Brevet FR2493064A1 — publié le 19820430

La présente invention concerne un moteur élec- trique pas à pas et plus précisément un moteur ayant un ensemble perfectionné formant stator. On connaît déjà des petits moteurs électriques pas à pas qui peuvent être pilotés par des impulsions périodiques produites par un circuit transistorisé ou d'autres circuits équivalents bien connus. Quel que soit le procédé de pilotage ou d'excitation, le moteur pas à pas comprend en général un circuit magné- tique principal formé par un rotor aimanté de manière permanente, placé dans l'entrefer de deux organes dis- tants de stator couplés magnétiquement à un enroulement. L'enroulement excitateur est couplé magnétiquement aux organes du stator habituellement par l'intermédiaire d'un ou plusieurs noyaux aimantables sous forme de simples plaques rectilignes ou en U de fer ou d'acier passant dans l'enroulement et placées au contact des organes du stator. Les brevets des Etats-Unis d'Amérique n0 3 754 155, 3 818 690, 3 860 842, 3 984 709, 3 989 967 et 4 079 279 décrivent des exemples de construction de moteur pas à pas. La figure 1 représente un exemple de construction d'un moteur pas à pas connu particulier, sous forme éclatée. Le moteur comporte un organe supérieur 2 de stator et un organe inférieur 4 de stator qui sont perméables magnétiquement (formés d'alliage fer-nickel), ayant des pièces polaires 2a et 4a en forme de rayons qui se recouvrent et un rotor 6 sous forme d'un disque d'une matière fortement magnétique, ayant un champ coercitif élevé, par exemple formée d'un alliage con- tenant des éléments des terres rares. Le rotor est porté par un axe central 8 afin qu'il tourne dans l'en- trefer délimité par les organes supérieur et inférieur du stator. L'axe central est lui-même supporté par un coussinet 11 de matière plastique moulé dans un trou de l'organe supérieur du stator et un coussinet inférieur 12 placé dans un bâti 14. Un bobinage 16 ayant des fils 16a reçoit un courant excitateur, par exemple des impulsions de signe constant, et il est relié aux organes supérieur et inférieur du stator par des noyaux 18 en L ayant des parties longues 18a passant dans l'enroulement et des parties courtes 18b disposées transversalement afin qu'elles soient au contact des organes du stator. Les éléments précités du moteur pas à pas sont empilés sur des plots 14a de support du bâti et maintenus en position par des vis 21, par exemple comme représenté sur la figure 2. Ce moteur est du type décrit dans le brevet précité des EtatsUnis d'Amérique n0 4 079 279 qui donne des détails sur son fonctionnement. L'invention concerne l'amélioration du rendement d'un moteur pas à pas du type précité. Plus précisément, l'invention permet un meilleur rendement par utilisation d'un pont stable de stator permettant le pivotement du rotor avec des pertes magné- tiques minimales. En résumé, le moteur pas à pas selon l'invention comporte un premier organe de stator, perméable magnéti- quement et monté sur un bâti, ce premier organe ayant un moyeu central, plusieurs pièces polaires en forme de rayon dépassant du moyeu et une ouverture centrale formée dans le moyeu et permettant le passage d'une première extrémité de l'axe du rotor afin qu'il puisse tourner, de préférence dans un coussinet placé dans le châssis. Un ensemble formant un pont de stator est aussi monté sur le bâti et comprend un support de ma- tière plastique associé à un second organe de stator, perméable magnétiquement et ayant un moyeu central et plusieurs pièces polaires en forme de rayons, disposées radialement à partir du moyeu, ce moyeu et ces pièces polaires recouvrant le moyeu et les pièces polaires du premier organe de stator et délimitant un entrefer dans lequel est disposé un disque de rotor monté sur l'axe central. Le second organe de stator a une ouverture centrale dans le moyeu, alignée axialement sur l'ouver- ture centrale du premier organe du stator et des parties du support de matière plastique sont de préférence travaillées par un procédé thermoplastique afin qu'un coussinet soit formé dans l'ouverture du second organe de stator et permette le logement de l'autre extrémité de l'axe du rotor qui peut y tourner. D'autre parties du support-de matière plastique forment un pont de support entre le premier et le second organe de stator. Ces deux derniers organes ont de préférence chacun un bras dépassant de l'une au moins des pièces polaires et assurant le couplage magnétique avec un enroulement excitateur. Les bras sont disposés de manière qu'ils ne se recouvrent pas si bien qu'ils ne peuvent pas faire apparaître des pertes magnétiques indésirables. Le recouvrement d'autres zones externes des organes de stator (c'est-à-dire des zones qui ne sont pas asso- ciées au moyeu ou aux pièces polaires) est éliminé afin que les pertes magnétiques soient encore réduites. Un pont stable permet le pivotement du rotor avec des pertes magnétiques minimales et permet au moteur d'avoir un rendement nettement accru. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre, d'exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels, les figures 1 et 2 ayant déjà été décrites: la figure 3 est une vue éclatée du moteur pas à pas selon l'invention; la figure 4 est une perspective du second organe de stator de l'ensemble formant un pont de stator du moteur de la figure 3; et la figure 5 est une perspective de l'ensemble formant un pont de stator, représentant les faces in- ternes du second organe de stator et du support de matière plastique. La figure 3 représente le moteur pas à pas selon l'invention qui a un ensemble perfectionné à stator. La figure montre que de nombreux des autres éléments du moteur sont analogues à ceux du moteur pas à pas représenté sur les figures 1 et 2, et les éléments analogues portent des références identiques suivies du signe '. Les deux moteurs pas à pas sont de préférence du type représenté dans le brevet précité des Etats- Unis d'Amérique n0 4 079 279. L'ensemble à stator comporte un premier organe ' perméable magnétiquement, ayant un moyeu central a', plusieurs pièces polaires 20b' en forme de rayons, disposées radialement à partir du moyeu, et une ouver- ture centrale 20c' formée dans le moyeu. Comme repré- senté, une première extrémité de l'arbre 8' du rotor passe dans l'ouverture centrale 20c' et se loge dans un coussinet aligné axialement 12' formé dans le châssis 14'. Il apparaît que deux des pièces polaires du côté gauche du premier organe de stator se prolongent et forment un bras 20d' de moteur annulaire dépassant vers l'enroulement 16' et destiné à être au contact du bras court 18b' du premier noyau 18'. Le bras de moteur annulaire comprend un trou 20e' destiné au pas- sage du plot 14a' de support. Il apparaît que les autres pièces polaires du premier organe 20' de stator ne se prolongent pas pour former un autre bras de moteur annulaire du côté droit. Ceci diffère de l'organe in- férieur 4 de stator et de la figure 1 et il s'agit d'une caractéristique importante de l'ensemble formant le stator selon l'invention, comme décrit dans la suite du présent mémoire. Une autre caractéristique importante de l'en- semble formant stator est le pont 22' de stator qui comporte un second organe 23' de stator, perméable magnétiquement et ayant une configuration analogue à celle du premier organe de stator, c'est-à-dire compre- nant des pièces polaires 23' en forme de rayons dépassant radialement d'un moyeu central 23b' et ayant une ouverture centrale 23c' dans le moyeu comme indiqué sur les figures 4 et 5. Il apparaît que deux des pièces polaires du côté droit (sur la figure 3) du second organe de stator se prolongent et forment un bras 23d' de moteur annulaire destiné à être au contact du bras court 18b' du noyau adjacent. L'ensemble comporte en outre un support 24' de matière plastique non perméable magnétique, associé au second organe 23' de stator par des techniques de travail à l'état thermoplastique, par exemple par for- mage à chaud, par surmoulage ou par soudage ultrasonore. Comme l'indiquent les figures 3 et 5, une partie 24a' en saillie du support de matière plastique recouvre un côté externe 23e' du second organe de stator et plusieurs pattes 24b' sont formées dans la matière thermoplastique afin qu'elles coopèrent avec l'autre face interne 23f' du second organe de stator et main- tiennent ainsi les différents éléments. Un coussinet 24c' ayant un rebord 24d' recouvrant le côté interne 23f' est aussi formé dans la matière thermoplastique dans l'ouverture centrale du moyeu 23b' afin qu'il loge l'extrémité 8a' de l'axe 8' du rotor qui peut - y tourner. La lèvre du coussinet assure aussi le main- tien des différents éléments les uns contre les autres. Le support 24' de matière plastique est moulé ou formé d'une autre manière afin qu'il constitue un pont 24e' de support d'épaisseur suffisante en direction axiale pour qu'il soit au contact du premier organe 20' de stator lorsque le moteur est monté. Le support de matière plastique est aussi moulé afin qu'il forme un bras 24f' de moteur annulaire ayant un trou 24g" destiné à loger la vis 21' de fixation. Il apparaît que le pont 22' de stator, en coopération avec le premier organe 20' de stator, élimine les pertes magnétiques présentées par les moteurs ayant la construction des figures 1 et 2 étant donné la présence de zones externes perméables magnétiquement dans les organes de stator, c'est-à-dire de zones qui ne sont pas associées au moyeu ou aux pièces polaires et qui se recouvrent. Dans le moteur selon l'invention, les seules zones de recouvrement des organes 20' et 23' de stator sont les moyeux centraux et les pièces polaires en forme de rayons. Les bras de moteur annulaire ne se recouvrent pas et ne font donc pas apparaître des pertes magnétiques indésirables. Le moteur pas à pas selon l'invention est monté sur un bâti 14' par des plots 14a' de support et des vis 21'. Par exemple, le premier organe 20' de stator est placé sur le châssis 14', le plot de support passant par le trou 20e' et l'ouverture centrale c' étant alignée sur le coussinet 12'. Par exemple, le premier organe de stator est collé sur le châssis 14'. L'enroulement 16' et les noyaux 18' qui passent dans celui-ci, sont empilés sur le premier organe 20' de stator, les fentes 18c' logeant les plots 14al. L'ensemble 22' ayant le pont de stator est place sur les bras des noyaux, le trou 23g' du second organe de stator assurant le passage d'un plot 14a' de support alors que le trou 24g' du support de matière plastique loge l'autre plot de support. Dans cet arrangement, le coussinet 24c' de l'ensemble à pont de stator est aligné axialement sur l'ouverture centrale 20c' du premier organe de stator et sur le coussinet 12' du châssis 14', et le pont 24e' de support est au contact de la face interne du premier organe de stator et forme un pont mécanique stable entre le premier et le second organe de stator. Evidemment, le disque 6' de rotor monté sur l'axe central 8' est placé dans l'entrefer disposé entre le premier et le second organe de stator, une première extrémité 8a' de l'axe se logeant dans le coussinet 24c' de l'ensemble à pont de stator alors que l'autre extrémité se trouve dans le coussinet 12' formé dans le châssis 14'. Grâce à l'ensemble de stator utilisé, les pertes magnétiques sont minimales dans le moteur pas à pas. Le rendement de celui-ci est donc accru notable- ment; par exemple, un moteur pas à pas réglé selon l'invention a un couple de sortie accru de 20 %, pour une même intensité de courant, par rapport à celui d'un moteur de dimension analogue, tel que représenté sur les figures 1 et 2. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Moteur pas à pas du type qui comporte un premier et un second organe de stator (20', 23') placés à dis- tance et se recouvrant en délimitant un entrefer intermé- diaire, et un disque de rotor (6') est monté sur un axe central (8') afin qu'il tourne, le moteur ayant un enroulement couplé magnétiquement au premier et au second organe de stator (20', 23'), ledit moteur pas à pas étant caractérisé en ce qu'il comprend (a) un premier organe (20') de stator perméable magnétiquement, ayant un moyeu central (20a'), plusieurs pièces polaires (20b') en forme de rayons partant du moyeu, et une ouverture centrale (20c') formée dans le moyeu et destinée au passage d'une première extrémité de l'axe du rotor, (b) un ensemble à pont de stator comprenant un second organe (23') de stator perméable magnétique- ment, ayant un moyeu central (23a') et plusieurs pièces polaires (23b') sous forme de rayons partant du moyeu, à distance du moyeu et des pièces polaires du premier organe de stator mais dans des positions qui se recou- vrent, cet ensemble comprenant en outre un support (24') de matière plastique non perméable magnétiquement, associé au second organe de stator (23'), ce dernier ayant une ouverture centrale (23c') formée dans le moyeu et alignée axialement sur l'ouverture centrale du premier organe de stator, le support de matière plastique ayant des parties formant un coussinet (24c') dans l'ouverture centrale du second organe de stator afin que ce coussinet loge l'autre extrémité de l'axe du rotor, alors que les parties restantes du support de matière plastique (24') forment un pont (24e') de support entre le premier et le second organe de stator, et (c) un dispositif (14a', 21') de maintien de l'ensemble à pont de stator et du premier organe de stator (20') en coopération l'un avec l'autre. 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support de matière plastique (24') comporte des parties formées thermoplastiquement et constituant le coussinet (24c') placé dans l'ouverture centrale (23c') du second organe de stator (23') et formant aussi des pattes de raccordement (24b') destinées à coopérer avec le second organe de:stator et à l'associer au support-. 3. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de maintien de l'ensemble à pont de stator et du premier organe de stator en coopé- ration l'un avec l'autre comporte un organe de châssis (14') supportant le premier organe de stator et ayant un coussinet (12') aligné axialement sur l'ouverture centrale (26c') du premier organe de stator afin qu'il loge la première extrémité de l'axe du rotor, et un dispositif (14a', 21') de serrage de l'ensemble à pont de stator et du premier organe de stator contre l'organe de châssis, l'ensemble étant empilé. 4. Moteur pas à pas du type qui comporte un premier et un second organe de stator (20', 23') placés à distance et se recouvrant en délimitant un entrefer intermédiaire dans lequel un disque (6') de rotor est monté sur un axe central (8') qui permet sa rotation, et ayant un enroulement (16') couplé magnétiquement au premier et au second organe de stator, ledit moteur pas à pas étant caractérisé en ce qu'il comprend (a) un organe de châssis (14') portant un coussinet (12'), (b) un premier organe de stator (20') perméable magnétiquement, disposé sur l'organe de châssis et ayant un moyeu central (20a'), plusieurs pièces polaires (20b') en forme de rayons partant du moyeu et une ouver- ture centrale (20c') formée dans le moyeu et alignée sur le coussinet, une première extrémité de l'axe du rotor passant dans cette ouverture afin qu'elle tourne dans ce coussinet, le premier organe de stator ayant en outre un bras (20d') dépassant d'au moins l'une des pièces polaires et destiné à assurer un couplage magnétique avec l'enroulement, (c) un ensemble à pont de stator comprenant un second organe (23') de stator perméable magnétiquement, ayant un moyeu central (23a') et plusieurs pièces polaires (23b') analogues à des rayons partant du moyeu, à distance du moyeu et des pièces polaires du premier organe de stator mais les recouvrant, ce second organe de stator ayant un bras (23b') dépassant de l'une au moins des pièces polaires, à distance du bras (20d') du premier organe de stator mais ne recouvrant pas ce bras, l'en- semble à pont de stator comprenant en outre un support (24') de matière plastique non perméable magnétiquement, associé au second organe de stator (2V'), ce dernier ayant une ouverture centrale (23c') dans son moyeu, l'ouverture étant alignée axialement sur l'ouverture centrale du premier organe de stator et le support de matière plastique a des parties travaillées thermo- plastiquement et formant un coussinet (24c') dans l'ou- verture centrale du second organe de stator, ce coussi- net étant destiné à recevoir l'autre extrémité de l'axe (8') du rotor alors que des parties restantes du support de matière plastique forment un pont (24e') de support entre le premier et le second organe de stator, et (d) un dispositif (14a', 21') destiné à maintenir en coopération l'ensemble à pont de stator et le premier organe de stator sur l'organe de châssis.