Brevet FR2526603A1 — publié le 19831110

La présente invention concerne une structure de support pour moteur électrique et plus précisément un moteur linéaire sans balai,à aimant permanent mobile, comprenant une structure particulière de support. Les moteurs électriques linéaires nécessitent habituellement une structure de guidage destinée à former un chariot ou un curseur associé à la partie mobile du moteur afin qu'un entrefer uniforme soit maintenu pen- dant tout le parcours rectiligne Le réglage de la posi- tion latérale dans l'entrefer est nécessaire et en outre, lorsqu'un élément mobile plat est utilisé, toute rotation doit aussi être éliminée Jusqu'à présent, les chariots ou curseurs desarmatures des moteurs linéaires ont été rnàlisés à l'aide de tiges parallèles de guidage et de glissières linéaires. L'invention concerne une structure de support pour moteur électrique linéaire, donnant une excellente précision de positionnement et un très faible frottement. Elle concerne aussi une telle structure de sup- port linéaire pour moteur électrique qui utilise effica- cement les forces magnétiques existant dans le moteur sans réduction des caractéristiques du moteur. La structure de support du moteur linéaire selon l'invention comporte un enroulement électromagnétique de stator, un aimant permanent mobile linéairement en fonction de l'excitation de l'enroulement ou bobinage du stator, et un chariot mobile linéairement, l'aimant permanent étant fixé à ce chariot; ce moteur est carac- térisé en ce qu'il comporte en outre une tige de guidage et une glissière linéaire coopérante fixée au chariot et destinée à limiter le déplacement du chariot à un tra- jet linéaire, et une glissière à billes destinée à empê- cher la rotation du chariot autour de la tige de guidage, l'aimant permanent étant disposé de manière que le chariot soit repoussé vers la glissière à billes. La structure de support selon l'invention com- porte une seule tige de guidage avec une ou plusieurs glissières linéaires coopérantes L'utilisation d'une seule tige de guidage élimine les problèmes d'alignement et de pivotement latéral posés par les arrangements ayant des tiges parallèles de guidage Une glissière à billes, à mouvement libre, est utilisée à la place de la seconde tige de guidage et elle est destinée à empêcher la rota- tion du chariot La glissière à billes est formée entre une gorge et une surface plane L'aimant permanent mobile du moteur est décalé dans l'entrefer afin que la Éorce magnétique qui y existe exerce sur la glissière une charge préalable, assurant la retenue de la structure de suppcct et le maintien à une valeur relativement constante de la charge de la glissière. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une perspective représentant le chariot associé à l'aimant permanent mobile du moteur comprenant la structure de support selon l'invention; la figure 2 est une coupe longitudinale des bobinages du stator du moteur linéaire, en combinaison avec l'aimant permanent mobile; et la figure 3 est une coupe suivant la ligne 1-I de la figure 2. Les figures 1 à 3 représentent un mode de réali- sation de moteur linéaire qui comporte une structure de support qui subit une charge préalable, selon l'invention. L'élément mobile comporte un aimant permanent 10 qui ust aimanté transversalement à la direction de déplacement, c'est-à-dire de haut en bas sur la figure 1 Le chariot portant l'aimant est positionné par une tige 12 de gui- dage et des glissières coopérantes 14 et 16, d'un côté de l'aimant, et par une glissière 18 à billes de l'autre côté du moteur. La partie formant le stator du moteur, repré- sentée sur les figures 2 et 3, comprend un noyau 20 en U ayant des branches parallèles 22 et 24 reliées par une partie 26 de pontage Les branches 22 et 24 sont dispo- sées en direction parallèle à l'axe du déplacement Le noyau 20 est formé d'un matériau magnétique et peut être formé de fer fritté ou de fer feuilleté suivant les ca- ractéristiques nécessaires d'hystérésis et de courants de Foucault Le flux magnétique de l'aimant permanent sort par la surface des p 8 les Nord (partie supérieure de l'aimant sur la figure 2), traverse l'entrefer et passe alors dans la branche 22, la partie 26 de pontage et la -10 branche-24 avant de revenir dans l'entrefer à la surface du pôle Sud de l'aimant. Les branches du noyau sont entourées par des enroulements 30 et 32 en forme de bobinages Ces bobinages et 32 sont reliés l'un à l'autre afin que le courant circule dans le sens des aiguilles d'une montre autour d'une branche et en sens contraire autour de l'autre. Grâce à cette connexion, la circulation du courant dans les deux bobinages -s'effectue dans le même sens dans la partie se trouvant dans l'entrefer entre les branches 22 et 24 Comme l'indique la figure 2, le courant circule vers l'observateur sur la partie se trouvant dans l'entre- fer et, comme l'indique la figure 3, de gauche à droite comme indiqué par les flèches Comme l'indique la figure 3, les bobinages sont relativement plats afin que l'en- trefer délimité entre l'aimant 10 et les branches 22 et 24 soit minimal La structure globale telle que repré- sentée sur la figure 3, comprenant les bobinages rela- tivement plats, la structure du noyau et les aimants per- manents, forme un moteur linéaire de faible épaisseur. La force qui provoque le déplacement de l'aimant dans la direction longitudinale comme indiqué par la flè- che double de la figure 2, est due à l'interaction du flux magnétique de l'aimant 10 et du courant circulant dans les conducteurs placés dans l'entrefer La force créée est le produit de la densité de flux de l'aimant permanent, multipliée par le courant circulant dans les bobinages et par la longueur efficace du bobinage dans l'entrefer Lorsque les bobinages 30 et 32 sont excités, ils créent un flux magnétique dans le noyau 20, ce flux n'ayant pas d'effet utile sur la création du déplacement linéaire Ainsi, on doit prendre des précautions afin que le trajet de ce flux magnétique ait une réluctance accrue alors que simultanément, La réluctance du trajet utilisé par le flux de l'aimant permanent ne doit pas être affectée d'une manière nuisible L'opération est obtenue par absence de fermeture magnétique de la struc- ture du noyau entre les branches 22 et 24 à une première extrémité Cependant, une mince plaque magnétique 34 est placée sur l'extrémité ouverte du noyau 20 mais est sépa- rée des extrémités des branches 22 et 24 par une entre- toise non magnétique 36 afin que les champs marginaux soient minimaux L'entretoise 36 a une épaisseur choisie afin qu'elle donne une réluctance suffisante dans la bou- cle pour que la saturation magnétique par le flux des bobinages soit évitée. L'aimant permanent est de préférence d'un type à énergie élevée convenant à un fonctionnement avec un entrefer relativement important, suffisant pour qu'il loge les bobinages du moteur L'aimant permanent est de préférence formé d'une composition à base de cobalt et de samarium frittée afin qu'elle ait la configuration voulue Ces aimants sont connus pour leurs caractéristiques d'énergie élevée et de champ coercicitif élevé, convenant de manière idéale aux dispositifs magnétiques à entrefer de grande dimension Comme représenté sur les figures 1 et 3, l'aimant permanent est aimanté de manière que la direction du flux soit perpendiculaire à la direction du déplacement. Les supports 40 et 41 sont fixés sur les côtés de l'aimant permanent par des fentes en queue d'aronde qui coopèrent avec des saillies 11 et 11 ' en queue d'aron- de formées sur l'aimant Le support 41 a deux saillies 44 et 45 qui dépassent vers l'extérieur et contiennent des glissières Ces saillies 44 et 45 ont chacune une ouverture dont la dimension est telle que les glissières -14 et 16 qui coopèrent avec la tige 12 de guidage puis- sent s'y loger Cette tige 12 est convenablement fixée et disposée d'une manière telle que l'aimant permanent et le chariot peuvent se déplacer linéairement entre les branches 22 et 24 (figure 2) du moteur linéaire. Le support de l'aimant du côté opposé à la tige 12 de guidage est assuré par une glissière 18 à billes. Une plaque 40 de support de glissière est fixée à l'aimant 10 par une fente en queue d'aronde qui coopère avec la saillie 11 formée sur le côté de l'aimant Une gorge en V est usinée à la face inférieure du support 40 et elle a des dimensions telles qu'elle forme un chemin de roulement pour la glissière 18 à billes Un support fixe 60 est usiné afin qu'il possède une surface 62 d'ap- pui en retrait Bien que les extrémités de la gorge 50 et de la cavité 62 soient représentées ouvertes sur la figure 1 pour la simplication de la représentation, la gorge ou la cavité au moins est fermée aux extrémités dans un ensemble réel. Grâce à cette disposition des glissières, l'ai- mant 10 est décentré de manière qu'il soit plus proche de la branche 24 du noyau si bien qu'il existe toujours une force magnétique résultante tirant le chariot vers le bas, vers la branche 24 Cette force dirigée vers le bas maintient la plaque 40, ayant la gorge 50, au contact de la glissière à billes si bien que la glissière ne peut pas se séparer Ainsi, la force magnétique existant dans le moteur est utilisée pour la création d'une force préa- lable de retenue de la glissière en position. Comme l'indiquent les dessins, la tige 12 de guidage et les glissières 14 et 16 obligent le chariot à se déplacer suivant un trajet parallèle à l'axe de la tige 12, alors que la glissière à billes 18 et les sur- faces complémentaires empêchent la rotation du chariot autour de la tige 12. La structure du chariot, avec la combinaison d'une seule tige de guidage et d'une glissière à billes, réduit le frottement et supprime les problèmes d'aligne- ment et de pivotement souvent présentés par les tiges parallèles de guidage En outre, l'application d'une force magnétique préalable à la glissière par mise en oeuvre de la force magnétique existant dans le moteur lui-même permet la réalisation d'un support efficace à glissière à billes sans que les structures habituelles de retenue- de billes soient nécessaires. Le chariot de support de l'aimant peut être fixé afin qu'il déplace tout objet voulu Dans le mode de réalisation représenté à titre illustratif sur la fi- gure 1, le chariot est représenté fixé à un ensemble Coeur prenant une tête d'écriture/lecture convenant à un dispo- sitif d'entraînement de disque magnétique souple L'en- semble 74 comprenant la tête est monté sur un bloc 73 de support fixé aux saillies 44 et 45, par exemple à l'aide d'un adhésif. Les têtes de lecture-écriture sont reliées élec- triquement à des circuits électroniques de commande de lecture et d'enregistrement par des fils 90 et 92. Le déplacement linéaire de l'aimant permanent dans le moteur linéaire assure le déplacement de l';isem- ble comprenant la tête si bien que les têtes de lecture et d'écriture peuvent être déplacées d'une piste à une autre du disque. Lorsque le moteur linéaire est utilisé dans un ensemble d'asservissement de position, un transducteur de position est de préférence incorporé au moteur Sur la figure 3, un transducteur 70 de position est représen- té placé dans l'entrefer du moteur et comporte un élmtent mobile 71 directement fixé à l'aimant et un élément de stator 72 fixé à la surface du bobinage 30 Les éléments du transducteur sont sous forme de dessins conducteurs réalisés à la surface d'un mince substrat, par exemple qui peut être réalisé à l'aide des techniques des circuits imprimés Les substrats portant les dessins conducteurs sont fixés par exemple par un adhésif Les dessins du stator et mobile sont sous forme de dessins divisés et imbriqués de formes analogues Les déplacements relatifs des éléments du transducteur font varier le couplage capa- citif si bien que la position peut être détectée On cons- tate que, bien que le fonctionnement du transducteur soit de type électrique, le transducteur n'est pratiquement pas affecté par les champs magnétiques du moteur et peut donc être placé dans l'entrefer du moteur. En pratique, les éléments transducteurs peuvent être très minces et peuvent occuper très peu de l'espace de l'entrefer De préférence, dans un moteur linéaire tel que représenté dans lequel l'aimant permanent est décalé par rapport au centre, le transducteur est placé dans l'entrefer le plus grand qui, sur la figure 3, est celui qui est formé entre l'aimant permanent 10 et la branche 22. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemples préférentiels et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dans ses éléments constitutifs sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Moteur linéaire, du type qui comprend un bobi- nage électromagnétique de stator, un aimant permanent ( 10) mobile linéairement en fonction de l'excitation du bobinage du stator, et un chariot mobile linéairement, l'aimant permanent ( 10) étant fixé au chariot, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une tige de guidage ( 12) et des glissières coopérantes ( 14, 16) fixées au chariot afin que celui-ci ne puisse se déplacer que suivant un trajet linéaire, et une glissère à billes ( 18) disposée afin qu'elle empêche la rotation du chariot autour de la tige de guidage 112), et l'aimant permanent ( 10) est disposé de manière que le chariot soit repoussé vers la glissière à billes ( 18). 2 Moteur linéaire selon la revendications 1, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre un noyau en U ( 20) de stator, et l'aimant permanent ( 10) est mobile linéaire- ment entre les branches du noyau, l'aimant permanent étant décentré de manière qu'il soit plus proche de l'une des branches du noyau si bien qu'une force résultante repousse le chariot vers la glissière à billes ( 18). 3 Moteur linéaire selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'il comprend une surface mobile ( 50) for- mée sur le chariot et une surface fixe ( 62), et la glissière à billes 4 Moteur linéaire selon la revendication 3, carac- térisé en ce que l'une des surfaces ( 50) est sous forme d'une gorge longitudinale et l'autre ( 62) est plane. Moteur magnétique linéaire du type qui comprend un noyau tique et ayant des branches parallèles, un bobinage ( 30, 32) formé au moins autour d'une branche du noyau, un cha- riot mobile linéairement, et un aimant permanent ( 10) fixé au chariot, mobile parallèlement aux branches du noyau et aimanté transversalement de manière que le flux de l'aimant interagisse avec le courant circulant dans le bobinage et crée une force qui tend à déplacer l'ai- mant, ledit moteur étant caractérisé en ce qu'il comprend une tige de guidage ( 12) et des glissières coopérantes ( 14, 16) fixées au chariot et destinées à obliger celui- ci à se déplacer suivant une trajet linéaire, une glissière à billes M 18) disposée afin qu'elle empêche la rotation autour de la tige de guidage ( 12), et l'aimant ( 10) est plus proche d'une première extrémité des branches du noyau afin que qu'il repousse le chariot vers la glissière à billes ( 18). 6 Moteur linéaire selon la revendication 5, carac- térisé en ce qu'il comprend en outre une surface mobile ( 50 > forméesur le chariot et une surface fixe ( 62), et la glissière à billes ( 18) est mobile librement entre les surfaces. 7 Moteur linéaire selon la revendication 6, carac- térisé en ce que l'une des surfaces ( 50) est sous forme d'une gorge longitudinale, et l'autre surface ( 62) est plane.