Brevet FR2518845A1 — publié le 19830624

Moteur pas 9 pas pour pendules. L'invention concerne un moteur pas a pas pour pendules comprenant une tôle de stator de forme en U et dont la longueur des branches est importante par comparaison a la longueur de sa pièce transversale ou joug, une bobine de stator enfoncée sur une tranche et un rotor à proximité d'un évidement de forme semi-circulaire constituant une pièce polaire et formé dans la tôle du stator, cet évidement s-'ouvrant en direction de l'axe du stator passant parallèlement aux branches en ligne droite du stator. Ce moteur pas à pas peut servir en particulier de convertisseur électromécanique pour mouvements de grandes pendules a circuit d'entraînement électronique, de préférence stabilisé par quartz, pour indiquer l'heure. On connaît un moteur pas a pas de ce type par le document DE-AS 25 30 410. L'inconvénient de ce moteur est que deux tôles de stator de profil différent assurent par leur collaboration dans la zone des pièces polaires en premier lieu le fonctionnement du moteur pas à pas et en particulier en ce qui concerne le sens dans lequel il doit tourner. Du fait des tolérances dues à la production en masse, on peut obtenir des moteurs présentant des caractéristiques très différentes. A ceci s'ajoute qu'il faut fortement déformer les tôles du stator constituées respectivement en une seule pièce et en forme de U allongé pour pouvoir écarter suffisamment les extrémités des branches dans la zone-des pièces polaires pour que l'une des branches puisse être introduite dans l'ouverture de passage du corps de la bobine de stator.Du fait de la forte déformation mécanique il en résulte, pour des tôles de stator rendues optimales lors de leur fabrication, une détérioration impossible a déterminer à l'avance des propriétés magnétiques du stator. En outre, la géométrie du stator, dans la zone des pièces polaires, subit obligatoirement une modification que l'on ne peut maîtriser par rapport à la géométrie prédéterminée par le découpage à la matrice, et donc optimale, avant cette déformation mécanique, ce qui là encore dégrade les propriétés magnétiques du moteur pas à pas et de ce fait son-rendement électromagnétique, d'une façon qui ne permet pas la reproductibilité.Pour un produit mécanique fln produit en masse, de grande valeur et sensible de ce type tel qu'un moteur pas à pas de pendule, il faut cependant chercher à faire en sorte que les données théoriques ou déterminées par l'expérience ne soient pas modifiées par les manipulations au cours du montage, de façon à obtenir des produits terminaux fabriqués en grandes séries et dont les paramètres de fonctionnement présentent des tolérances aussi étroites que possible.En outre,un inconvénient du moteur pas à pas deà connu est que la bobine ne peut être enfoncée que sur l'une des deux branches de la tôle du stator, alors que la géométrie de la pièce polaire de l'autre branche présente localement des dimensions plus importantes, transversalement à sa direction longitudinale, que la zone de la branche-qui est utilisée comme support pour le corps de la bobine du stator. Pour des moteurs pas à pas de pendule connus, on sait en outre comment constituer la tôle de stator en plusieurs parties, et relier ces parties-les unes aux autres après mise en place du corps de la bobine munie de son enroulement. Mais ceci conduit à des étapes de travail additionnelles au cours de la fabrication et donc à des augmentation de prix importantes.En outre, 1 'inconvénient est que l'on constate une résistance magnétique plus importante aux emplacements des liaisons, ce qui degrade de façon sensible le rendement électromagnétique du moteur pas pas. En outre, il faut prevoir alors des mesures de réglage particulières, grâce aux connaissances obtenues de la fabrication ou sous forme d'auxiliaires de positionnement, pour la fixation du moteur pas à pas dans le mouvement d'horloge pour assurer la géométrie déterminée et rendue optimale par la construction de l'entrefer entre les pièces polaires lors de l'assemblage des parties en tôle du stator ou le montage du stator, quand il n'est pas prévu de liaison constructive entre les pièces polaires.Mais pour des raisons provenant du mécanisme du circuit magnétique, cette liaison ne peut être envisagée qu'avec un matériau d'épaisseur très faible, ce qui entraîne à nouveau un danger de déformation lors de la manipulation obligée de ces pièces de stator pendant la fabrication. Par contre l'invention a pour objet de constituer un moteur pas à pas du type mentionné dans le préambule de manière que, grâce à une fabrication peu compliquée et tout en conservant les exigences élevées concernant le maintien d'une géometrie déterminée et de ce fait des données électro magnetiqueset avec une consommation réduite de matériau, il soit peu coûteux à fabriquer et présente un rendement élevé en tant que convertisseur électromécanique.Selon l'invention, ce problèmeest résolu essentiellement du fait que le moteur pas à pas selon le préambule se caractérise en ce qu'il est prévu une tale de stator en une seule couche et à branches de longueurs inégales, seule la branche la plus longue comprenant ltévidement pour pièce polaire, dont le centre de l'arc de cercle formé par cet évidement est décalé par rapport à l'axe du stator en direction de cette branche la plus longue, l'axe de rotation du rotor étant alors disposé sur une ligne parallèle à l'axe du stator et passant par ce centre mais etant décalé par rapport au centre du cercle. Cette solution se caractérise par une forme géométrique simple concernant la configuration de la tôle de stator et permet de ce fait - sans connaissances particulières et coûteuses sur la fabrication - de contrôler facilement en cours de fabrication le maintien des paramètres géométriques déterminés par la construction, et surtout- dans la zone des pièces polaires. I1 est inutile de prévoir des saillies constituées de façon définie et géométriquement compliquées dans la zone des pièces polaires, et il est possible de respecter, par un simple décalage défini dans un évidement de pièce polaire constitué dans l'une des branches, les critères de démarrage et de moment de rotation du rotor du moteur pas à pas. I1 est inutile d'avoir recours à des déformations quelconques de la tôle d'un stator en une seule pièce et en une seule couche découpée à la matrice une fois pour toutes selon sa géométrie définitive car des saillies prévues dans la zone des pièces polaires et pénétrant dans l'espace inter mediaire entre les branches de la tôle du stator ne sont en aucune manière nécessaires, ce qui fait qu'il est possible d'inserer le corps de la bobine du stator munie de son enroulement directement sur l'une des branches, ce qui rend le stator complet. Un avantage additionnel particulier concernant le prix consiste, dans le moteur pas à pas selon l'invention, du fait que les branches et la pièce transversale en tôle du stator peuvent être dimensionnées sans problème, puisqu'il n'existe pas de saillies, et de façon que deux tôles de stator respec-tivement en sens contraire et s'étendant pour fonner un rectangle allongé, puissent être emboîtées l'une dans l'autre. Lors de la fabrication - et l'exception du matériau des trous de positionnement et de la section circulaire de-l'évi- dement des pièces polaires - il n'y a aucun déchet provenant de la découpe à la matrice de telles paires disposées côte à côte à partir d'un matériau de départ en bande ou en plaque. Selon l'invention, la bobine du stator est enfoncée sur la branche la plus longue et la largeur de l'espace intermédiaire entre les branches, transversalement à l'axe du stator, n'est nulle part plus faiole que l'épaisseur de la bobine voisine. En ce qui concerne la branche la plus courte, elle se termine approximativement face à l'extrémité externe de la pièce polaire de la branche la plus longue, qui est la plus éloignée de la travérse. Cette branche la plus courte est plus courte que la branche la plus longue d'une distance correspondant approximativement à la largeur de la traverse, mesurée en direction de l'axe du stator. Quant à la largeur des branches, elle est légèrement plus faible que la largeur interne de l'espace intermédiaire constituéentre les branches, mesurée transversalement à l'axe du stator. D'autres caractéristiyues et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un exemple de réalisation préféré et à j'aide d'un dessin limité à l'essentiel mais qui est à l'échelle et agrandi plusieurs fois. L'unique figure du dessin représente la section de tôle du stator a l'intérieur de laquelle est monté le rotor du moteur pas à pas, et montre l'emboîtement des sections de tôle en vue d'un estampage de paires de tôles de stator permettant d'économiser du matériau. Le moteur pas à pas 2 de pendule qui est représenté sur le dessin en direction de l'axe de rotation 1 de son rotor (et agrandi environ sept fois-) est prévu dans l'exemple représenté pour une grande pendule Çc'est-à-dire pour le mouvement d'une pendule de table, d'une horloye ou d'une pendule murale). Le moteur pas à pas 2 est constitue par un stator 3 formé par une tôle de stator 4, une bobine de stator 16 ainsi qu'un rotor 6. Le rotor 6 est monté sur un support 7 (d'une façon qui n'est pas indiquée en détail sur le dessin), et il peut s'agir alors de la platine d'un mouvement d > horlo- ge ou d'une partie du boîtier du mouvement.Un tenon de positionnement 8 fixé au support 7 pénètre dans un trou de positionnement 9; une tige de support 10 montée sur le support 7 pénètre dans un trou allonge 11 prévu dans la tôle de stator 4 dans une zone éloignée du trou de positionnement 9, de manière à pouvoir la régler avec précision par rapport à l'axe de rotation 1 du rotor. Le trou allongé il peut (comme représenté sur le dessin) être en forme d'arc de cercle dont le centre est le tenon de positionnement 9, de manière à pouvoir faire pivoter le stator 3 en vue d'un ajustage fin vis-à-vis de l'axe de rotation 1 du rotor; en règle générale cependant, le positionnement du tenon 8 et de la tige 10 peut être réalisé avec précision sur le support commun et de forme stable 7 de manière qu'un ajustage fin de ce type ne soit plus nécessaire. Le rotor 6 (qui n'est pas représenté sur le dessin) est constitué de façon habituelle par un corps en ferrite en forme de disque ou de cylindre creux et plat, qui est magnétisé par un dipôle diamétral, transversalement à l'axe de rotation 1 du rotor. La tôle de stator 4 est profilée en U et elle comprend deux branches 14, 15 qui sont relativement lonyues par rapport à la longueur 12 de son joug ou traverse 13. Ceci procure l'avantage d'un bon rendement magnétique du fait que la direction des branches 14, 15, lors de la-decoupe à la matrice à partir d'un matériau de départ en plaque ou en bande, peut être assurée en direction en fonction de la direction magnétique préférentielle donnée par l'orientation du noyau. tuais avant tout, il est possible (pour un nombre de spires prédéterminé) de réaliser une bobine de stator aliongée que l'on enfonce sur l'une des branches en ligne droite 14, 15 avec un diamètre de l'enroulement plus faible lorsqu'il s'agit de bobines de courte longueur axiale, le rendement électromagnétique étant par ailleurs avantageux du fait que toutes les spires du fil de la bobine sont etroitement appliquées contre le noyau de la bobine - à savoir la tôle de stator 4 - et contribuent-ainsi toutes d'une manière approximativement aussi forte à -la puissance du champ magnétique qui est induit. par la bobine de stator 16 montée dans la tôle de stator 4 et parcourue par le courant. La bobine defstator 16 est habituellement enroulée sur un corps de bobine 17 sur les joues 18 duquel sont fixées des fiches 19 de raccordement pour le fil de la bobine.Ces fiches permettent le raccorde- ment électrique à un circuit de commande de moteur pas à pas de détermination du temps en fixant simultanément la bobine 16 du stator sur sa base, par exemple une plaque à circuit imprimé formant le support 7. L'espace intermédiaire intérieur 20 entre les branches 14, 15 est occupé essentiellement par la bobine de stator 16 qui fait saillie dans cette zone. A lavant de l'extrémité frontale 21 de la bobine de stator 16 ou de son corps de bobine 17 qui est éloigné de la traverse 13 est prévu un espace intermédiaire 20 entre les branches, destiné au rotor 6. Il s'enfonce par une partie due sa périphérie dont la forme est circulaire en section transversale dans un évidement 22 de forme en section de cercle et dont le bord constitue une pièce polaire, qui est découpé dans une branche 14 en s'ouvrant en direction de l'axe 23 du stator et qui est plus longue que l'autre branche opposée 15 de la tôle de stator 4 en une seule couche.L'extrémité libre 24 de la branche la plus courte 15 est située approximativement face à l'extrémité 26 de la pièce polaire située à l'opposé de la traverse 13, c1est-à-direà l'extrémité 25 de la branche la plus longue 14, et elle est de préférence un peu raccourcie dans le sens de l'axe 23 du stator en direction de l'axe de rotation 1 du rotor. On est ainsi assuré que le flux magnétique passant par la tôle de stator 4 se ferme par le rotor 6, et non en passant autour du rotor 6 et directement par les extrémités 24-25 des branches, où ne doit apparaître aucun moment de rotation magnétique du rotor. Il n'y a pas d'évidement 22 de pièce polaire constitue sur la branche la plus courte 15. Le centre de l'évidement 22 de pièce polaire, en forme d'arc de cercle, n'est pas situé sur l'axe 23 de l'espace intermédiaire du stator, mais est dÉcalé par rapport à la branche la plus longue 14, en direction de l'évidement 22j mais cependant touJours à l'intérieur de l'espace intermédiaire 20 entre les branches 14, 15. De ce fait, le rotor 6 peut pénétrer dans l'évidement 22 de pidse polaire sur approximativement la moitié de sa périphérie. Le centre du rotoret de ce fait l'axe de rotation 1 du rotor sont alors situés sur une ligne imaginaire 28 qui est parallèle à l'axé 23 du stator et passe par le centre 27 de l'évidement, mais en étant décalés par rapport à ce centre 27.La direction du décalage (vers l'extrémité libre 25 de la branche ou vers la traverse 13) termine le sens du démarrage du rotor 6. En outre, ce décalage de l'axe de rotation 1 du rotor par rapport à l'axe 23 du stator et au centre 27 de la pièce polaire détermine un moment de rotation de démarrage favorable; car celui-ci est approximativement proportionnel à l'angle de rotation pour lequel le rotor est stationnaire et indiqué en "x" sur le dessin. Cet angle est détermine par la position angulaire en rotation du dipôle magnétique n-s du rotor lorsque la bobine 16 du stator n'est pas traversée par le courant (indice 1) et la position du dipôle lorsque la bobine de stator 16 est traversée par un courant continu (indice 2). Alors que lorsque le stator 3 n'est pas excité, le dipôle n1 du du rotor se dispose du fait de la géométrie du rotor et du stator en fonction de la largeur du plus petit entrefer effectif, lorsque la bobine de stator 16 est par contre traversee par un courant continu, le champ magnétique du champ S2-N2 des pôles du stator qui est pivoté dans le sens du démarrage du rotor et devient dominant dans la mesure où les lignes du champ magnétique sortent de l'évidement 22 de la pièce polaire et passent par le rotor 6 vers la branche de stator 15 située en face.Le décalage du rotor 6 par rapport à l'axe 23 du stator et plus en avant dans l'évidement 22 de la piece polaire termine une importante composante normale du vecteur de la tanyente pour les lignes de champ magnétique sortant de la branche de stator 14 et par rapport à la direction du dipôle n2-s2 du rotor, ce qui est avantageux pour obtenir un moment de rotation élevé du moteur après le démarrage du rotor. La bobine de stator 16 peut également être enfoncée sur la plus petite branche 15 qui n'est-pas équipée d'un évidement de pièce polaire. Le rendement électromagnétique du moteur pas à-pas est cependant.plus favorable quand la bobine de stator 16, comme indiqué sur le dessin, est enfoncée sur la branche la plus longue 14 équipée de l'évidement 22 de pièce polaire, car dans ce cas, lorsque les lignes de champ sortent de la tôle de stator 4 pour entrer dans le rotor 6, les pertes magnétiques par dispersion sont plus faibles. I1 n'y a nulle part de saillie s'étendant transversalement à l'axe 23 du stator sur les branches 14/15 du stator; la largeur interne de l'espace in-term-édiaire20 situé entre les branches du stator est partout au moins légèrement plus importante que celle de la zone voisine de l'épaisseur 29 de la bobine de stator 16 ou de la joue 18 du corps de la bobine. Ceci permet d'assembler le stator 3 en enfonçant simplement le corps de la bobine 17 qui a été préalablement bobine sur une branche 14 de la tôle du stator - et de préférence sur celle qui est la plus longue, on élimine ainsi pour l'assemblage du stator tous les éléments qui seraient usinés sur le stator, ce qui assure une géométrie prédéterminée optimale et des propriétés magnétiques qui ne sont pas dégrades par des déformations mécaniques ou des-travaux de montage intéressant des pièces diverses à assembler qui seraient nécessaires après le découpage à la matrice. Le trou de positionnement 9 prévu dans la branche 14 du stator est de préférence disposée à l'avant de l'évidement 22 de la pièce polaire en direction de l'extrémité libre 25 de la branche, ce qui fait qu'aucune influence tendant à déformer le champ n'est pratiquement exercée sur le circuit magnétique. Cette extrémité libre 25 de 1a branche de stator la plus longue est avantageusement en saillie, parallèlement à l'axe 23 du stator, au-delà de l'extrémité 25 de la branche 15 la plus courte, et sur une distance 30 qui correspond à la largeur de la traverse, perpendiculairement à la longueur 12 de cette traverse, c"est-à-dire dans la direction de l'axe 23 du stator.En outre, il est avantageux que ia largeur des branches 14, 15 mesurée transversalement par rapport à l'axe 23 du stator soit egale ou légèrement inférieure à celle de l'espace intermédiaire 20 entre les branches qui est mesurée dans la même direction. De ce fait, il est possible, comme indiqué en trait-mixte sur le dessin, de disposer respectivement deux tales de stator 4 opposées et s r emboftant l'une dans l'autre de manière à obtenir un rectangle allongé, cequi fait yue, - en dehors des évidements prévus pour le trou de positionnement 9, le trou allongé 11 et l'évidement 22 de la pièce polaire dans chaque tôle de stator 14 - seuls sub- - sistent entre les deux tôles de stator 4 imbriquées les espaces intermédiaires de découpe prévus pour l'estampage à partir d'une feuille de tôle ou d'une bande de tôle du matériau de départ du stator, aucune autre coupe n'étant nécessaire. REVENDICATIONS 1. Moteur pas à pas (2) pour pendule comprenant une tôle de stator (4) de forme en U et dont la longueur des branches est importante par comparaison à la longueur (12) de sa pièce transversale ou joug (13), une bobine de stator enfoncée sur une branche et un rotor (6) à proximité d'un évidement (22) de forme semi-circulaire constituant une pièce polaire et formé dans la tôle du stator (4), cet évidement s'ouvrant en direction de l'axe (23) du stator passant parallèlement aux branches (14, 15-) en ligne droite du stator, caractérisé en ce qu'il est prévu une tale de stator (4) en une seule couche et à branches (14, 15) de longueurs inégales, seule la branche (14) la plus longue comprenant l'évidement (22)pour pièce polaire, dont le centre (27) de l'arc de cercle formé par cet évidement est décalé par rapport à l'axe (23) du stator en direction de cette branche la plus longue (14), l'axe de rotation (1) du rotor (6) étant alors disposé sur une ligne (28) parallèle l'axe (23) dru stator et passant par ce centre (27) mais étant décalé par rapport au centre (27) du cercle. 2. Moteur pas à pas pour pendule selon la revendication 1, caractérisé-en ce que la bobine de stator (16) est enfonce cée sur la brancne la plus longue (14), et en ce que la largeur de l'espace intermédiaire (20) entre les branches (14, 15) et transversalement àl'axe (23) du stator n'est en aucun endroit plus faible que l'épaisseur (29) de la bobine 'voisine. 3. Moteur pas à pas pour pendule selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la branche la plus courte (15) se termine approximativement face à l'extrémité externe (26) de la pièce polaire de la branche la plus longue (14) qui est la plus éloignée de la traverse (13). 4. Moteur pas à pas pour pendule selon l1une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la branche la plus courte (15) est plus courte que la branche la plus longue 4 d'une distance (30) correspondant approximativement à la largeur de la traverse (13), mesurée en direction de l'axe (23) du stator. 5. Moteur pas à pas pour pendule selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la largeur des branches (14, 15) est légèrement plus faible que la largeur interne de l'espace intermédiaire (20) entre les branches, mesurée transversalement à l'axe (23) du stator.