Brevet FR2497022A1 — publié le 19820625

La présente invention concerne un moteur pas à pas diphasé notamment pour l'entraînement d'un mouvement d'horlogerie, comportant un rotor en forme de disque aimanté axialement de façon à présenter sur chacune de ses faces 2N zones aimantées de polarité alternante, et comportant deux cir- cuits magnétiques stationnaires présentant chacun deux branches en matière magnétiquement perméable dont au moins une est couplée avec une bobine de commande électrique, les branches de chaque circuit étant reliées entre elles à une extrémité, les extrémités libres de ces branches formant des parties polaires disposées en regard de part et d'autre du disque aimanté du rotor. Elle a pour but, d'une part d'améliorer le fonctionnement d'un tel moteur et d'autre part de faciliter la fabrication en grande série de moteurs à performances élevées. A cet effet, le moteur selon l'invention est caractérisé en ce que chacune des parties polaires de l'un des circuits est réalisée de façon à présenter une forme identique à celle d'une partie polaire correspondante de l'autre cir- cuit. Selon une forme d'exécution préférée, les branches de cir- cuit magnétique dont les parties polaires sont disposées dans un même plan parallèle à celui du disque du rotor font partie d'une seule pièce, les parties polaires disposées en regard faisant partie d'une pièce de forme identique retournée de 1800, lesdites pièces comportant une partie de jonction entre lesdites branches. -2 Dans une autre forme d'exécution préférée, les cIrcuits magnétiques stationnaires sont réalisés sous forme de pièces pliées en forme de U, l'une des pièces étant retour- née de 180 par rapport à l'autre et disposée de façon symétrique par rapport à un plan axial du rotor. Selon une variante d'exécution les branches des circuits magnétiques stationnaires sont chacune constituées par une pièce de même forme que les autres, les quatre pièces étant disposées de façon symétrique par rapport à un plan axial et un plan radial du rotor. Dans les moteurs diphasés il est souhaitable de réaliser une très bonne compensation de la deuxième harmonique du couple statique, c'est-à-dire du couple agissant sur le rotor en absence de courant. Ceci est obtenu selon l'in- vention par une parfaite symétrie par rapport au rotor des circuits magnétiques associés à chacune des-phases. Il s'ensuit par ailleurs que les quatrièmes harmoniques des deux couples statiques produits par chaque phase s'addi- tionnent, le couple résultant étant utilisable comme couple de verrouillage du moteur. Ainsi par exemple, un moteur diphasé avec N = 2 paires de zones aimantées posséde huit positions d'équilibre stable par tour. D'autre part, dans le moteur selon l'invention, le circuit magnétique est réalisé de façon à être très court et à présenter des épanouissements polaires relativement petits, de manière à obtenir une perméance très petite. Ceci permet d'utiliser des noyaux de section réduite et de faire fonc- tionner le moteur, grâce à une constante de temps électrique relativement courte, à fréquence élevée au moyen d'une tension de commande relativement basse. Les constantes de temps électriques obtenues sont de l'ordre de 0,1 à 0,5 ms, donc beaucoup plus courtes que celles obtenues couramment -3par les moteurs utilisés en horlogerie qui sont de l'ordre de 2 à 5 ms. L'invention permet de réaliser les. caractéristiques de fonctionnement susmentionnées lors d'une fabrication en grandes séries telle qu'elle a lieu dans le domaine de l'horlogerie. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront de la description de différentesformes d'exécu- tion de moteurs pas à pas diphasés donnée à titre d'exemple et illustrée dans le dessin annexé dans lequel la figure 1 est une vue de dessus des principaux éléments d'une première forme d'exécution d'un moteur selon l'inven- tion, les figures 2, 3 et 4 sont des vues en coupe selon, respec- tivement, les lignes brisées II-II, III-III et IV-IV de la figure 1, la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 1 d'une variante d'exécution d'un tel moteur, les figures 6 et 7 sont, respectivement, des vues en coupe selon les lignes VI-VI et VII-VII de la figure 5, la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 1 d'une autre variante d'exécution, les figures 9, 10 et Il sont des vues en coupe respective- ment selon les lignes IX-IX, X-X et XI-XI de la figure 8, la figure 12 est une vue similaire à celle de la figure 1, représentant une autre variante d'exécution, -4- la figure 13 est une vue en coupe selon la ligne brisée XIII-XIII de la figure 12, la figure 14 est une vue de dessus partielle d'une autre forme d'exécution selon l'invention, la figure 15 est une vue en coupe selon la ligne brisée XV-XV de la figure 14, la figure 16 est une vue similaire à celle de la figure 14 d'une variante d'une telle forme d'exécution, les figures 17 et 18 sont des vues en coupe selon les lignes XVII-XVII et XVIII-XVIII respectivement et, la figure 19 est une vue de dessus d'une autre forme d'exe- cution d'un moteur selon l'invention. La forme d'exécution du moteur représentée aux figures 1 à 4 comporte un disque de rotor aimanté 1 muni d'un pignon 2 qui entraîne une roue 3 d'un mouvement d'horlogerie, par exemple la roue entraînant l'axe des secondes. Deux circuits magnétiques stationnaires 4 et 5 coopèrent avec le rotor 1. Ils comportent chacun deux branches de circuit en matériau magnétiquement perméable 6, 7 et 8, 9, reliées par des par- ties de jonction respectives, c'est-à-dire une partie de jonction 10 reliant les branches 6 et 8 et une partie de jonction 11 reliant les branches 7 et9. Les branches de chaque circuit magnétique correspondant à une phase, par exemple 6 et 7, sont disposées parallèlement à une certaine distance l'une de l'autre et l'une, 6, porte une bobine électrique de commande 12, l'autre circuit magnétique étant couplé de façon similaire avec une bobine 13. Les extrémités libres des branches de chaque circuit coopé- rent avec le disque du rotor par l'intermédiaire de parties polaires formant une dent sensiblement triangulaire ou tra- pézoldale arrondie. Les zones aimantées du rctor 1 avec lesquelles ces dents coopèrent ont une forme similaire, l'exemple montré correspondant au cas o le rotor comporte quatre zones aimantées de polarité alternante sur chaque face. Les plans de symétrie des parties polaires des deux circuits magnétiques présentent dans ce cas un espacement angulaire de 135 Selon l'invention, les deux branches supérieures 6 et 8, d'une part, et les deux branches inférieures 7 et9 des circuits, d'autre part, font partie d'une seule pièce res- pective et sont réalisées par un même outil de coupe puis par pliage. Lors de l'assemblage, l'une des pièces est retournée de 1800 par rapport à l'autre,de sorte que les branches 6 et 9, d'une part, et 7 et 8, d'autre part, pré- sentent exactement la même forme obtenue par l'outil de coupe. Par conséquent, les paires de dents opposées de chaque circuit produisent exactement le même effet sur le rotor et permettent par conséquent d'obtenir une très bonne annulation de l'harmonique deux du couple statique. Comme le montre la figure 4, une entretoise non magnétique 14 assure le positionnement précis des extrémités libres des branches des deux circuits magnétiques. Des éléments analogues ou similaires se retrouvênt dans les formes d'exécution selon les figures 5, 8 et 12, dans les- quelles ces éléments ont été désignés de la même façon que dans les figures 1 à 4. Dans la variante d'exécution selon la figure 5, les deux circuits magnétiques sont formés, à partir d'une seule pièce découpée, au moyen de deux pliages formant deux circuits magnétiques en forme de U. Dans la forme d'exécution selon la figure 8, les deux circuits -6:agnétiques sont séparés et n'ont plus de p!Ie magnetque c;r.m;un, une entretoise servant de nouveau à maintenir et _ fixer les extrémités libres des branches des circuits. La figure 12 représente une forme d'exécution similaire à celle de la figure 1, dans laquelle les branches supérieures et inférieures des deux circuits magnétiques sont formées par des pièces plates distinctes reliées par une entretoise magnétique 15. Ces deux pièces sont également retournées de 180 par rapport à leur position lors du découpage. La figure 14 est une variante de la forme d'exécution selon la figure i2 en ce sens que les deux circuits magnétiques sont mécaniquement séparés. Chaque circuit est formé de deux pièces identiques et les mêmes pièces forment l'autre circuit après avoir été tournées de 180. La figure 18 est une variante de la figure 14 dans laquelle les deux circuits magnétiques sont disposés parallèlement et ont une forme de dent appropriée. La forme d'exécution de la figure 19 montre le cas de deux circuits entièrement séparés comportant quatre parties polaires de forme identique, une partie polaire de chaque circuit étant retournée de 180 par rapport à l'autre. Il est à noter que dans toutes les formes d'exécution pré- sentées, une parfaite symétrie des circuits magnétiques est obtenue. Les bobines peuvent être réalisées de façon auto- portante ou être bobinées sur carcasse et ensuite placées sur les branches correspondantes comme dans la figure 1 ou être bobinées sur les branches comme dans le cas de la figure 19 par exemple. L'inductance mutuelle entre les bobines est extrêmement faible, les flux de fuite étant négligeabl!s entre les deux circuits. Dans le cas de la -7- figure 1, les parties de jonction 10 et 11 présentent en outre des parties saturables qui améliorent encore la séparation magnétique des circuits dans ce cas. Pour une bonne maitrise du rapport entre le couple dû au courant et le couple statique, le moteur selon l'invention est de préférence conçu de manière que le point de travail moyen des aimants axiaux du rotor soit situé nettement en dessous du point correspondant au produit (BH)max de ces aimants. -8- REVENDICATIONS 1. Moteur pas à pas diphasé notamment pour l'entrainement d'un mouvement d'horlogerie, comportant un rotor en forme de disque aimanté axialement de façon à présenter sur cha- cune de ses faces 2N zones aimantées de polarité alternante, et comportant deux circuits magnétiques stationnaires pré- sentant chacun deux branches en matière magnétiquement perméable dont au moins une est couplée avec une bobine de commande électrique, les branches de chaque circuit étant reliées entre elles à une extrémité, les extrémités libres de ces branches formant des parties polaires disposées en regard de part et d'autre du disque aimanté du rotor, carac- térisé en ce que chacune des parties polaires de l'un des circuits est réalisée de façon à présenter une forme iden- tique à celle d'une partie polaire correspondante de l'autre circuit. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches de circuit magnétique dont les parties polaires sont disposées dans un même plan parallèle à celui du disque du rotor font partie d'une seule pièce, les parties polaires disposées en regard faisant partie d'une pièce de forme identique retournée de 1800, lesdites pièces compor- tant une partie de jonction entre lesdites branches. 3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux parties de jonction sont placées l'une contre l'autre de façon à réaliser un joint magnétique, les bran- ches de chaque circuit étant écartées l'une de l'autre de façon à permettre la mise en place d'une bobine sur au moins l'une d'entre elles. 4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que 33 les parties de jonction présentent une zone saturable 9 9 séparant les deux circuits. 5. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits magnétiques stationnaires sont réalisés sous forme de pièces pliées en forme de U, l'une des pièces étant retournée de 1800 par rapport à l'autre et disposée de façon symétrique par rapport à un plan axial du rotor. 6. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les branches des circuits magnétiques stationnaires sont chacune constituées par une pièce de même forme que les autres, les quatre pièces étant disposées de façon symé- trique par rapport à un plan axial et un plan radial du rotor. ?. Moteur selon les revendications 2, 5 ou 6, caractérisé en ce que les parties de jonction ou les extrémités oppo- sees aux extrémités libres des branches des deux circuits magnétiques sont disposées en contact avec au moins une partie d'entretoise magnétique fermant chacun des deux circuits magnétiques. 8. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une entretoise en matière non magnétique disposée au voisinage des parties polaires en contact avec celles-ci, de manière à les maintenir dans une position bien définie par rapport au rotor. 9. Moteur selon la revendication 8,caractérisé en ce que l'entretoise est une pièce commune aux deux circuits magné- tiques. 10. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les parties polaires coopérant avec le disque du rotor ont chacune la forme d'une dent plate - 10 ssentie1llenent trapézoïdale ou triangulaire p pointe arrondie. 11. Moteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que les parties polaires ont une section dont les dipensions ne dépassent pas celles de la section intérieure libre de la bobine ou de son support. 12. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine s'étend en longueur jus- qu'au voisinage des parties polaires d'une part, et de la partie par laquelle les deux branches du circuit sont reliées entre elles, d'autre part. 13. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les dimensions de l'entrefer des circuits magnétiques et l'épaisseur du disque aimanté sont choisies de façon que l'aimant ait un point de fonctionne- ment moyen situé sensiblement en dessous du point corres- pondant au produit (BH) max de l'aimant.