Brevet FR2508250A1 — publié le 19821224

L'invention concerne un ensemble bobine-noyau spécialement conçu pour être utilisé dans un moteur électrique du type pas à pas et, plus spécialement, un ensemble bobine- noyau perfectionné destiné à assurer le couplage avec les stators d'un tel moteur Un procédé perfectionné de fabrication de l'ensemble bobine-noyau est également décrit. On connatt dans la technique de petits moteurs électriques pas à pas qui peuvent être excités par des impulsions périodiques produites par un circuit d'excitation à transistors ou par d'autres circuits équivalents bien connus Indépendamment du procédé au moyen duquel il est excité, le moteur pas à pas comporte généralement un circuit magnétique principal constitué d'un rotor à aimantation permanente et d'un stator magnétisable, une bobine étant couplée au circuit d'excitation Dans la technique antérieure, la bobine a été couplée magnétiquement au stator par l'intermédiaire d'un ou plusieurs éléments de noyau magnétisables se présentant sous la forme de plaques d'acier ou de fer simple- ment rectilignes ou en U passant au travers de la bobine pour atteindre les stators, et, à titre d'exemple, des structures de moteur pas à pas typiques sont illustrées dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique no 3 754 155, 3 818 690, 3 960 842, 3 984 709, 3 989 967 et 4 079 279. De façon typique, dans la technique antérieure, la bobine est enroulée sur une forme ou une carcasse moulée qui contient un trou destiné à recevoir les éléments de noyau Dans une structure connue particulière, deux éléments de noyau sont insérés dans la carcasse suivant les directions opposées Ensuite, la bobine et les éléments de noyau sont réunis en un ensemble à l'aide d'un moyen de fixation mécanique, tel que vissage, soudage (soudage par points) ou collage (par exemple application de résine époxyde entre les constituants) Lorsque l'on utilise deux éléments de noyau ou plus, il est spécialement important que de bons contacts magnétiques soient établis entre eux afin qu'il existe un circuit magnétique convenable dans le moteur Les techniques d'assemblage bobine-noyau indiquées ci-dessus se sont révélées moins que satisfaisantes aussi bien du point de vue de la réalisation du contact magnétique voulu entre les noyaux que de celui de la mise en oeuvre d'un important volume de production. La demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique n O 109 593 déposée sous le titre "Coil/Core Assembly and Assembly Process" le ler janvier 1980 aux noms de Jean P Migeon et de la demanderesse, décrit un procédé qui consiste à enrouler un fil revêtu d'une matière thermoplastique sur un mandrin, le revêtement étant chauffé au point de devenir collant, en vue de là réunion des spires de fil distinctes en une bobine se soutenant elle-même, à insérer des éléments de noyau dans la bobine et à comprimer ensemble les constituants à une température élevée pour rendre le revêtement collant et ainsi assurer le maintien des éléments de noyau en contact intime à l'intérieur de la bobine. Un but de l'invention est de proposer un ensemble perfectionné bobinenoyau pour un moteur pas à pas du type décrit ci-dessus o les éléments de noyau sont en contact intime. Un autre but de l'invention est de permettre d'assembler la bobine et les éléments de noyau en une opération unique simple ne demandant aucun moyen supplémentaire de fixation tel que vis ou adhésif pour maintenir ensemble les constituants avec un contact mutuel voulu. En résumé, l'invention propose un ensemble bobine- noyau dans lequel des éléments de noyau se chevauchant sont maintenus à l'intérieur du trou d'une bobine en contact intime l'un avec l'autre par un ajustement à serrage De préférence, chaque élément de noyau comporte un moyen destiné à venir en contact avec la bobine, en particulier des bossages orientés vers l'extérieur afin de venir en contact avec la bobine, qui réalisent un ajustement par serrage ou frottement avec les spires intérieures de la bobine constituant le trou lors de l'insertion des éléments de noyau dans le trou. Le procédé de fabrication de l'ensemble bobine-noyau consiste à insérer les éléments de noyau dans la bobine, de préfé- rence l'un en même temps que l'autre dans les extrémités opposées de la bobine, jusqu'à ce que les moyens destinés à venir en contact avec la bobine réalisent l'ajustement voulu par serrage permettant de maintenir ensemble les éléments de noyau et la bobine, les éléments de noyau étant en contact intime Aucun autre moyen de fixation n'est nécessaire. La description suivante, conçue à titre d'illus- tration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle-s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels la figure 1 est une vue éclatée des constituants d'un moteur pas à pas; la figure 2 est une vue en perspective du moteur pas à pas après assemblage; la figure 3 est une vue en perspective de l'ensemble bobine-noyau; la figure 4 est une vue en plan de dessus de l'ensemble bobine-noyau selon l'invention avant l'insertion complète des éléments de noyau, la figure 5 est une élévation latérale de l'ensemble bobine-noyau avant la complète insertion des éléments de noyau> la bobine étant présentée en coupe; et la figure 6 est une élévation latérale de l'ensemble bobine-noyau après complète insertion des éléments de noyau, la bobine étant présentée en coupe. Sur la figure 1, est illustrée une structure de moteur pas à pas à laquelle l'invention peut être appliquée En résumé, le moteur pas à pas comprend un stator supérieur 2 et un stator inférieur 4, tous deux étant en un matériau doté d'une certaine perméabilité-magnétique, et un rotor 6 se présentant sous la forme d'un disque fait d'un matériau fortement magnétique pos- sédant un champ coercitif élevé, par exemple un alliage de terre rare Le rotor 6 est soutenu par un axe central 8 de manière à pouvoir tourner dans l'intervalle existant entre les stators supérieur et inférieur L'axe central est lui-même soutenu par un palier supérieur Il dans le stator supérieur et par un palier inférieur 12 dans le bàti 14 du mouvement (de montre) Une bobine 16 recevant un courant d'excitation, par exemple des impulsions de signe constant, est magnétiquement couplée aux stators supérieur et inférieur par l'intermédiaire d'éléments de noyau 18 en forme de L Le moteur pas à pas est monté sur le b Ati 14 du mouvement à l'intérieur d'un bottier approprié (non représenta) par l'intermédiaire de montants de support 14 a et de vis 20, le moteur assemblé étant présenté sur la figure 2. Le moteur pas à-pas est de préférence du type illustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 4 079 279. La figure 3 montre un ensemble bobine-noyau typique dans lequel les parties longues 18 a des éléments de noyau. en forme de L sont insérées dans le-trou de la bobine 16 en relation de chevauchement mutuel, l'une au-dessus de l'autre, et les parties courtes 18 b des éléments de noyau sont disposées à angle droit du grand axe de la bobine, tandis que des parties découpées 18 e sont en regard l'un de l'autre La bobine 16 est fait d'un fin fil de cuivre 16 a (diamètre 0,039 mm) recouvert - d'un mince revêtement d'un isolant thermoplastique (diamètre revêtu 0,044 mm, par exemple la substance de revêtement isolante "Thermoplast" produite par la société Lotan Company De préfé- rence, on forme la bobine 16 sur une machine automatique en commençant par chauffer le fil revêtu à une température modérée, par exemple 2500 C, de façon à mettre l'isolant thermoplastique dans un état collant, puis on enroule le fil revêtu et chauffé sur un mandrin de façon que les revêtements des spires collent sur ceux des spires adjacentes et se lient avec celles-ci au moment du refroidissement Après l'enroulement du nombre voulu de spires, on retire la bobine tubulaire 16 du mandrin et elle constitue alors une bobine se soutenant toute seule par suite du revêtement isolant thermoplastique qui lie les spires adjacentes. Le revêtement isolant porté par le fil peut être chauffé à l'aide d'une flamme libre, d'une énergie rayonnante ou d'un autre moyen de chauffage connu permettant de le mettre dans l'état collant voulu Typiquement, la bobine tubulaire est enroulée de façon à présenter des coupes externe et interne sensiblement rectangulaires. Une particularité importante de l'ensemble bobine- noyau selon l'invention est l'existence d'un moyen destiné à venir en contact avec la bobine, qui est porté par chaque élément de noyau En particulier, la partie longue 18 a de chaque élément de noyau porte un bossage allongé 18 d formé sur le côté extérieur de l'élément de noyau qui est tourné vers les spires intérieures de la bobine définissant son trou Les figures 4 à 6 présentent ces bossages de manière plus claire Lorsque les parties longues 18 a des éléments de noyau ont été insérées en chevauchement mutuel dans le trou de la bobine (figure 6), les bossages 18 d destinés à venir en contact avec la bobine réalisent un ajustement par serrage avec la paroi intérieure 16 b (spires intérieures) de la bobine de chaque côté du trou Il est également réalisé un ajustement par serrage entre la paroi intérieure 16 b et les côtés extérieurs plans des éléments de noyau qui sont diamé- tralement opposés aux bossages 18 d, comme on peut le voir sur la figure 6 L'ajustement par serrage suffit à maintenir la bobine et les éléments de noyau en un ensemble solidaire, les côtés intérieurs se chevauchant des éléments de noyau étant en contact intime de façon à réaliser un circuit magnétique approprié Une légère inclinaison des parties longues des éléments de noyau vis-à-vis de l'axe longitudinal du trou est visible Pour assurer un contact superficiel voulu avec les spires internes de la bobine, il est préférable de faire appel à des bossages allongés, mais d'autres formes de bossages peuvent également être utilisées. Naturellement, il est évident que la hauteur des bossages 18 d est choisie en relation avec la hauteur du trou de la bobine et l'épaisseur des parties longues 18 a des éléments de noyau de façon qu'il soit assuré un ajustement par serrage voulu. Par exemple, un bossage d'une hauteur de 75 microns (plus ou moins 10 microns) assure un ajustement par serrage efficace avec une bobine qui possède un trou d'une hauteur de 0,940 'mm plus ou moins 10 microns et des éléments de noyau ayant chacun une épaisseur, y compris le bossage, de 0,522 mm plus ou moins 13 microns (La hauteur du trou de la bobine est déterminée dans le sens perpendiculaire aux côtés plats se chevauchant des élé- ments de noyai) Le bossage 18 d est réalisé dans un outillage de progression classique par estampage ou par une autre technique classique. Il est également visible que les buts de l'inven- tion peuvent être réalisés lorsqu'on prévoit un ou plusieurs bossages de contact avec la bobine sur l'un seulement des éléments de noyau Par exemple, il est possible de prévoir deux bossages écartés l'un de l'autre sur le côté extérieur de l'un seulement des éléments de noyau en vue de la venue en contact avec les spires internes de la bobine suivant un ajustement par serrage. L'ensemble bobine-noyau selon rinvention est ensuite produit par une opération de compression unique qui consiste à insérer les parties longues 18 a respectives des éléments de noyau dans les extrémités opposées du trou de la bobine, ainsi que cela peut être vu sur la figure 4, puis à pousser l'un vers l'autre les éléments de noyau (voir figure 5) de façon que les parties longues 18 a viennent en chevauchement et en contact l'une avec l'autre et que les bossages 18 d réalisent un ajustement par serrage avec les spires internes du trou de la bobine De cette manière, il est obtenu un contact intime entre les éléments de noyau se chevauchant, ce contact intime étant maintenu par la suite et assurant ainsi un circuit magnétique satisfaisant avec les stators Un avantage important de ce procédé est qu'il n'est besoin d'aucun moyen de fixation supplémentaire pour assembler les constituants. Ainsi, il apparaîtra maintenant clairement à l'homme de l'art que l'invention propose un procédé perfectionné permettant d'assembler la bobine et les éléments de noyau en contact intime mutuel sans qu'il soit besoin de faire appel à un moyen de fixation supplémentaire L'ensemble bobine-noyau ainsi produit est d'une structure simple et sûre et permet d'obtenir un circuit magnétique satisfaisant avec les stators du moteur pas à pas. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir du dispositif et du procédé dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustrat 4 f et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. -R E V E N D I C A T I O N S 1 Ensemble bobine-noyau comprenant une bobine allongée ( 16) formée de plusieurs spires de fil enroulées dont les spires internes définissent un trou longitudinal dans la-bobine, et des éléments de noyau multiples ( 18) qui sont placés dans le trou, l'ensemble étant caractérisé en ce qu'au moins un des éléments d'un noyau comporte un moyen ( 18 d) destiné à venir en contact avec la bobine suivant un ajustement par serrage avec les spires internes, de sorte que les éléments de noyau sont maintenus en contact entre eux et avec la bobine par un ajustement à serrage dans le trou. 2 Ensemble bobine-noyau comprenant une bobine allongée ( 16) formée de plusieurs spires de fil enroulées dont des spires internes définissent un trou longitudinal dans la bobine, et deux éléments de noyau ( 18) disposés dans le trou en contact de chevauchement, caractérisé en ce que chaque élément de noyau comporte un bossage ( 18 d) orienté vers l'extérieur destiné à venir en contact avec la bobine suivant un ajustement par serrage avec les parois internes, de sorte que les éléments de noyau sont maintenus en contact entre eux et avec la bobine par un ajustement par serrage dans le trou. 3 Ensemble bobine-noyau comprenant une bobine allongée ( 16) formée de plusieurs spires de fil bobinées dont les spires internes définissent un trou longitudinal dans la bobine, et comprenant deux éléments de noyau plats ( 18) disposés dans le trou et ayant des côtés internes en contact intime l'un avec l'autre et des côtés externes regardant les spires internes de la bobine dans des sens opposés, l'ensemble étant caractérisé en ce que le côté extérieur de chaque élément de noyau possède un bossage ( 18 d) orienté vers l'extérieur et destiné à venir en contact avec la bobine suivant un ajustement par serrage avec les spires internes de la bobine situées au voisinage des extrémités opposées du trou, de sorte que les éléments de noyau sont maintenus en contact entre eux et avec la bobine par un ajustement par serrage dans le trou. 4 Ensemble bobine-noyau destiné à un moteur pas à pas possédant des stators séparés ( 2,> 4) et un rotor ( 6) disposé entre eux, l'ensemble étant destiné à assurer le couplage avec les stators en vue de la production d'un champ magnétique entré eux, l'ensemble comprenant une bobine allongée ( 16) formée de plusieurs spires de fil bobinées dont les spires internes définissent un trou longitudinal dans la bobine, et comprenant deux éléments de noyau ( 18) disposés dans le trou en contact mutuel de chevauchement, l'ensemble étant caractérisé en ce que chaque élément de noyau comporte un bossage ( 18 d) orienté vers l'extérieur et destiné à venir en contact avec la bobine en ajustement par serrage avec les spires internes, de sorte que les éléments de noyau sont maintenus en contact entre eux et avec la bobine par un ajustement à serrage dans le trou. 5 Ensemble selon la revendication 4,caractérisé en ce que les éléments de noyau sont planis et possèdent des côtés internes en contact de chevauchement et des côtés externes tournés vers les spires internes de la bobine dans des sens opposés, le côté externe de chaque élément de noyau possédant un bossage ( 18 d) de contact avec la bobine en ajustement par serrage avec les spires internes de la bobine au voisinage des extrémités opposées du trou. 6 Procédé de fabrication d'un ensemble bobine-noyau destiné à un moteur pas à pas, le procédé consistant à former une bobine allongée ( 16) de spires de fil enroulées dont les spires internes définissent un trou longitudinal dans la bobine, et étant caractérisé en ce qu'il consiste en outre à insérer deux éléments de noyau ( 18), possédant chacun un bossage ( 18 d) de contact avec la bobine qui fait saillie vers l'extérieur en direc- tion des spires intérieures, dans le trou en contact de chevau- chement de façon à placer le bossage de contact avec la bobine de chaque élément de noyau en ajustement de serrage avec les spires internes de la bobine, de sorte que les éléments de noyau sont maintenus en contact entre eux et avec la bobine par un ajustement de serrage dans le trou. 7 Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'on insère l'un des éléments de noyau dans une extrémité du trou, tandis que l'on insère en mÉme temps l'autre des éléments de noyau dans l'autre extrémité du trou, le bossage de l'élément de noyau cité en premier venant en contact avec les spires internes de la bobine en ajustement par serrage au voisinage de l'extrémité citée en premier et le bossage de l'autre élément de noyau venant en contact des spires internes de la bobine en ajustement par serrage au voisinage de l'autre extrémité.