Brevet FR2544138A1 — publié le 19841012

E 8 L'invention concerne un moteur pas à pas électrique du type correspondant au préambule de la revendication 1. Un tel moteur est décrit par exemple dans la demande de brevet français No 8012117. Dans les moteurs de ce type, il est souhaitable de pouvoir minimiser les harmoniques du couple de au courant et celles du couple existant en absence de courant. Dans ce but, on a notamment déjà proposé de diviser chaque groupe de circuits magnétiques élémentaires associés à une phase d'un moteur diphasé en deux sous-groupes et de décaler ces sous-groupes l'un par rapport à l'autre de manière à compenser l'harmonique 4 du couple en absence de courant. Il s'avère toutefois que dans certaines applications, et notamment lorsque le moteur est commandé de façon à ef- fectuer des pas fractionnés ( O microstepping"), d'autres harmoniques, en particulier les harmoniques trois et cinq du couple dû au courant sont également gênants, de sorte que l'on a cherché à utiliser le même principe de décala- ge de sous-groupes de circuits élémentaires pour compen- ser ces harmoniques Dans le moteur décrit dans la demande de brevet français No 8012117 des exemples ont été donnés pour illustrer l'application de telles mesures à un moteur présentant des circuits magnétiques du type décrit dans ce brevet Le même princi- pe est également applicable à un moteur présentant des circuits magnétiques tels que décrits dans la demande de brevet français susmentionné, No 8012117. Toutefois, dans ce cas, si l'on cherche à appliquer un 254413 e -2 décalage entre les deux moitiés de stator disposées de part et d'autre du plan transversal contenant le disque aimanté, les pertes de flux résultant d'un tel décalage, dans les différents circuits élémentaires qui sont de faible épaisseur, deviennent pratiquement prohibitives. Or, ledit décalage constitue une mesure de compensation d'harmonique particulièrement efficace qui permet en outre d'utiliser simultanément la subdivision en sous- groupes entre eux pour compenser d'autres harmoniques. L'invention vise notamment à fournir un moteur du type susmentionné, permettant de réaliser une compensation d'harmonique par un décalage angulaire des deux moitiés de stator sans perte notable de flux. A cet effet, le moteur selon l'invention est caractérisé par les mesures énumérées dans la partie caractéristique de la revendication 1 La revendication 2 décrit une forme d'exécution particulière de l'invention. L'invention sera expliquée avec plus de détails en référence à une forme d'exécution préférentielle, décrite à titre d'exemple et illustrée dans les dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un moteur pas-à-pas diphasé selon l'invention, la coupe suivant la ligne I-I de la figure 2 p La figure 2 est une coupe du moteur selon la ligne II-II de la figure 1; et La figure 3 est une vue en direction axiale d'un circuit magnétique élémentaire sans bobine, montrant schématiquement une partie de l'organe rotatif coopérant avec ce circuit. Le moteur pas-à-pas représenté aux figures 1 et 2 comporte un organe rotatif 1 en forme de disque annulaire monté sur un arbre 2 au moyen de deux parties de support 3, 4. Les parties 3, 4 sont chassées sur l'arbre 2 et suppor- tent à leur partie périphérique un aimant permanent mince constituant l'organe 1 Celui-ci est aimanté axiale- ment et présente de chaque côté du disque 2 N pôles magné- tiques de polarité alternante, disposés régulièrement le long d'une zone annulaire. Comme le montre la figure 1, la présente forme d'exécution du moteur est pratiquement symétrique par rapport à un plan transversal contenant l'organe rotatif 1 Deux supports de stator 5, 6 en matériau non magnétique, par exemple en matière plastique, sont disposés en regard l'un de l'autre et assemblés au moyen de flasques annulaires 7, 8 et de vis 9, 9 ', etc L'arbre 2 du moteur est monté de façon rotative par rapport aux supports 5,6 au moyen de paliers 10, 11 Plusieurs circuits magnétiques élémentai- res 12 ainsi que des bobines, électriques 13 ', 13 ", 13 '1, 13 'V (non représentée) et 14 ' (non représentée),14 ", 14 '", 14 ' (non représentée) sont supportés par les supports 5,6. Chaque circuit magnétique élémentaire 12 comporte deux parties de stator 12 ', 12 " en forme de U, réalisées en un matériau de grande perméabilité magnétique, et disposées radialement, l'une en face de l'autre dans le sens axial. Plus particulièrement, une première branche, extérieure, du U de chaque première partie de stator 12 ' est en contact, par son extrémité, avec l'extrémité correspondante d'une première branche du U d'une deuxième partie 'de stator 12 ", alors que les deuxièmes branches des U, intérieures,de ces mêmes parties de stator, présentent des extrémités espacées 2544 1 38 l'une de l'autre de manière à former un entrefer 15 entre celles-ci Les parties de stator peuvent être réalisées en une pièce de fer doux ou, pour améliorer la qualité du circuit, sous forme lamellaire. Ainsi qu'il ressort de la figure 2, les circuits magnétiques élémentaires sont divisés en quatre groupes, comprenant chacun quatre circuits magnétiques élémentaires, deux groupes étant associés à chacune des phases et les groupes associés à une même phase étant disposes de façon diamé- tralement opposée Chaque phase cporte ainsi deux paires de bobines à savoir 13 ', 14 ' et 13 "', 14 "' pour l'une, et 13 ",14 " et 13 'v, 14 'v pour l'autre phase Les bobines associées à chaque phase sont disposées de façon diamétralement opposée dans cha- que moitié de stator complet du moteur Ces moitiés de stator sont constituées par les parties disposées de part et d'autre du plan contenant l organe rotatif 1 Deux bo- bines diamétralement opposées dans la moitié du stator ecortant le support 6 sont visibles partiellement dans la figure 2 et ont été désignées par 13 U et 13 ", respecti- vement. Les circuits magnétiques élémentaires sont espacés angu- lairement l'un par rapport à l'autre d'un angle au moins approxiativenant égal à 2 Sf/N ct k est un nombre entier et N le ncmbre de paires de pâles du rotor. Comme le montrent les figures 1 et 2, deux bobines élec- triques sont couplées avec chaque circuit magnétique élémentaire 12 et les circuits de chaque groupe sont couplés, dans leur ensemble, avec deux bobines corres- pondantes telles que 13 ', 141 Les bobines sont disposées autour des branches de U formant les entrefers des circuits élémentaires et leur forme montrée à la figure 2 assure que - 2 -5- les spires soient placées relativement près de ces bran- ches de U De plus, la section des bobines remplit prati- quement entièrement l'espace entre les deux branches de U de chaque partie de stator Seules deux bagues 16, 17 sont placées également dans cet espace pour maintenir les bobi- nes en place et pour guider les fils de connexion de cel- les-ci. La disposition décrite ci-dessus fournit un excellent couplage entre les bobines et les circuits élémentaires correspondants, une longueur minimale des lignes de flux magnétique à l intérieur des circuits et un couplage extrêmement faible entre les bobines associées respecti- vement aux deux phases. La figure 3 montre un circuit magnétique élémentaire isolé 12 ' réalisé par exemple sous forme lamellaire, une branche de U de chaque partie de stator formant l'entrefer de la manière décrite ci-dessus La figure 3 montre également, de façon schématique, une zone périphé- rique annulaire du disque 1 en matériau magnétique dur, aimanté axialement de façon à présenter les dits 2 N pôles magnétiques de polarité alternante de chaque côté du disque annulaire, ces pôles étant indiqués par "^e et s". La figure 2 illustre la particularité du présent moteur. Elle montre la répartition des deuxièmas parties de -stator 12 " des circuits magnétiques élémentaires, les premières parties correspondantes étant disposées tel que décrit plus haut. Les centres des extrémités des première et deuxième bran- ches de U d'une de ces deuxièmes parties de stator ont été désignés et indiqués dans le plan de ces extrémités par S et R respectivement. Les centres R et S sont décalés angulairement l'un par rap- port à l'autre d'un angle "l correspondant à la moitié du décalage angulaire fournissant une compensation de lhar- monique voulu Avec les désignations de la figure 2,langle est l'angle entre les plans axiaux N et p Le décalage est analogue et dans le même sens pour toutes les parties de stator d'une même moitié de stator En ce qui concerne la deuxième moitié du stator, le décalage a la même valeur et il a lieu dans un sens tel que, lors de l'assemblage des deux moitiés de stator, les deux décalages s'ajoutent. Plus précisàoent, les extrémités des premières branches de U ou branches extérieures seront superposées dans les deux moitiés de stator lors de l'assemblage, alors que les centres des deuxièmes branches intérieures correspondantes sont décalés d'un angle de 2 c X l'un par rapport à l'autre. On obtient ainsi pour les pôles actifs du stator, c'est-à- dire les pôles qui forment f'entrefer, un décalage réali- sant la compensation de l'harmonique voulu Par exemple, dans le cas de l'hiar oni-ue 4 du couple résiduel, c'est-à-dire du couple s'exerçant sur le rotor en absence de courant électrique dans les bobines, du fait de l'inter- action des pôles magnétiques du disque aimanté avec les parties polaires du stator, on choisira 2 c 1 sensiblement égal à$ /4 N D'une manière générale, le décalage 2 " est choisi sensiblement égal àîr/h N, ou h est l'ordre de l'harmonique à compenser Il s'est avéré préférable, par expérience, d'augmenter le décalage d'environ 10 % par rapport à la valeur théorique pour assurer une très bonne compensation, compte tenu des distorsions réelles du champ magnétique. Cette mesure de compensation peut être combinée avantageu- sement avec des mesures de compensation à l'intérieur de chaque moitié de stator, par un décalage des plans de symétrie axiaux respectifs des parties polaires de chaque groupe de parties polaires Par exemple, dans le cas de la figure 2, l'harmonique d'ordre 3 du couple dû au courant électrique est compensée par un décalage des plans axiaux 7 - indiqués par q et p par rapport à un plan axial m qui est un plan de symétrie pour les extrémités des branches exté- rieures des parties de stator Dans le cas représenté, les centres S' et S sont situés dans des plans q et p tels que, par rapport à m, les angles 2 ='/N ett 3 = 3 '/N + C/6 N, c'est-à-dire que le plan axial de symétrie entre les deux centres est décalé par rapport au plan m defl/6 N, soit de la moitié de l'angle de compensation de l'harmoni- que 3, l'autre moitié étant obtenue par un décalage analo- gue des centres symétriques à S' et S par rapport au plan m. Pour compenser à la fois les harmoniques 3 et 5 à l Uinté- rieur d'un groupe de quatre parties polaires, on décale entre eux les plans de symétrie axiaux tels que p et q de deux parties polaires consécutives, dans le sens circon- férentiel du moteur, formant des sous-groupes 125, 126 et 127, 128, de façon à compenser les effets de l'harmonique 5, et, d'autre part, on décale les deux sous-groupes l'un par rapport à l'autre de façon à compenser l'effet de l'harmoni- que 3 Autrement dit, l'on décale les plans de symétrie des parties polaires 125, 126 et 127, 128 de + X/5 N par rapport à leur position théorique correspondant par exem- ple à un angle de 2 /N entre ces plans de symétrie, et l'on décale les plans de symétrie axiaux des sus-gro Fupes 125, 126 et 127, 128, considérés chacun comme un tout, l'un par rapport à l'autre d'un angle de + e/3 N L'ensemble de ces décalages est effectué de telle façon que les écarts résultant par rapport à la position théorique des parties polaires soient les plus petits Ainsi, dans le présent exemple, on choisit les signes des angles de décalage de façon à rapprocher les parties polaires à l'in- térieur de chaque sous-groupe et à rapprocher les deux sous-groupes l'un de l'autre ce qui résulte en des angles respectifs de ( 2 tc-l/5)/N, ( 2/c-T/3 +rc/5)/N et ( 2 X -IY/5)/N entre les plans de symétrie consécutifs à l'intérieur du groupe de quatre parties polaires. 2544 1 38 Il est clair pour l Phomme de métier que la compensation souhaitée peut être réalisée de façon similaire dans le cas d'un nombre différent de parties polaires, et que cette compensation sera optimale si l'on dispose d'un nombre pair de sous-groupes et d'un nombre pair de parties polai- res dans chaque sous-groupe. Il est à noter que l'inclinaison des extrémités intérieu- res des branches de U des parties de stator, par rapport à un plan axial, procure une certaine réduction d'harmoni- ques d'ordre 5 et supérieur, ce qui permet de limiter, dans la plupart des cas, la compensation à l'intérieur de chaque moitié de stator à celle de l'harmonique 3. -9 REVENDICATIONS 1 Moteur pas à pas électrique comportant un organe rotatif formé essentiellement d'un disque en matériau magnétique aimanté axialement de manière à présenter de chaque côté du disque 2 N pôles magnétiques de polarité alternante, disposés régulièrement le long d'une zone annulaire, ledit organe rotatif étant monté sur l'axe du moteur, le moteur comportant en outre plusieurs cir- cuits magnétiques élémentaires dont l'ensemble forme au moins deux groupes, et au moins deux bobines électriques couplées chacune avec plusieurs circuits élémentaires appartenant à un même groupe, chacun de ces circuits magnétiques élémentaires présentant un entrefer; tous les entrefers étant formés à la même distance radiale de l'axe du moteur et chaque entrefer étant en outre sensi- blement symétrique par rapport au plan transversal con- tenant le disque aimenté, chaque circuit magnétique élémentaire comportant une première et une seconde parties de stator, plates, en forme de U, de perméabilité magnétique élevée, disposées essentiellement radialement par rapport à l'axe du moteur, l'extrémité d'une première branche de U d'une première partie de stator de chaque circuit étant disposé en contact avec l'extrémité de la première branche de U d'une seconde partie de stator du même circuit,lesextrémitésdes deuxièmes branches de U des premières et seconde parties de stator étant disposées essentiellement en regard, à une certaine distance axiale l'une de l'autre, de manière à former un des dits entrefers, les dites bobines électriques étant disposées respectivement autour des deuxièmes branches de U des dites premières et secondes parties de stator des circuits magnétiques élémentaires avec lesquels elles sont couplées, caractérisé en ce que le centre (R) de l'extréÀûité de la deuxième branche de U de chaque partie de stator d'un circuit magnétique élémentaire est décalé angulairement par rapport au centre (S) de l'extrémité de la première branche de U et les deux parties de stator ( 12 'g 12 ") d'un circuit magnétique élémentaire ( 12) sont disposéesde façon que les centres des extrémités des premières branches de U coincident et que les centres des extrémités des deuxièmes branches de U soient décalés angulairement, l'un par rapport à l'autre, d'un angle sensiblement égal à r /h N, ou hest l'ordre de l'harmonique à compenser. 2 Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les centres des extrémités des premières ou des deuxièmes branches de U des parties de stator de deux circuits magnétiques élémentaires couples avec la ou les bobines d'une même phase, sont décalés angulairement de manière à compenser une harmonique voulue.