Brevet FR2522448A1 — publié le 19830902

La présente invention concerne un moteur pas-à-pas, comprenant une carcasse de stator, dans laquelle sont disposés annulairement des électro- aimants ou des bobines à pièces polaires, et un rotor magngtiquement conduc- teur, fixé sur un arbre de sortie disposé axialement dans la carcasse de stator, se composant d'une membrane reliée rigidement à un plateau d'induit de forme annulaire et pourvu d'une couronne dentée disposée sur sa périphérie. D'après le brevet allemand DE-25-17 974, on connaît un moteur pas- à-pas se composant d'une carcasse de stator à l'intérieur de laquelle sont disposés des électro-aimants répartis annulairement et comportant des pièces polaires aplaties avec un profil conique, le rotor du moteur se composant d'une membrane flexible sur le pourtour de laquelle est disposé un disque annulaire magnétiquement conducteur qui est fixé sur un arbre de sortie dis- posé axialement dans la carcasse du stator Dans la carcasse de stator, une première surface mobile de forme annulaire est agencée, sur le côté opposé aux électro-aimants, de telle sorte que le disque annulaire situé sur le pourtour de la membrane s'applique, dans la zone de l'électro- aimant excité, contre la première surface mobile Un anneau mobile comportant une seconde surface mobile équivalant à la première surface mobile déforme par sa posi- tion la membrane à la façon d'un cône sur une distance qui est en relation avec la valeur du pas et le moment de retenue du moteur pas-à-pas La secon- de surface mobile est disposée de façon correspondante en regard de la première surface En service, il y a constamment deux électro-aimants diamé- tralement opposes qui sont excités. Un moteur pas-à-pas décrit dans la demande de brevet allemand DE- OS-17 63 078 se compose d'une carcasse de stator agencée en forme d'anneau ou de pot, dans laquelle sont disposés annulairement des électro- aimants et comportant des pièces polaires associées Au-dessus des électroaimants, il est prévu sur un arbre disposé axialement dans la carcasse de stator, un rotor monté à rotation, pouvant être dévié par une liaison à rotule et se présentant sous la forme d'un disque annulaire magndtiquement conducteur. Sur sa paroi périphérique et à proximité de l'arbre, la carcasse de stator et respectivement l'arbre portent une et respectivement deux premières couronnes dentées tandis que le rotor et respectivement le disque annulaire placé au-dessus portent une seconde couronne dentée correspondante Les deux couronnes dentées ont des nombres de dents différents l'un de l'autre La carcasse de stator et le rotor sont fermés par un couvercle. En outre, on connait un moteur électrique pas-à-pas qui a été conçu par la Société Keinwâchter, L Orrach, pour des pas angulaires extrêmement petits Ce moteur pas-à-pas se compose d'un certain nombre d'électro- aimants disposés annulairement dans une carcasse de stator et en outre, d'une membrane flexible montée à rotation et comportant de petites plaquettes en fer qui sont disposées sur la périphérie Par actionnement et désactionne- ment des électro-aimants ou des bobines dans une séquence correspondante, il s'établit une onde électromagnétique tournante Le flux magnétique est fonction du courant de bobine, de la longueur des entrefers et du matériau utilisé En cours de marche, il existe toujours six électro- aimants qui sont simultanément excités et par lesquels trois sont placés dans des posi- tions adjacentes et trois sont placés dans des positions respectivement diamétralement opposées Le flux magnétique, ou la force résultant de ce flux, agissant sur des plaquettes en fer disposées sur la périphérie de la membrane font en sorte que la membrane flexible s'applique contre les sur- faces des pièces polaires, aplaties avec un profil conique, des électro- aimants. Par excitations successives des bobines adjacentes et par coupure simultanée de la bobine excitée en dernier dans-la série, la membrane est mise en rotation de sorte qu'elle exécute un genre de mouvement de roulement sur les pièces polaires La sortie du couple est assurée sur l'axe de rota- tion de la membrane. Un inconvénient de ces moteurs pas-à-pas connus consiste en ce que la précision de pas ou la résolution de pas pouvant être ainsi obtenues, notamment de pas à pas et leur reproductibilité sont trop faibles et en outre la résistance à l'usure des couronnes dentées se correspondant mutuel- lement est insuffisante En outre, cette structure fait en sorte que, même avec des moteurs pas-à-pas dentés et dans des applications critiques, on doit utiliser un codeur additionnel de haute résolution Il en résulte une augmen- tation très forte de la complexité du système et du poids En outre, des moteurs pas-à-pas de ce genre, lorsqu'ils ne sont plus alimentés en courant, comportent un moment de retenue qui est nul ou seulement très faible. En conséquence, l'invention a pour but de fournir un moteur pas-à- pas qui possède un moment de retenue aussi bien dans une condition d'ëxcita- tion que dans une condition désexcitée en l'absence de courant et qui per- mette d'obtenir une résolution de pas reproductible typiquement de 0,5 degré d'angle pour une tolérance de seulement quelques secondes d'arc et dans le- quel les couronnes dentées se correspondant mutuellement sont soumises à une faible usure, ce qui permet d'obtenir ainsi une grande constance de la précision dans le temps En outre, pour l'enregistrement de la position de pas, on n'a pas à utiliser un codeur additionnel de grande capacité de réso- lution mais on peut opérer, comme auparavant, par comptage classique de pas à partir d'un point zéro défini électriquement. -3- Ce but est atteint selon l'invention par le fait qu'il est prévu à côté du rotor, sur l'arbre de sortie, un second rotor se composant d'une membrane flexible et d'un anneau fixé sur celle-ci et pourvu d'une couronne -dentée et que la couronne dentée correspond à une couronne dentée d'arrêt qui est fixée sur la carcasse de stator, le rotor étant influencé par une bobine d'arrêt commandée électroniquement, disposée entre les électro- aimants et les bobines, de manière que le rotor puisse être arrêté ou bloqué en fonction de la division de la couronne dentée d'arrêt. Selon d'autres particularités de l'invention: a) la bobine d'arrêt peut être disposée sur un grand rayon à l'extérieur du rayon des électroaimants ou bobines, b) la bobine d'arrêt peut être disposée sur un petit rayon à l'in- térieur du rayon des électro-aimants ou bobines, c) le rayon du second rotor est égal à celui de la bobine d'arrêt, d) le second rotor est une lame de ressort en forme de secteur, e) pour l'excitation de la bobine d'arrêt, une commande électro- nique est assurée en correspondance à la commande du moteur, f) dans la carcasse de stator, il est prévu un dispositif photodé- tecteur correspondant au second rotor, g) dans la carcasse de stator, il est prévu un contacteur méca- nique magnétique correspondant au second rotor, h) le second rotor est un disque rigide et la couronne d'arrêt est actionnée directement par la bobine d'arrêt. L'avantage de l'invention consiste en ce que, par la disposition d'un second rotor se composant d'une membrane flexible et d'un anneau fixé sur celle-ci et pourvu d'une couronne dentée, sur une bobine d'arrêt comman- dée électromagnétiquement et disposée entre, à l'extérieur ou à l'intérieur des électro-aimants, on est assuré d'une génération précise de pas pendant une longue durée de service Cela signifie qu'on produit des pas d'une gran- deur relativement plus précise, le système d'arrêt assurant une correction précise d'un pas ou d'une séquence de pas dans la plage de tolérances pré- cises imposées Grâce à l'augmentation ainsi obtenue de la largeur d'engrè- nement ou bien grâce à la grande plage d'engrènement de la denture d'arrêt, on peut obtenir de façon reproductible une grande précision de pas ou une grande résolution de pas (environ 0,01 degré) et, du fait que l'usure de- vient ainsi pratiquement négligeable, on obtient une constance de la préci- sion de longue durée dans le temps Grâce à la bobine d'arrêt disposée entre les électro-aimants et commandée électromagnétiquement, la seconde couronne dentée est influencée de telle sorte qu'elle puisse être arrêtée et bloquée dans n'importe quelle position En outre, il est avantageux que, -4 224 par incorporation d'un compteur électronique pour l'enregistrement de l'ex-. citation de la bobine d'arrêt, on économise un codeur de haute résolution qui serait autrement nécessaire, et il est ainsi possible de réduire l'en- combrement et le poids du moteur pas-à-pas. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description donnée à titre non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel: La figure 1 est une vue latérale en coupe d'un moteur pas-à-pas dans la carcasse de stator duquel sont disposés les électro-aimants répartis annulairement ainsi qu'une bobine d'arrêt et deux rotors à denture qui sont montés sur l'arbre de sortie, La figure 2 est une vue en plan du moteur pas-à-pas de la figure 1, La figure 3 représente un dispositif photodétecteur qui est placé à l'intérieur de la carcasse de stator en correspondance au second rotor, La figure 4 représente en vue latérale et en vue en plan un moteur à lame de ressort en forme de secteur. Le moteur pas-à-pas 1, représenté en vue latérale en coupe sur la figure 1, se compose d'une carcasse de stator 2 blindée magnétiquement, fermée vers le haut et vers le bas et qui contient un arbre de sortie 3 disposé axialement et des électro-aimants ou bobines 4 qui sont répartis annulaire- ment sur un rayon R Sur le c 8 té inférieur de l'arbre de sortie 3, il est prévu une membrane ou rotor 5 flexible correspondant au rayon R rigide à la torsion et sur la périphérie de laquelle est disposée une couronne dentée 6 associée à une plaque d'induit ou anneau 7 La couronne dentée 6 correspond à une couronne dentée 8 placée en regard et reliée rigidement à la carcasse de stator 2 Il est prévu à une distance A en dessous de la membrane ou rotor 5, sur l'arbre de sortie 3, un second rotor Il également flexible et pourvu d'un anneau 9 fixé sur sa périphérie et d'une couronne dentée 10. La membrane Il peut sélectivement, en fonction des impératifs de construction, être réalisée soit sous la forme d'un disque complètement flexible en forme de segment Il', soit sous la forme d'une lame de ressort en forme de secteur 11 " (figure 4) (des disques en forme de segment étant utilisés dans des moteurs pas-à-pas qui exécutent des angles de rotation inférieurs à 360 , par exemple, des dispositifs d'entraînement de + 90 pour des spectromètres) Le diamètre ou le rayon R de la membrane ou du rotor Il est à peu près le double du diamètre ou du rayon R 2 de la membrane ou rotor 5 dans l'exemple représenté mais il peut cependant être choisi différemment en fonction de la construction de l'agencement du moteur pasà- pas 1 La couronne dentée 10 de la membrane ou rotor Il correspond à une couronne dentée d'arrêt 13 disposée sur ou à proximité de la paroi 12 de la 2522448 carcasse de stator 2 Dans le volume libre 14 existant entre la paroi 12 et les électro-aimants ou bobines 4 (cf figure 2), il est prévu un aimant d'arrêt ou une bobine d'arrêt 15 commandé électroniquement et dont l'arma- ture de traction 16, en forme de secteur ou de pot, est maintenue de façon rigide à la torsion par des lames élastiques précontraintes 17, 18 La pièce polaire 19 de la bobine d'arrêt 15 comporte, sur la surface polaire supé- rieure, un évidement 20 de forme conique dans lequel s'emboîte, lors de l'excitation de la bobine d'arrêt 15, un cône correspondant 21 Ainsi l'ar- mature de traction 16 est tirée vers le bas et les parties, en prise l'une avec l'autre, des deux couronnes dentées 10 de la membrane du rotor Il et 13 sont libérées par soulèvement du doigt 16 ', s'appuyant contre le côté infé- rieur de l'anneau 9, de l'armature de traction 16 La membrane, le rotor Il et l'anneau 9 comportant la couronne dentée 10 peuvent librement tourner, après que la force d'application exercée par les lames élastiques 17, 18 ait été supprimée, et la rotation du moteur peut s'effectuer Après achève- ment du pas ou de la séquence de pas, l'excitation de la bobine d'arrêt 15 est supprimée et la membrane ou rotor 11, et l'anneau 9 comportant la couronne dentée 10 qui ont été entraînés en rotation du même pas ou de la même séquence de pas sont fixés par la précontrainte de deux lames glasti- ques 17, 18. Sur la figure 2, le moteur pas-à-pas 1 a été représenté en vue en plan avec coupe partielle et on peut voir sur la figure les glectro- aimants ou bobines 4 répartis selon un rayon R annulairement en hauteur de l'arbre de sortie 3 dans la carcasse de stator 2, la membrane ou le rotor 5 comportant la couronne dentée 6 de rayon R 2, la bobine d'arrêt 15 associée à l'armature de traction 16 et aux lames élastiques 17, 18, la membrane ou rotor Il de rayon R 1 qui est placé en-dessous et les couronnes dentdes 10, 13, se correspondant mutuellement Dans le volume libre 14 de la carcasse de stator 2, il est prévu, dans une zone adjacente à la bobine d'arrêt 15, un dispositif photodétecteur 22 qui a été représenté suivant la coupe A-A sur la figure 3 A l'aide du dispositif photodétecteur 22 servant d'indicateur de position de zéro, il est possible d'obtenir une indication de position zéro pour un programme de pas, auquel cas le nombre de pas exécutés est iden- tique au nombre d'excitations de la bobine d'arrêt 15 L'agencement du dis- positif photodétecteur 22 est connu et ce dispositif est placé de manière qu'une source lumineuse 24 soit disposée dans un doigt 23 entourant sur les côtés inférieurs la membrane de rotor Il ou bien l'anneau 9 et dont le fais- ceau lumineux concentré, passant dans des évidements 25 ménagés dans la membrane ou rotor Il (par exemple des trous ou des fentes) est reçu par un détecteur placé au-dessus (par exemple une cellule photo-électrique 26). Il est évident qu'on pourrait également envisager de disposer la source lumineuse 24 au-dessus de la membrane Il et le détecteur 26 en dessous. La bobine d'arrêt 15 et les bobines 14 sont excitées par le cir- cuit électronique de manière qu'un couple stable de retenue soit toujours appliqué à l'arbre de sortie 3 Après une rotation complète du moteur pasà- pas, il se produit un pas (en fonction de l'excitation, il se produit dans le cas de huit bobines, par exemple huit ou seize petits pas individuels). La figure 4 montre en vue latérale et en vue en plan un moteur pas-à-pas 1 ' entouré par une carcasse de stator 2 ' et comportant un arbre de sortie 3 ' sur lequel est fixée une lame élastique Il' en forme de sec- teur qui est maintenue par des nervures de fixation 27 et qui est reliée à une plaque d'induit 28 Le rotor Il relié à l'arbre de sortie 3 ' porte sur sa périphérie une couronne dentée 29 qui correspond à la couronne den- tée 30 de la lame élastique 11 " et qui s'arrête lors de l'excitation d'une bobine d'arrêt 15 placée au-dessus La bobine d'arrêt 15 ' est disposée avec un décalage de 180 ^ par rapport à un dispositif photodétecteur 22 ' servant d'indicateur de position zéro. _ 7 2522448 REVENDICATIONS 1 Moteur pas-à-pas comprenant une carcasse de stator, dans la- quelle sont disposés annulairement des électro-aimants ou des bobines à pièces polaires, et un rotor magnétiquement conducteur, fixé sur un arbre de sortie axialement dans la carcasse de stator, se composant d'une membrane reliée rigidement à un plateau d'induit de forme annulaire et pourvu d'une couronne dentée disposée sur sa périphérie, caractérisé par le fait qu'il est prévu à c 6 té du rotor ( 5), sur l'arbre de sortie ( 3), un second rotor ( 11) se compo- sant d'une membrane flexible ( 11 ') et d'un anneau ( 9) fixé sur celleci et pourvu d'une couronne dentée d'arrêt ( 13) qui est fixée sur la carcasse de stator ( 2), le rotor ( 11) étant influencé par une bobine d'arrêt ( 15) com- mandée électroniquement, disposée entre les électro-aimants et les bobines ( 4), de manière que le rotor ( 11) puisse être arrêté ou bloqué en fonction de la division de la couronne dentée d'arrêt ( 13). 2 Moteur pas-à-pas selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bobine d'arrêt ( 15) est disposée sur un grand rayon (R 1) à l'ex- térieur du rayon (R) des électro-aimants ou bobines ( 4). 3 Moteur pas-à-pas selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la bobine d'arrêt ( 15) est disposée sur un petit rayon à l'intérieur du rayon (R) des électro-aimants ou bobines ( 4). 4 Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des révendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le rayon (R 1) du second rotor ( 11) est égal à celui de la bobine d'arrêt ( 15). Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que le second rotor ( 11) est une lame de ressort ( 11 ") en forme de secteur. 6 Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que, pour l'excitation de la bobine d'arrêt ( 15), une commande électronique est assurée en correspondance à la commande du moteur. 7 Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il est prévu dans la carcasse de stator ( 2) un dispositif photodétecteur ( 22) correspondant au second rotor ( 11). 8 Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait qu'il est prévu dans la carcasse de stator ( 2) un contacteur mécanique ou magnétique ( 26 ') correspondant au second rotor ( 11). 9 Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le second rotor ( 11) est un disque rigide ( 11 ') et que la couronne d'arrêt ( 13) est actionnée directement par la bobine d'arrêt ( 15).