Brevet FR2459575A1 — publié le 19810109

"Moteur pas à pas". L'invention concerne un moteur pas à pas mnuni d'un stator et comportant au moins: - une première partie de stator annulaire avec une bobine annulaire et une enveloppe magnétiquement conductrice entourant ladite bobine annulaire et se terminant par des premier et deuxième ensem- bles annulaires de dents de stator, - une deuxième partie de stator annulaire avec une bobine annulaire et une enveloppe magnétiquement conductrice entourant ladite bobine annulaire et se terminant par des troisième et quatrième en- sembles annulaires de dents de stator, et - un rotor à dentures qui coopèrent avec les premier deuxième, troisième et quatrième ensembles annu- laires de dents de stator. Un tel moteur pas à pas est connu de la demande de brevet français publiée sous le No 2 361715 et convient par excellence pour être réalisé sous forme de moteur dont l'angle de pas angulaire est faible, par exemple égal à 1.8-, ce qui signifie 200 pas par révolution de rotor. Pour que dans le cas d'un tel moteur pas à pas l'on ne soit pas confronté avec des grandesezreursde pas angulaire% le positionnement des ensembles de dents de stator par rapport aux dentures de rotor doit répondre à des exigences de précision très sévères, ces exigences pouvant donner lieu à une forte augmentation de prix de revient lors d'une production en série. A cela s'ajoute qu'il peut être intéressant d'introduire certaines dif- férences dans les positions mutuelles nominales des den- tures de rotor par rapport aux ensembles de dents de sta- tor, comme décrit dans le demande de brevet néerlandais déposée le 20/6/79 sous le N0 79 04818 au nom de la Deman- deresse et introduite simultanément avec la présentedemande. Le but de l'invention est de procurer un moteur pas à pas qui tout en appartenant au genre mentionné dans le préambule permet toutefois de procéder de façon relativement précise au positionnement des ensembles de Un autre mode de réalisation avantageux d'un mo- teur pas a pas conforme à l'invention est remarquable en ce que la hauteur axiale des dents formant les ensembles de dents de stator est plus petite que celle des dents des den- o5 tures de rotor coopérant avec lesdits ensembles de dents de stator, et qu'en direction axiale, les dents des dentures de rotor chevauchent dans les deux directions les dents des ensembles de dents de stator coopérant avec lesdites dentu- res de rotor. Dans un moteur pas à pas réalisé de la sorte, l'a- lignement tangentiel est déterminé par la position des limi- tes axiales des ensembles de dents de stator. La description suivante, en regard des devins anne- xés, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre - comment l'invention peut être réaIisée. La figure 1 est une coupe axiale d'un moteur pas à pas conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en perspective des cons- tituants désassemblés d'un moteur pas à pas conforme à l'in- vention, le stator toutefois étant coupé en deux suivant l'axe. La figure 3 montre schématiquement la position des dents de stator par rapport aux dents de rotor- suivant un première mode de réalisation d'un moteur pas à pas selon les figures 1 et 2. La figure 4 montre schématiquement la position des dents de stator par rapport aux dents de rotor suivant un deuxième mode de réalisation d'un moteur pas à pas selon les figures 1 et 2. 3O Le moteur pas à pas concerné par les figures 1 et 2 est pratiquement à symétrie de révolution autour de l'axe - A - A', et comporte un rotor 1 et un stator 2. Ce dernier est formé par deux parties coaxiales 3 et 4 entre lesquelles se trouve, coaxialement à ces parties, un anneau magnétique- ment permanent 5 aimanté suivant la direction de l'axe. La partie de stator 3 comporte une bobine annulaire 8, coaxia- le à cette partie 3, tandis que la partie de stator 4 aussi comporte une bobine annulaire 9, coaxiale à cette partie 4. dents de stator et des dentures de rotor. A cet effet, l'invention est remarquable en ce que les dents constituant les ensembles de dents de sta- tor sont alignées axialement, et que les dents des den- tures de rotor sont obtenues sur la circonférence du ro- tor du fait que des gorges hélicoïdales sont pratiquées dans la surface de rotor. L'invention repose sur l'idée qu'il est rela- tivement simple d'aligner les ensembles de dents de sta- tor en direction axiale et que du fait que la structure des dentures de rotor est hélicoïdale, le positionnement tangentiel des dentures de rotor par rapport aux ensem- bles de dents de stator est déterminé par des distances axiales. Un premier mode de réalisation avantageux d'un moteur conforme à l'invention est remarquable en ce que la hauteur axiale des dents formant les dentures de ro- tor est plus petite que celle des dents des ensembles de dents de stator coopérant avec les dentures de rotor, et qu'en direction axiale, les dents desdits ensembles chevauchent dans les deux directions les dents des den- tures de rotor coopérant avec lesdits ensembles. Dans un moteur pas à pas réalisé de la sorte l'alignement tangentiel est défini par la position des limites axiales des dents de rotor. Ce mode de réalisa- tion peut en outre avoir la particularité que le rotor comporte des première deuxième, troisième et quatrième dentures qui coopèrent avec lesdits premier, deuxième, troisième et quatrième ensembles de dents de stator, lesdites dentures de rotor étant formées du fait qu'en plus desdites gorges hélico5dales, on a pratiqué égale- ment des gorges circulaires qui limitent lesdites den- tures de rotor dans la direction axiale. De ce fait, l'a- lignement tangentiel du moteur est déterminé par la posi- tion desdites gorges circulaires. Au cours d'une produc- tion en grande série, ladite position peut facilement être modifiée. Chaque bobine annulaire 8, 9 est entourée d'une enveloppe magnétiquement conductrice 6, 7 qui à l'intérieur se termi- ne par deux ensembles de dents de stator 10-11, 12-13. Le rotor 1 est muni de dentures annulaires 14, 15s 16, 17 coo- pèrant avec les ensembles de dents de stator précités 10, 11, 12, 13. Comme le-montre la figure 2, les dents du rotor sont délimitées par des gorges hélicoïdales dont une seule est indiquée en pointillé 18. L'alignement des dents formant les ensembles de dents de stator 10, 11, 12, 13 est axial, et lorsque les dents de la denture de rotor 14 se trouvent en face de dents de l'ensemble 10, les dents des ensembles 11, 12, 13 sont décalées, par rapport aux dentures de rotor , 16, 17, d'un angle de 180', de 90- et de 270' (ou, comme variante, d'un angle de 180-, de 270* et de 90'), alors que 360- correspond à un pas de dent. L'anneau magnétiquement permanent magnétisé axiale- ment aimante les ensembles de dents de stator 10,11 avec une polarité déterminée et aimante les ensembles de dents de sta- tor 12, 13 avec la polarité opposée. Pour un sers de passage déterminé du courant par la bobine annulaire 8 et la bobine annulaire 9, la direction du champ qui en conséquence de l'excitation règne dans les entrefers existant entre le sta- tor et le rotor et appartenant à l'ensemble de dents de sta- tor 10 et à l'ensemble de dents 12, coïncide avec la direc- tion du champ qui dans lesdits entrefers est provoqué par l'anneau magnétiquement permanent, tandis que dans les au- tres entrefers appartenant aux ensembles de dents de stator 11, 13 elle est opposée à cette direction. Dans le cas o par la bobine 8 et la bobine 9 le courant passe dans le sens opposé, la direction du champ qui en conséquence de l'exci- tation existe dans les entrefers existant entre le stator et le rotor et appartenant à l'ensemble de dents de stator Il et à l'ensemble de dents de stator 13 coïncide avec la direc- tion du champ qui dans les entrefers est provoqué par l'an- _ neau qumagnétiquement permanent, tandis que dans les autres entrefers appartenant aux ensembles de dents de stator 10, 12, elle est opposée à cette direction. Par le choix du sens d'excitation du courant dans chacune des deux bobines 8, 9 ou dans ces deux bobines, c'est chaque fois une seule den- ture de rotor ou deux dentures de rotor qui est (sont) à mime de fournir le couple nécessaire, de sorte que le ro- tor peut être entrainé pas à pas, chaque pas mesurant un % de pas de dent. À remarquer ici que la position de l'aimant per- manent (anneau) dans le stator n'est pas très essentielle. Cet aimant permanent peut être placé aussi dans le rotor à l'endroit qui sur la figure I est indiqué par 5' ledit aimant permanent pouvant également entourer, sous forme de douille cylindrique, les deux parties de stator 3,4. En principe, l'aimant permanent peut être remplacé aussi par une bobine excitée par un courant continu. La figure 3a montre schématiquement le rabattement dans le plan du dessin d'une partie des dentures de rotor, partie au-dessous de laquelle est dessinée la position de deux dents de chaque ensemble de dents de stator 10, 11, 12 et 13. En présence d'un choix adéquat de la distance en- tre les ensembles de dents de stator, combinée avec l'angle que forme, par rapport à l'axe, une rangée oblique de dents de rotor située dans le rabattement, on obtient que dans le cas o les dents de l'ensemble de dents de stator 10 se trouvent en face des dents de la denture de rotor 14 ce qui est défini comme fournissant l'angle 0o entre l'ensemble 10 et la denture 14, les dents de l'ensemble de dents de sta- tor 1I se trouvent exactement entre les dents de la denture de rotor 15 ce qui est défini comme fournissant l'angle de ' entre cet ensemble Il et cette denture, les dents de l'ensemble de dents de stator 12 d'une part se trouvent à moitié en face des dents de la denture de rotor 16 défini comme fournissant l'angle de 90 entre cet ensemble et cette denture 16), et les dents de l'ensemble de dents de stator 13 d'autre part se trouvent à moitié en face des dents de la denture de rotor 17. défini comme fournissant l'angle de 270' entre cet ensemble 13 et cette denture 17. Dans la situation illustrée sur la figure 3a, les dents de rotor s'étendent à l'extérieur des dents de stator dans la direction axiale. En principe, ce dépassement peut être tel que les dents des différentes dentures de rotor 14, , 16 et 17 se joignent et forment des arêtes hélicoïdales qui s'étendent entre les deux faces frontales du rotor. Tou- tefois, dans le but de réduire le moment d'inertie du rotor il est généralement avantageux de réduire au minimum la hau- teur h (voir la figure 3b) des dents de rotor. Pour illustrer l'effet qu'une construction du gen- re que montre la figure 3a à l'égard de dentures de rotor et des ensembles de dents de stator, exerce sur l'alignement tangentiel mutuel des ensembles de dents de stator et des dentures de rotor, la figure 3b montre une dent de rotor tr par dessus laquelle est dessinée une dent de stator ta, la figure 3c montrant la même configuration avec, par rapport à la situation dans la figure 3bl une dent de stator qui en direction axiale est décalée sur une distance x cependant que la même position est conservée pour la dent de rotor t r Sur la figure 3b le centre a de la dent de stator t se trouve, dans la direction tangentielle, à une distance *y à droite de l'axe br de la dent de rotor tr. Après le décalage de la dent de stator t sur une distance x dans la direction axia- le (figure 3c), le centre a de la dent de stator t se trou- ve à une distance Ey à gauche de l'axe br de la dent de rotor tr. Par conséquent, un décalage de la dent de stator t sur une distance x dans la direction axiale résulte en un décala- ge y en direction tangentielle de la dent de stator par rap- port à la dent de rotor. De cette façon, l'alignement tan- gentiel (positionnement des ensembles de dents de stator par rapport aux dentures de rotor tout en respectant les angles) corrects) est déterminé par les distances axiales entre les ensembles de dents de stator, cet alignement axial étant beaucoup plus faible qu'un alignement tangentiel. Un avanta- ge suliémentaire peut être que le rapport y/x est égal à la tangente de l'angle c que forme l'axe de la dent de rotor avec celui de la dent de stator. Lorsque cet angle est infé- rieur à 45', un déplacement x dans la direction axiale ré- sulte dans la direction tangentielle en un déplacement moins important y de sorte qu'une tolérance déterminée de la dis- tance y va de pair avec une plus grande tolérance de la dis- tance x. La figure 4a montre la mime situation que la fi- gure 3a, cette fois-ci toutefois avec les dents de stator, qui en direction axiale s'étendent plus loin que les dents de rotor. La figure 4b montre en une position déterminée une dent de rotor tr de la configuration selon la figure 4a, et au-dessus de ladite dent tr, on a dessiné une dent destator t., la figure 4c montrant la même situation mais cette fois-ci avec un décalage sur une distance x dans la direction de la ligne hélicoïdale le long de laquelle se si- to tue cette distance x décalage obtenu du fait que les deux faces qui en direction axiale limitent la denture de rotor à laquelle cette dent t appartient, sont décalées sur une r distance x dans la direction axiale. Dans la situation que montre la figure 4b, le centre ar de la dent de rotor tr 1.5 se trouve à une distance %y à gauche de la l'axe b de la dent de stator ta. Un déplacement de la dent de rotor sur une distance axiale x le long de la ligne hélicoïdale sur laquelle la dent se trouve résulte dans la situation que montre la figure 4c o l'axe ar de ladite dent de rotor se trouve à une distance y à droite de l'axe b de la dent de stator ta. (étant donné que la plus petite dent définit la position mutuelle des deux dents, la position tangentiel- le mutuelle de ces deux dents est définie par la distance tangentielle entre l'axe de la dent la plus longue et l'axe de la dent la plus courte.). Un déplacement des deux faces limites axiales des dentures de rotor sur une distance x résulte donc en un dé- placement tangentiel y de la dent de stator par rapport à la dent de rotor. De cette façon l'alignement tangentiel est déterminé par les distances axiales entre les dentures de rotor. Quant à la situation que montre la figure 3, la hauteur h des dents de rotor est choisie supérieure à la r hauteur h des dents de stator. Pour cette solution, l'ali- gnement axial des parties de stator, c'est-à-dire les dis- tances axiales entre les ensembles de dents de stator 10 à 139 est donc déterminant pour l'alignement tangentiel, tan- dis que la position des faces qui en direction axiale dé- limitent les dentures de rotor 14 à 17 n'est pas critique. Dans la situation que montre la f gure 4, la situation est l'inverse. Sur ladite figure 4, la hauteur h des dentures r de rotor 14 à 17 est inférieure à la-hauteur h des dents de stator, et les faces qui en direction axiale délimitent les dentures de rotor sont déterminantes par l'alignement tangentiel, tandis que les distances axiales entre les en- sembles de dents de stator ne sont pas critiques. En prin- cipe, il est possible aussi de choisir par exemple hr = h. La position axiale tant des ensembles de dents de stator que des dentures de rotor est dans ce cas déterminante pour l'alignement tangentiel. A cela s'ajoute alors aussi qu'un positionnement erroné n'influence pas seulement l'alignement mais également l'ampleur des couples, étant donné qu'en ce qui concerne sa position axiale, la portion commune de la hauteur des dents de stator et des dents de rotor, portion de hauteur qui dans ce cas est devenue fonction de la posi- tion axiale des dents de stator et de rotor est déterminante pour l'ampleur du couple. C'est pourquoi il est préférable de choisir la hauteur soit des dents de rotor soit des dents de stator inférieure à celle des autres dents et de faire en sorte qu'en ce qui concerne la hauteur aux deux faces axia- les, lesdites dents à moins grande hauteur se situent entre les faces axiales desdites dents à plus grande hauteur. Un rotor d'un moteur conforme à l'invention est réalisable d'une façon simple lorsque, dans un corps cylin- drique, on pratique des gorges hélicoïdales par exemple à l'aide d'un outil de fraisage se déplaçant en direction axia- le sur la surface du cylindre auquel l'on impose simultané- ment un mouvement de rotation. Si des dentures distinctes sont souhaitées (sur le rotor, on peut dans ce cas en pre- mier lieu ou ensuite éloigner le matériau entre lesdites dentures par une opération adéquate. Lorsqu'il s'agit de l'o- pération que montre la figure 4, l'endroit o ce matériau est ' éloigné par exemple aur tour est déterminant pour l'aligne- ment tangentiel du rotor par rapport au stator. Cette métho- de a comme avantage qu'il est relativement simple pour chan- ger au cours d'une fabrication en grande série, ledit ali- gnement grâce à des autres conditions de fonctionnement de la machineoutil utilisée, par exemple un tour. Une autre possibilité est de prendre comme base une construc- tion de rotor comme la montre la figure 2, toutefois, en- core dépourvue des gorges hélicoïdales définissant les dents, et d'élaborer ensuite en une seule opération ces gorges dans les quatre dentures. L'invention n'est nullement limitée à l'exemple de réalisation décrit dans le présent exposé. En plus du moteur hybride pas à pas dont il est question dans le présent exposé, le principe de l'invention est applicable également à un moteur pas à pas qui opère par reluctance et dont la construction est similaire à celle du moteur pas à pas du présent exposé, c'est-à-dire applicable à tout moteur muni de dentures annulaires séparées axialement et à symétrie de révolution. - 10 - REVENDICATIONS: 1. Moteur pas à pas muni d'un stator (2) et comportant au moins: - une première partie de stator annulaire (3) avec une bobine annulaire (8) et une enveloppe magn&tiquement conductrice (6) entourant ladite bobine annulaire et se terminant par des premier (10) et deuxième (11) ensembles annulaires de dents de stator. - une deuxième partie (4) de stator annulaire avec une bobine annulaire (9) et une enveloppe magnétiquement conductrice (7) entourant ladite bobine annulaire et se terminant par des troisième (12) et quatrième (13) ensem- bles annulaires de dents de stator, et - un rotor (1) à dentures (14,15, 16,17) qui coopèrent avec les premier, deuxième, troisième et quatrième ensem- bles annulaires de dents de stator, caractérisé en ce que les dents constituant les ensemble de dents de stator sont alignées axialement, et que les dents des dentures de ro- tor sont obtenues sur la circonférence du rotor du fait que des gorges hélicoïdales sont pratiquées dans la sur- face de rotor. 2. Moteur pas à pas selon la revendication 1 carac- térisé en ce que la hauteur axiale (hr) des dents formant les dentures (14,15,16,17) de rotor (1) est plus petite que celle ( hs) des dents des ensembles (10,11,12,13) de dents de stator (2) coopérant avec les dentures de rotor, et qu'en direction axiale, les dents desdits ensembles chevauchent dans les deux directions les dents des den- tures de rotor coopérant avec lesdits ensembles. 3. Mioteur pas à pas selon la revendication 2, carac- téris6 en ce que le rotor (1) comporte des première (14), deuxième (15), troisième (16) et quatrième (17) dentures qui coopèrent avec lesdits premier (10), deuxième (11), troisième (12) et quatrième (13) ensembles de dents de stator, lesdites dentures de rotor étant formées du fait qu'en plus desdites gorges hélicoïdales, on a pratiqué également des gorges circulaires qui limitent lesdites dentures de rotor dans la direction axiale. - 11 - 4. M!oteur pas à pas selon la revendication 1 carac- t6risé en ce que la hauteur axiale ( hs) des dents formant les ensembles de dents (10,11,12,13) de stator (2) est plus petite que celle (hr) des dents des dentures (14,15, 16,17) de rotor (1) coopérant avec lesdits ensembles de dents de stator (2), et qu'en direction axiale, les dents A^^^ monures de rotor chevauchent dans les deux directions les dents des ensembles de dents de stator coopérant avec lesdites dentures de rotor.