Brevet FR2514582A1 — publié le 19830415

Micromoteur électrique sans balais La présente invention a pour objet un micro- moteur électrique sans balais, c'est-à-dire un moteur électrique de faibles dimensions comprenant un rotor et un stator, qui, du fait de l'absence de balais, n'ont aucun contact mécanique entre eux La suppression du système balais-collecteur permet d'éviter les opéra- tions délicates de changement de balais imposées par l'usure rapide des balais en contact avec le collecteur. On connait déjà des petits moteurs électri- ques sans balais qui utilisent un capteur de position pour déterminer la position du rotor et permettre ainsi une alimentation convenable des bobines du stator apte à créer un couple d'entraînement du rotor Ce genre de moteur présente cependant des inconvénients dans la me- sure o la présence de capteurs de position du rotor empêche de réaliser un ensemble de très petites dimen- sions et parfaitement étanche du fait de la nécessité de disposer de connexionspour les capteurs. La présente invention vise précisément à remédier aux inconvénients précités et à réaliser un micromoteur électrique entièrement isolé électriquement et de très petites dimensions qui nécessite un minimum d'entretien, soit de montage aisé et présente une gran- de durée de vie. Ces buts sont atteints grâce au fait que le rotor est enfermé dans une enveloppe isolante étan- che et monté dans ladite enveloppe étanche à l'aide de roulements intégrés qui coopèrent avec l'axe du rotor, que le rotor comprend un circuit magnétique solidaire de l'axe du rotor et sur lequel sont montés des aimants permanents, qu'une couche de métal conducteur est dépo- sée sur la surface externe desdits aimants permanents et que le stator coaxial au rotor et entourant celui-ci comprend des bobines régulièrement décalées angulaire- ment et disposées dans un corps en matériau magnétique. L'enveloppe isolante étanche est avantageu- sement réalisée en matière plastique et peut comprendre une capsule fermée par un flasque arrière. Dans la mesure o le rotor est entièrement encapsulé, aucune pollution ne peut pénétrer dans les roulements qui peuvent 9 tre graissés à vie Le montage du moteur est également tout à fait aisé puisqu'il n'y a aucun balai ni capteur de position de sorte que le rotor doit simplement être glissé à l'intérieur du sta- tor Le micromoteur peut également etre entièrement isolé électriquement, ce qui le rend apte à une utilisa- tion dans un milieu susceptible d'9 tre traversé par des fluides. Pour faciliter l'étanchéité de l'ensemble des composants électriques du moteur, les bobines du stator placées dans le corps en matériau magnétique sont entièrement enrobées dans une matière plastique moulée. Selon un mode particulier de réalisation, re-stator comprend trois bobines décalées dans l'espa- ce de et alimentées par des tensions triphasées 3 2 w déphasées de 3 pour créer un champ tournant. Le micromoteur selon l'invention, du fait qu'il comporte un rotor entièrement encapsulé, est adapté pour transmettre le couple à l'ai-de d'un accou- plement magnétique Selon Y:i mode de réalisation, l'enveloppe étanche du rotor comprend une partie rentrante qui for- me à une extrémité du rotor une cavité axiale extérieu- re, et les aimants permanents du rotor s'étendent à l'intérieur de l'enveloppe étanche jusqu'au niveau de ladite cavité axiale extérieure de manière à permettre un accouplement magnétique du rotor et d'un dispositif extérieur muni d'aimants qui pénètrent dans ladite cavité axiale extérieure. On notera que le micromoteur selon l'inven- tion fonctionne sans capteur de position du rotor, mais que la couche de métal conducteur, tel que du cui- vre, déposée sur la surface externe des aimants perma- nents du rotor permet le démarrage du moteur et l'ob- tention d'une synchronisation du champ tournant du sta- tor et du champ des aimants. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui fait sui- te d'un mode particulier de réalisation de micromoteur conforme à l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un moteur électrique selon l'invention, la figure 2 est une section selon la li- gne Il-II de la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'en- semble 1 formant rotor du micromoteur selon l'invention comprend une enveloppe étanche 10 à l'intérieur de la- quelle sont disposés, de façon complètement isolée de l'environnement extérieur, les éléments 3,4,5,6 qui com- posent l'ensemble tournant du rotor L'enveloppe 10 comprend une capsule Il fermée par un flasque arrière 12 La capsule Il et le flasque 12 sont de préférence réalisés par moulage d'une matière plastique La ferme- ture de la capsule Il par le flasque 12 est également réalisée de façon étanche pour éviter toute pollution de l'espace interne à l'enveloppe 10 L'utilisation de matière plastique pour l'enveloppe 10 assure égale- ment une isolation-du rotor au point de vue électrique. L'ensemble 1 est d'un montage particulièrement aisé puisque l'enveloppe 10 est simplement glissée à l'inté- rieur de l'alésage du stator 2. Le rotor proprement dit qui est disposé à l'intérieur de l'enveloppe 10 comprend un axe 4 qui tourne sur des roulements mécaniques classiques 3, 3 ' qui peuvent être graissés à vie puisqu'ils sont parfai- tement isolés de l'environnement extérieur L'axe 4 du rotor supporte un circuit magnétique 5 sur lequel sont montés des aimants permanents 6, 6 ' Les aimants permanents 6, 6 ' sont eux-mêmes recouverts sur leur fa- ce externe par une couche de cuivre conducteur 8. Le stator 2 comprend trois bobines 13, 14, 15 qui sont décalées dans l'espace de 2 i' (voir fig 2) et assurent, lorsqu'elles sont alimentées par des ten- sions triphasées déphasées de -y-la création d'un champ tournant Ces bobines 13,14,15 sont complètement enro- bées dans une matière plastique moulée 9 qui assure une isolation électrique parfaite Les bobines 13,14,15 mou- lées dans la résine 9 sont placées dans un corps 16 réa- lisé en matériau magnétique qui assure la fermeture du flux des aimants 6, 6 '. Le fonctionnement du moteur sera maintenant expliqué de façon plus détaillée Le stator crée de façon classique un champ tournant Au démarrage, la po- sition du rotor étant quelconque, le problème se pose de savoir comment alimenter le stator pour créer un cou- ple Du fait de l'absence de balais, il serait en prin- cipe nécessaire de disposer d'un capteur capable-de dé- terminer la position du rotor Dans le cas du micromo- teur selon l'invention, compte tenu de la réalisation d'un rotor complètement fermé à l'intérieur d'une enve- loppe étanche et des très petites dimensions du moteur, il convient de pouvoir assurer le démarrage et le fonc- tionnement corrects du moteur sans véritable capteur de position du rotor La couche de cuivre conducteur 8 déposée sur la face externe des aimants 6, 6 ' du rotor permet précisément de remplir ce rôle et d'assurer à la fois le démarrage du moteur et la synchronisation du champ tournant du stator et du champ des aimants Si le rotor ne tourne pas à la même vitesse que le champ du stator, des courants de Foucault sont en effet induits dans la couche de cuivre L'interaction du champ tour- nant du stator et des courants induits conduit à l'appa- rition d'un couple asynchrone qui permet le démarrage. Ce couple asynchrone peut entraîner le moteur jusqu'à une vitesse qui autorise la synchronisation du rotor. On notera que la vitesse de rotation du moteur dépend de la vitesse de rotation du champ tour- nant du stator, qui dépend elle-même de la fréquence des tensions d'alimentation des phases du stator Cette fré- quence peut facilement être adaptée par des circuits électriques externes au moteur La taille du rotor du moteur étant faible, celui-ci peut atteindre des vites- ses de rotation particulièrement élevées, de l'ordre de grandeur de celles d'une turbine Par exemple, en alimen- tant les phases du stator avec une tension électrique de fréquence 2000 Hz, le rotor peut tourner à une vites- se de 120,000 t/mn, dans le cas d'un moteur bipolaire. Ces caractéristiques, ajoutées au fait que l'isolation électrique du stator et du rotor du micromoteur est par- faite, contribuent à rendre le micromoteur selon l'in- vention particulièrement adapté aux applications pour lesquelles les questions de sécurité sont primordiales. Ainsi, le micromoteur selon l'invention est bien adapté aux applications dentaires et à la microchirurgie. Avec le micromoteur conforme à l'invention qui comprend un rotor complètement isolé de l'environne- ment extérieur, aucun accouplement mécanique direct n'est possible pour utiliser le couple moteur Le couple peut cependant être transmis par voie magnétique Ainsi, les aimants 6, 6 ',du rotor sont prolongés au-delà du roulement 3 par des portions 7 qui restent incluses dans l'enveloppe 10 L'enveloppe 10 comprend ainsi une partie rentrante axiale 17 qui supporte le roulement 3 du c 8 té de son extrémité interne et forme à l'extérieur une ca- vité axiale 18 susceptible de recevoir un dispositif ex- térieur 21 muni d'aimants y'i coopèrent avec les prolon- gements 7 des aimants 6, 6 ' du rotor pour réaliser un accouplement magnétique qui permet l'entraînement du dis- positif extérieur 21 lors de la rotation du moteur Les prolongements 7 des aimants 6, 6 ' du rotor sont en-effet disposés entre la partie rentrante 17 de l'enveloppe 10 et la surface cylindrique extérieure de cette enveloppe qui est engagée dans l'alésage du stator 2 Les prolon- gements 7 des aimants 6, 6 ' doivent naturellement aller au-delà du roulement 3, jusqu'au niveau de la cavité 18 dans laquelle est engagé le dispositif extérieur 21 mu- ni d'aimants. La forme exacte du corps 16 du stator, côté accouplement, dépend de l'application envisagée et ne fait pas partie de l'invention Sur la figure 1, on a représenté à titre d'exemple, un corps 16 muni d'une bride 19 qui permet la fixation du moteur sur une carcas- se 20. REVENDICATIONS 1 Micromoteur électrique sans balais, avec un rotor ( 1) et un stator ( 2) c a r a c t é r i S é en ce que le rotor ( 1) est enfer- mé dans une enveloppe isolante étanche ( 10) et monté dans ladite enveloppe étanche ( 10) à l'aide de roulements intégrés ( 3,3 ') qui coopèrent avec l'axe ( 4) du rotor, en ce que le rotor comprend un circuit magnétique ( 5) solidaire de l'axe du rotor ( 4) et sur lequel sont mon- tés des aimants permanents ( 6,6 '), en ce qu'une couche de métal conducteur ( 8) est déposée sur la surface ex- terne desdits aimants permanents ( 6,6 ') et en ce que le stator ( 2) coaxial au rotor ( 1) et entourant celui-ci comprend des bobines ( 13, 14, 15) régulièrement décalées angulairement et disposées dans un corps ( 16) en maté- riau magnétique. 2 Micromoteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enveloppe isolante étanche ( 10) est réalisée en matière plastique. 3 Micromoteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les bobines du stator ( 13, 14, 15) placées dans le corps ( 16) en ma- tériau magnétique sont entièrement enrobées dans une ma- tière plastique moulée ( 9). 4 Micromoteur selon l'une quelconque des revendications I à 3, caractérisé en ce que le stator ( 2) comprend trois bobines ( 13, 14, 15) décalées dans l'espace de et alimentées par des tensions tripha- sées déphasées de 23 pour créer un champ tournant. Micromoteur selon l'une quelconque des revendications I à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe étanche ( 10) du rotor comprend une partie rentrante( 17) qui forme à une extrémité du rotor une cavité axiale ex- térieure ( 18) et en ce que les aimants permanents ( 6,6 ') du rotor ( 1) s'étendent à l'intérieur de l'enveloppe étanche ( 10) jusqu'au niveau de ladite cavité axiale extérieure ( 18) de manière à permettre un accouplement magnétique du rotor (I) et d'un dispositif extérieur ( 21) muni d'aimants qui pénètrent dans ladite cavité axiale extérieure ( 18). 6 Micromoteur selon l'une quelconque des re- vendications I à 5, caractérisé en ce que l'enveloppe étanche ( 10) du rotor comprend une capsule ( 11) fermée par un flasque arrière ( 12). 7 Micromoteur selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisé en ce que la couche de métal conducteur déposée sur la surface externe des aimants permanents est réalisée en cuivre.