor ayant la même polarité que lesdits piles de rotor d'une polarité et situés adjacents à ceux-ci.