Brevet FR2477749A1 — publié le 19810911

La présente invention concerne un dispositif d'entraînement destiné notamment à une mémoire magnétique du type à plaques fixes, comprenant un moteur d'entraînement avec un stator et un rotor pour l'entraînement d'un moyeu destiné à recevoir au moins une plaque de mémoire fixe et disposé à l'intérieur d'une première chambre d'une mémoire à plaques fixes. Des plaques de mémoire fixes conviennent pour la mise en mémoire et le stockage de grandes quantités de données, qui sont enregistrées et extraites à l'aide d'un dispositif de tête magnétique, si on imprime à la plaque un mouvement de rotation par rapport au dispositif à tête magnétique. En pratique, il a été constaté que des perturbations de fonctionnement éventuelles pouvaient se produire sous l'effet de particules de saleté lors de l'enregistrement ou de la lecture des données en mémoire. L'invention a pour but de réaliser un dispositif d'entraînement pour mémoire à plaques qui évite de telles perturbations dans la mise en mémoire et dans la lecture de données. Le principe de l'invention repose sur la constatation que les causes des défauts mentionnés peuvent se trouver dans des particules de saleté qui proviennent du dispositif d'entraînement. Ces particules peuvent provenir non seulement des paliers, mais également de l'enroulement avec sa surface extérieure fortement structurée. Du système de paliers peuvent particulièrement sortir des particules d'huile et de corps usés par flottement.Généralement, on cherche à retenir ces particules de saleté provenant du système de paliers au moyen de garnitures d'étanchXté compliquées et par conséquent coûteuses, qui doivent assurer une étanchéité du joint entre les pièces fixes et les pièces tournantes par un effet combiné de champs magnétiques agissant à cet endroit et au moyen d'émulsions de produits lubrifiants disposées à cet endroit et qui contiennent des particules magnétiquement conductrices. Conformément à l'invention, ce problème est résolu par le fait que, entre les pièces d'entraînement qui délivrent des particules de saleté et la zone destinée au montage des plaques fixes de mémoire, sont disposés des joints à labyrinthe. A l'aide de tels joints, il est possible de s'opposer, totalement ou au moins dans une mesure considérable, à la sortie des particules hors de l'intérieur des moteurs dans la zone des plaques de mémoire, de telle sorte que les inconvénients lors de l'enregistrement ou de la lecture des données ne se produisent pas. De préférence, au voisinage de l'une des extrémités axiales du tube de paliers qui reçoit coaxialement les paliers, est prévu un premier joint à labyrinthe, et, au voisinage de l'autre extrémité axiale du tube de paliers, dans la zone de la bride, est prévu un second joint à labyrinthe. De cette manière, les particules de saleté provenant du moteur d'entraînement sont séparées du domaine essentiellement exempt de saletés destiné au montage des plaques de mémoire fixes. Le moteur d'entraînement est de préférence constitué par un moteur à rotor extérieur à courant continu exempt de collecteur avec un rotor à magnétisme permanent, et, avantageusement, il est prévu dans le carter de rotor rotatif, une bague à magnétisme permanent en une seule pièce, ou une bande à magnétisme permanent recourbée en forme d'anneau avec une magnétisation radiale approximativement de forme trapézoïdale sur la partie polaire. Dans le cas d'un aimant permanent, il peut s'agir particulièrement d'un aimant composite en matière synthétique ou d'un aimant dit aimant en caoutchouc. De tels aimants se composent de mélanges de ferrites trempées et d'un matériau élastique, en particulier en ferrite de baryum liée par un élastomère. Le moyeu peut être constitué par une partie du carter de rotor rotatif. Dans un tel cas, le blindage de protection magnétique est disposé judicieusement à l'intérieur du carter de rotor, et l'aimant permanent du rotor extérieur est entouré de préférence par le bouclier magnétique en forme de cloche. De cette manière, aucun champ magnétique de dispersion ne peut se propager en direction du moyeu et des plaques de mémoire de champ reposant sur le moyeu; En vue d'obtenir une protection de bouclier magnétique, qui ne nécessite qu'une quantité relativement réduite de matériau, mais qui, d'autre part, permet une réalisation spécialement peu coûteuse pour le refoulement de champ de dispersion, le bouclier de protection magnétique est constitué comme une partie du support de fermeture du retour du circuit magnétique, et comme une pièce emboutie en forme de pot, à perméabilité magnétique dont le fond du noyau présente une ouverture coaxiale. Un dispositif d'entraînement du type décrit ci-dessus est complété, en règle générale, par un montage de régulation du nombre de tours et/ou un ensemble d'entraînement électronique qui, dans le cas d'un moteur à courant continu sans collecteur, se charge de la commutation nécessaire. Le moteur comporte un blindage protecteur relié au stator, qui peut être utilisé en même temps pour le refroidissement du montage de régulation de vitesse de rotation et/ou de l'électronique d'entraînement, en particulier par le fait que les éléments de construction semi-conducteurs sont maintenus en contact de transmission de chaleur avec l'anneau de boucler. En vue de la constitution de la zone de ventilation, le rotor supporte de préférence, sur le côté frontal éloigné du moyeu, un ventilateur. Un tel mode de construction est non seulement très simple, mais il laisse également la surface enveloppe du rotor pour servir de surface de freinage fréquemment prévue pour de tels dispositifs d'entraînement. L'invention s'étend également à un dispositif d'entraînement pour une mémoire du type à disque rotatif. Dans le cas de dispositifs de mémoire à disques, les impulsions ou "bits" sont stockées dans des pistes circulaires sur des disques rigides ou flexibles qui sont entraînés en rotation à des vitesses relativement élevées. L'inscription et la lecture des bits sont assurées par une tête d'enregistrement et de lecture qui doit être positionnée avec précision relativement à la piste particulière à utiliser. Cela signifie que les disques doivent tourner avec une précision absolue. Pour communiquer cette rotation à de tels disques, il est connu de disposer le moteur électrique d'entraînement audessous du disque et de connecter le disque, au moyen d'éléments appropriés, à l'arbre du moteur pour tourner avec lui. Cette disposition présente cependant l'inconvénient que le palier supérieur des deux paliers supportant l'arbre du moteur est soumis, notamment en raison des vitesses élevées, à des sollicitations mécaniques plus importantes que le palier inférieur, de sorte que bientôt le disque ne tourne plus rond, ce qui donne lieu à des erreurs d'enregistrement et de lecture. Il est connu de placer le moteur plus haut, de telle sorte que le disque soit positionné dans un plan qui est adjacent axialement au palier supérieur de l'arbre de moteur. Les éléments de connection ont alors une forme différente de ceux précédemment décrits mais ils présentent les mêmes inconvénients. Il est connu également de connecter le disque à l'arbre du moteur au-dessus du moteur, en disposant le système de paliers entre le disque et le moteur. Tous ces modes de réalisation assurent un entraînement de disque, dans lequel les forces de l'arbre de moteur sont réparties aussi uniformément que possible sur le système de paliers de l'arbre. Cependant, il est nécessaire de s'opposer à ce que des particules contaminantes s'échappent de l'intérieur du moteur. Cela est important parce que de telles particules, par exemple de lubrifiant ou de métal, peuvent causer des défauts de fonctionnement ou un endommagement des disques, des têtes magnétiques ou d'autres éléments fragiles placés dans la chambre supposée propre dans laquelle se trouvent les disque de mémoire. Dans ce but, l'invention prévoit pour une telle mémoire à disque rotatif, un dispositif de joint à labyrinthe inséré dans une fente d'air entre le stator et le rotor, qui s'oppose à ce que des particules contaminantes sortant du moteur puissent se répandre en direction de l'environnement dans lequel est situé le disque de mémoire. La description ci-après se rapporte à des exemples de réalisation de l'invention avec référence aux dessins annexés, dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe à travers un dispositif d'entraînement conforme à l'invention pour une mémoire magnétique à plaques fixes la figure 2 est une vue en coupe verticale d'un dispositif d'entraînement conforme à l'invention pour une mémoire à disque la figure 3 est une vue de détail à échelle agrandie montrant une variante de réalisation de la figure 2, et la figure 4 montre encore une autre variante. Le dispositif d'entraînement 10 représenté dans la figure 1, destiné à une mémoire du type à plaques magnétiques fixes, comprend un moteur à courant continu sans collecteur 11 avec un carter de rotor 14, relié rigidement à l'arbre de rotor 12 et concentrique à celui-ci. Le stator du moteur 11 est constitué par un paquet de tôle 58 supportant un enroulement de stator 29. Ce paquet de tôles 58 entoure un tube de paliers 44 qui fait partie d'un dispositif d'appui central 22. L'arbre de rotor 12 est supporté dans le tube 44 à l'aide de deux paliers 48-48' qui sont maintenus en position espacée au moyen de rondelles de sécurité 50. Un ressort à coupelle 52 s'appuie, sur la face inférieure du palier 48' et sur une bague de sécurité 54 calée sur l'arbre de rotor 12, ce qui assure un blocage axial réciproque des deux paliers 48-48'. Le tube de paliers 44 forme, avec une bride de montage 30 une pièce unitaire coulée sous pression. En variante, le tube pourrait être emmanché à la presse dans un moyeu pourvu de la bride 30. Le carter de rotor entoure non seulement, en formant une fente d'air cylindrique 15, le paquet de tôles de stator 58, mais il est prolongé axialement du côté opposé à la bride de montage 30, de manière à former un moyeu 70. Ce moyeu 70 sert de support et d'entraînement à une ou plusieurs plaques de mémoire (non représentées) qui présentent un perçage central dont le diamètre correspond au diamètre extérieur du moyeu 70. Ces plaques de mémoire peuvent être, par exemple, des plaques habituelles du commerce. Le mode de construction représenté permet d'adapter le diamètre du moyeu d'entraînement 70 à l'alésage central des plaques de mémoire, indépendamment de la puissance d'entraînement nécessaire du moteur 11 et du diamètre optimal de la fente d'air 15 qui en résulte. Une plaque conductrice imprimée 20 est disposée dans l'espace libre 26 à l'intérieur du moyeu 70. Cette plaque 20 est de forme annulaire et est reliée au dispositif central d'appui 22. Sur cette plaque 20 sont montés l'entraînement électronique et un montage de régulation de vitesse de rotation auxquels est affecté entre autres comme détecteur de position de rotation un montage de Hall - IC 35, des transistors d'éta ges finaux 61 et un potentiomètre 64. Les liaisons par soudage à l'étain, réalisées par exemple par trempage, des composants de montage de l'entraînement électronique et du régulateur de vitesse de rotation sont indiquées par la référence 65.Le potentiomètre 64 peut entre autres servir au règlage de différents points de travail, ou à la compensation de tolérances de fabrication des éléments, notamment au moyen d'un tourne-vis, à travers un perçage non représenté prévu dans la bride 30 et l'une des gorges du paquet de tôles de stator 58. Un conducteur 31 relié à la plaque conductrice 20 est raccordé à une source de courant continu. Le côté de la plaque qui porte les liaisons soudées 65 est tourné vers le fond 40 du carter de rotor. Ce carter de rotor 14 est constitué, dans cet exemple, en une matière magnétiquement non conductrice ou mauvaise conductrice. Par exemple, c'est une pièce moulée sous pression en alliage d'aluminium. Sur la face intérieure du carter 14 faisant face au paquet de tôles de stator 58, sont fixés plusieurs segments à magnétisme permanent ou un aimant unique 56. Cet aimant est constitué de préférence en un mélange de ferrite dure, par exemple ferrite de baryum et de matériau élastique, connu sous le nom "d'aimant en caoutchouc". Celui-ci est magnétisé radialement, avec disposition des pôles en trapèze et des fentes polaires relativement petites. Une bague de circuit magnétique de retour 57 se trouve entre le carter de rotor 14 et l'aimant 56. Cette bague magnétique 57 constitue en même temps une partie du blindage de protection magnétique. Fondamentalement, il est également possible de constituer le carter de rotor 14 en un matériau magnétiquement conducteur, en particulier du fer doux, et de le fabriquer, par exemple, comme une pièce emboutie. Dans un tel cas, on peut se dispenser de la bague de circuit de retour spéciale en fer doux. La bague de fermeture de circuit 57, y compris l'arrondi 157 et la bague de bouclier 60 entourent, à la manière d'une cloche la partie magnétiquement active du dispositif d'entrainement 10. La dispersion de champ; magnétiques vagabonds dans le domaine des plaques de mémoire placées sur le moyeu 70 est ainsi efficacement interdite. Grâce à la présence de la fente annulaire entre l'arrondi 157 et la bague de bouclier 60 et aux évidements du montage de Hall IC 35, ou de plusieurs de ces montages, le champ de dispersion ne peut pas traverser, car les bagues de bouclier magnétisables attirent ce champ. Dans l'exemple représenté, la bague de bouclier fixe 60, est utilisée également comme tôle de refroidissement pour les transistors 61, qui sont reliés à conduction de chaleur avec la bague 60 par une surface d'application adhérente. Les corps de refroidissement des transistors 61 peuvent, si nécessaire, être isolés électriquement de la bague de bouclier 60, par exemple au moyen d'un disque de mica, ou analogue. Il est également possible de diviser et répartir le bouclier 60 en fonction du nombre des transistors 61, ce qui évite une telle isolation électrique. La bride de montage permet de fixer le dispositif d'entraînement 10, de la manière représentée à la figure I, à une paroi séparatrice 72 de la mémoire à plaques, non représentée. Cette cloison 72 sépare l'espace à grande pureté destiné à recevoir les plaques de mémoire du reste de l'intérieur de l'appareil. Des particules de saleté sortant éventuellement du palier 48, vapeurs de lubrifiant, ou analogues, sont retenues par les joints d'étanchéité en labyrinthe 90, 91. Ces joints sont constitués par des parties fixes et des parties tournantes qui sont engagées entre elles coaxialement à l'intérieur du dispositif d'entraînement. Dans le cas du palier 48, le fond 40 est constitué comme un manchon cylindrique qui s'étend à l'intérieur du tube de paliers. Il ne subsiste plus qu'une petite fente 94 s'étendant axialement aussi loin que possible pour la sortie de particules de saleté du palier 48. L'effet d'étanchéité du joint à labyrinthe 90 est encore renforcé par la fente 95 formée par la bague 93 et le tube à paliers 44. De manière analogue, la bague de fermeture de circuit 57 forme un autre joint d'étanchéité à labyrinthe 91. Du fait que cette bague 57 est engagée dans un évidement de la bride 30, les particules de saleté sortant de l'intérieur du moteur sont arrêtées ici par la petite fente allongée en direction axiale (96, 97). En vue d'accroître l'effet des joints à labyrinthe pour retenir les particules de saleté, les fentes 94 à 97, dirigées axialement sont prévues aussi étroites que possible, c'est-àdire que leur dimension radiale est de 1 à 2 mm, tandis que leur extension axiale est aussi qrande que possible, par exemple de 5 à 20 mm. La largeur de fente en direction radiale ne doit pas cependant être prévue trop étroite pour des raisons de coût de fabrication et de grandes pertes par frottement de l'air. Elles peuvent être adaptées aux conditions de surfaces extérieures limites car de tels entraînements de mémoires sont entraînés, par exemple, à 5 000 tours/minute. Au contraire, les fentes orientées radialement qui ont une "largeur" axiale de, par exemple, 3 ou 5 mm présentent une "longueur" radiale aussi grande que possible de 10 mm. Ces dimensions se rapportent à un moteur dont le diamètre serait égal à environ la moitié de celui de la figure 1. Il est, en outre, possible de prévoir d'autres fentes. C'est ainsi que des éléments de labyrinthe supplémentaires ou de remplacement peuvent être constitués par un revêtement de tête d'enroulement en forme de peigne engagé dans des évidements prévus dans le fond d'un carter de rotor extérieur en forme de cloche. Suivant des caractéristiques de l'invention, - l'extension axiale (a) de la fente de labyrinthe parallèle à l'axe du rotor est plus grande que son extension radiale (r), - la largeur (d) de la fente de labyrinthe-est faible dans son extension axiale, et plus grande dans son extension radiale, et -# les dimensions répondent aux relations a/d > l0 et 2 Sur l'extrémité libre de l'arbre de rotor 12 éloignée du moyeu 70, est fixé un ventilateur 32 avec ailettes 33, qui provoque un déplacement d'air intense dans le domaine de la bride de montage 30, de sorte que celle-ci est refroidie. Audessus du tube de palier 44 et de la bride 30, la chaleur perdue provenant du moteur est ainsi efficacement évacuée à l'extérieur. En vue d'exclure une charge électrique de la cloche de rotor qui compromettrait la sécurité de fonctionnement de la mémoire à plaques, l'arbre de rotor 12 est relié de manière conductrice de l'électricité au bâti de l'appareil, par l'inter médiaire d'un palier à billes 36 et d'un ressort de contact, non représenté. Différentes variantes de réalisation sont possibles. Dans le cas du moteur à courant continu sans collecteur, il peut s'agir avantageusement d'un moteur électronique à un brin avec moment auxiliaire de réluctance (à une ou deux pulsations) conforme au brevet US 3 873 897 ou d'un moteur électronique à trois brins décrit dans une demande de brevet antérieure DE - 30 21 328.6. La vitesse de marche à vide du moteur peut être de 5 800 tours/minute et sa vitesse nominale sous charge de, par exemple, 3 600 tours/minute. Le stator présente quatre pôles dont les cornes sont conformées de telles sorte que la largeur de la fente d'air 15 dans le domaine des cornes polaires varie, ce qui produit le moment auxiliaire de réluctance. Dans le cas d'une mémoire magnétique à disques, le dispositif d'entraînement représenté dans la figure 2 comprend un moteur à courant continu sans collecteur comportant un rotor magnétique 101 qui entoure un stator 102. Le stator 102 présente un enroulement à un brin 103 qui produit un champ alternatif et un moment de réluctance auxiliaire. Le rotor est supporté dans le stator 102 par un arbre 104 et un jeu de deux paliers anti-friction 120 et 121 espacés. Deux disques de mémoire 105 et 106 sont montés directement sur le pourtour du rotor 101, c'est-à-dire non sur l'arbre 104. Les disques de mémoire doivent être utilisé dans une "chambre propre" où ils sont protégés contre des particules de contaminants provenant notamment du moteur sous forme de lubrifiants ou de particules de métal érodées. Un dispositif de protection conforme à l'invention est également prévu pour ce type d'entraînement de mémoire. Le moteur et les disques peuvent être montés sur une plaque de base ou surface 111 constituant une partie des parois d'entourage de la "chambre propre" CR. Fixée sur le rotor 101 et/ou sur la bague 107 est prévue une autre bague 112 à section transversale en L ayant une portion 112a, qui s'étend parallèlement à la plaque 111 et définit ainsi une fente étroite 113 qui communique avec l'environnement et avec la fente d'air du moteur. La surface supérieure de la portion 112a porte un anneau de lames 114 s'étendant radialement, réparties sur lepourtour de la bague 112. Une plaque annulaire intermédiaire 115 est montée au-dessus de la plaque 111 entre celle-ci et le disque inférieure 105, son bord radial vers l'intérieur chevauche les lames 114 mais en est espacé. La plaque 115 est pourvue d'une ou plusieurs ouvertures dans lesquelles est placé un filtre 116.Le courant d'air produit par la bague 112 et ses lames 114 (agissant comme ailettes de propulsion) provoque une circulation constante de l'air à travers le ou les filtres 116, de telle sorte que tous les contaminants sortant du moteur sont captés dans les filtres. Deux déflecteurs annulaires 117, 118 sur le stator 102 et le rotor 101 sont interposés dans la fente d'air entre stator et rotor, définissant l'un avec l'autre leur propre fente d'air, qui sert à retarder la sortie de contaminants du moteur vers l'environnement. Dans la figure 3, un joint plus élaboré remplace les déflecteurs 117, 118. Ce joint est un joint à labyrinthe formé par plusieurs gorges 122 dans la surface du rotorlOl, dans lesquelles sont engagées plusieurs nervures 123 faisant saillie sur le stator 102. Ce joint est représenté radialement vers l'extérieur de l'enroulement 103. Mais il pourrait être placé radialement vers l'intérieur ou à la fois vers l'intérieur et vers l'extérieur. Le dispositif de la figure 4 convienvparticulièrement pour des chambres propres de mémoires magnétiques. Le rotor 130 est monté dans le stator 131 au moyen d'un arbre 132 et de paliers anti-friction 133, 134. L'enroulement 135 du stator 131 est enrobé dans un matériau isolant -136 connu, pour s'opposer à la sortie de particules contaminantes. Ce matériau 136 peut à son tour être entouré par une enveloppe de matière plastique synthétique se rétrécissant à la chaleur qui s'applique sur l'isolant 136 de manière intime. Un couvercle en coupe renversée 138 de matériau isolant électriquement peut entourer l'enroulement, étant connecté au stator, et son bord libre supérieur 139 s'eted dans une gorge annulaire 140 du stator pour réaliser un autre joint à labyrinthe contre la sortie de particules contaminantes. -REVENDICATIONS 1. Dispositif d'entraînement pour mémoire magnétique du type à plaques fixes avec moteur d'entraînement (11) comportant un stator (58) et un rotor (12) pour entraîner un moyeu (70) destiné à recevoir au moins une plaque de mémoire, disposé à l'intérieur d'une première chambre de la mémoire, dispositif caractérisé en ce que, entre les pièces de l'entraînement susceptibles d'émettre des particules de saleté et la première chambre destinée à recevoir la plaque de mémoire, sont prévus des joints d'étanchéité à labyrinthe (90, 91). 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, au voisinage de l'extrémité axiale, orientée vers le centre de la première chambre de mémoire, du tube (44) recevant coaxialement les paliers (48, 48'), est prévu un joint d'étanchéité à labyrinthe (90), et un autre joint à labyrinthe (91) est prévu au voisinage de l'autre extrémité axiale du tube de paliers, dans le domaine de la bride (30). 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'extension axiale (a) de la fente de labyrinthe parallèlement à l'axe de rotor est supérieure à son extension radiale (r). 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la largeur (d) de la fente de labyrinthe dans son extension axiale est plus petite, et elle est plus grande dans son extension radiale. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les dimensions répondent aux relations a/d > 10 et r/d 4 2. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que des éléments en forme de peigne, du côté stator, plongent dans le fond ou le bord de la cloche de rotor, de telle sorte que, entre ces éléments en forme de peigne côté stator, sont engagées des saillies en forme de peigne, côté rotor. 7. Dispositif suivant la revendication 6, caractérisé en ce que les saillies en forme de peigne sont irrégulièrement espacées. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que les saillies côté stator et côté rotor ont des épaisseurs différentes. 9. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les pièces de stator ou de rotor sont constituées elles-mêmes comme des éléments de joint à labyrinthe.