Brevet FR2562347A1 — publié le 19851004

La présente invention concerne un moteur d'entraînement pour gyroscopes. Un but de l'invention est de fournir un moteur d'un encombrement plus faible que les moteurs actuellement utilisés et ayant cependant un rendement amélioré. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé pour fabriquer un tel moteur dans-des conditions économiques. L'invention concerne encore les gyroscopes équipés d'un tel moteur et dont le moteur présente, en outre, des caractéristiques utiles pour déterminer la position du volant par rapport au support du gyroscope et pour détecter la vitesse de rotation de l'arbre d'entratnement du gyroscope. Le moteur de l'invention est un moteur synchrone, à aimants permanents, essentiellement constitué par un empilage de disques. Le moteur a donc une structure plate. On décrira ci-après un tel moteur, en référence au dessin joint, la description et les figures faisant appara5tre d'autres caractéristiques de l'invention concernant le moteur et son procédé de fabrication. Sur les figures: - la figure 1 est une coupe axiale d'un exemple de gyroscope équipé d'un moteur conforme à la présente invention; - la figure 2 est une vue de principe, éclatée,d'un moteur diphasé conforme à la présente invention a - la figure 3 est un schéma de la circulation du flux dans le moteur; - la figure 4 est une demi-coupe transversale du moteur; la figure 5 est une vue en perspective éclatée d'un exemple de réalisation du moteur; - les figures 6 et 7 sont relatives à un outillage pour la fabrication des bobinages du moteur; - la figure 8 est une vue du bobinage obtenue au i2347 moyen de l'outillage des figures 6 et 7, et - la figure 9 est un graphique montrant l'influence du décalage d'un p8le magnétique dans le moteur. Le gyroscope représenté sur la figure 1 comprend un support 1 constituant un boltier définissant un passage central pour un arbre 2 maintenu dans le passage par des roulements précontraints 3. L'arbre est entraîné en rotation à une extrémité par un moteur 4 et, à son autre extrémité, il est articulé par un montage à la cardan 5 avec un volant 6 qui se présente dans cet exemple sous la forme d'une cloche à l'intérieur de laquelle a été aménagé un logement en forme de tore à section rectangulaire dans lequel est située une couronne d'aimants 7 fixes au volant en face des bobines de commande 8. Cet ensemble est normalement recouvert par un capot, comme représenté. Le volant 6 du gyroscope est équilibré par des billes 9 et la ligne d'arbre du gyroscope est équilibrée par un disque 10. Ces équilibrages font l'objet de demandes de brevets déposées par la Demanderesse. La présente invention concerne le moteur 4 dont une vue détaillée apparait sur la figure 2. Il s'agit d'un moteur plat dont le principe de fonctionnement est celui de tout moteur synchrone. Le champ rotorique est entraîné sans glissement par un champ tournant. Le couple fourni est fonction du déphasage spatial entre ces deux champs. Le rotor est constitué de deux disques 11,12 comportant des aimants permanents N,S. Dans la réalisation préférée, les aimants des rotors sont créés dans une galette frittée en samarium cobalt qui est collée sur une galette de support en matériau magnétique, par exemple en fer nickel. La technique pour créer des pôles Nord et des pôles Sud dans la galette en samnarium cobalt est une technique connue. Les aimants ont, de préférence, une épaisseur de l'ordre de 0,4 à 1 mm, de préférence 0,5 mm.. Les deux demi-rotors 11,12 sont disposés de part et d'autre de deux demi-stators 13,13e(fig.2à 5) qui sont constitués par une bague amagnétique 14, de préférence en bronze cadmié ou autre matériau facilitant la dissipation thermique, cette bague contenant les deux bobinages de phase disposes l'un au-dessus de l'autre de façon à coopérer respectivement l'un avec les aimants du demi-rotor 11 et l'autre avec les aimants du demi-rotor 12. La figure 3 représente le flux dans le moteur. La figure 6 est une vue éclatée d'un exemple de réalisation du moteur dans lequel chaque demi-rotor comporte six aimants et chaque demi-stator comporte une bobine comprenant six enroulements 15, montés en série suivant une disposition en forme de couronne. On n'a pas représenté sur la figure la bague dans laquelle sont placés les deux bobinages. Pour fabriquer les deux enroulements d'un demi- stator, l'invention propose un procédé particulier qui permet de fabriquer ensemble les six enroulements d'un mime bobinage. Pour ce faire, selon l'invention: On place, en parallèle, sur une broche 16 de section triangulaire (figure 6),des flasques 17 présentant chacun uneencoche 18, les flasques étant disposes en sorte que les intervalles 19 entre les flasques correspondent aux épaisseurs des enroulements du bobinage à réaliser et en sorte que les encoches soient alternativement opposées par rapport à la broche. On enroule un fil 30 pour bobinage sur 4- la broche dans le premier intervalle 19 jusqu'à obtenir l'un des enroulements 15, on fait passer le fil dans l'encoche du flasque qui sépare cet intervalle du suivant puis, en conservant le mSme sens d'enroulement, on enroule le fil dans cet intervalle suivant Jusqu'à constituer un autre enroulement 15 et ainsi de suite jusqu'à obtenir les six enroulements 15 du bobinage. On choisit, de préférence, les dimensions des encoches de façon que le fil soit relativement maintenu dans l'encoche et ne puisse pas se dérouler. Pour solidariser les spires de chaque enroulement, il est préconisé,de choisir un fil à enrobage thermoplastique et de cuire cet enrobage en disposant l'ensemble représenté sur la figure 6 dans un four de cuisson. Ce four a été schématisé en 21 sur la figure 6. Avant cette opération, il est avantageux de mettre au gabarit les enroulements du bobinage en disposant chdaque en- rouement dans une matrice de mise en forme comprenant {figure 7) un élément femelle 22 présentant une cavité ayant la forme extérieure d'un demi-bobinage et. un élément mâle 23 de forme complémentaire et présentant une encoche 24 apte à loger un enroulement 15 et présentant deux plats 17, 18 destinés à former les deux côtés opposés de l'enroulement, côtés qui seront encontact avec les deux enroulements voisins de cet enroulement dans le bobinage. La matrice 22,23 a une épaisseur correspondant à l'épaisseur d'un enroulement 15 en sorte qu'elle peut être insérée chaque fois dans l'inter- valle entre deux flasques 17. Après mise en forme et cuisson des enroulements, on retire la broche 16 et les flasques 17 et l'on obtient la suite d'enroulements 15 représentés sur la figure 8. sur cette figure, les flèches indiquent les sens d'enroulement de chaque enroulement et l'on voit que ces sens sont deux à deux opposés bien que, lors de la fabrication, on ait toujours enroulé-le fil 20 dans le même sens. Il ne reste plus qu'à disposer ensuite les enroulements dans la bague 25. De façon avantageuse, il est prévu de munir le premier flasque 17 d'une rainure circulaire pour pouvoir former avec le fil une boucle qui permettra de sortir un signal vitesse, l'une des bobines fonctionnant en bobine tachymétrique. Le signal obtenu aux bornes d'une de ces bobines est un signal sinusoïdal de fréquence égale à 3 fois la vitesse de rotation du gyroscope. Dans certaines applications, il est intéressant de connaître en plus la position du volant par rapport au support du gyroscope. On préconise, à cette fin, de décaler angulairement l'un des aimants, ce qui permettra de provoquer une déformation du signal sinusoïdal, défor- mation qui apparaîtra à la fréquence de rotation du gyroscope. Cette déformation est représentée sur la figure 9; elle apparaît comme un décalage de la sinusoïde, une fois sur trois différence entre trait plein et trait pointillé). Le démarrage du moteur peut être effectué par une rampe de fréquence démarrant à quelques hertz ou en commande impulsionnelle ou comme un moteur asynchrone. Le nombre des p8les et des enroulements peut être diffé- rent de six mais on considère que cette valeur représente un optimum, un nombre inférieur risquant de créer des vibrations et un nombre supérieur étant difficile à réaliser et étant susceptible de donner naissance à des fuites magnétiques. Un moteur conforme à l'invention peut avoir un encombrement axial de quelques millimètres seulement et, par exemple, inférieur: 5 mm pour des aimants d'épaisseur de l'ordre de 0,5 mm. - REVENDICATIONS 1. Moteur d'entrainement pour gyroscope, ce moteur étant un moteur synchrone, à aimants permanents, essentiel- lement constitué par un empilage de disques(11,13,13',12). 2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'embilage de disques comprend deux rotors (11,12) comportant des aimants permanents, disposes de part et d'autre de deux demi-stators(13,13') comprenant deux bobinages de phase. 3. Moteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les aimants (N,S) des rotors (11,12) sont formés dans une galette frittée en samarium cobalt qui est collée sur une galette de support en fer nickel ou autre matériau magnétique. 4. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator du moteur est constitué de deux bobinages de phase places l'un au-dessus de l'autre dans une bague commune (14). 5. Moteur selon larevendication 4, caractérisé en ce que ladite bague est en bronze cadmié ou autre matériau facilitant la dissipation thermique. 6. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les aimants (N,S) ont une épaisseur de 0,4 à 1 mm et en ce que le moteur a un encombrement axial inférieur à 5 mm. 7. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bobinage(13,13')est composé d'enroulements (15,15')de forme générale triangulaire. 8. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bobinage comprend six enroule-. ments (15,15')en série et en ce que les rotors comprennent chacun six aimants. 9. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'un des enroulements (05) comporte une boucle permettant de sortir un signal vitesse. 10. Moteur selon l'une des revendications précdenteso caractérisé en ce que l'un des aimants est décald angulairement. 1il. Procédé pour fabriquer un bobinage d'un moteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que: - on place, en parallèle, sur une broche (16) des flasques (17) présentant chacun une encoche (18), les. flasques étant disposes de façon à constituer entre eux des intervalles (19) correspondant aux épaisseurs des enroule- ments du bobinage à réaliser et en sorte que les encoches soient alternativement opposées par rapport d la broche - on enroule un fil (20) pour bobinage sur la broche dans le premier intervalle (19) jusqu'à obtenir l'un des enroulements (15) du bobinage, on fait passer le fil dans l'encoche du flasque qui sépare cet intervalle du suivant puis, en conservant le même sens d'enroulement0 on enroule le fil (20) dans cet intervalle suivant jusquà constituer un autre enroulement(15)et ainsi de suite jusqu ' obtenir les six enroulements (15) du bobinage.; - on retire la broche et les flasques obtenant ainsi la série d'enroulement qui constitue le bobinage. 12. Procédé selon la revendication 110 caractérisé en ce que pour solidariser les spires de chaque enroulement, on choisit un fil à enrobage thermoplastique et on cuit cet enrobage alors qu'il est encore en place sur la broche (16D entre deux flasqueso( 7)? 1:, Procéd selon la revendication I ou 12, caractérisé en ce qu'on met au gabarit chaque enroulement15Mdu bobinage dans une matrice de mise en forme alors que l'enroulement est encore sur la broche (6) entre deux flasques (17)o 14. Outillage pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une des revendications 11 & 13, cet outillage comprenant un mandrin (16}, une série de flasques (17) présentant des encoches-(18), éventuellement une matrice de mise en forme (22,23) et, éventuellement, un four de cuisson (21). 15. Outillage selon la revendication 14, caractérisé en ce que l'un-des flasques (17) présente une rainure circulaire pour pouvoir former, avec le fil (20),une boucle qui permettra de sortir un signal vitesse. 16. Outillage selon la revendication 14 ou 15, caractérisé en ce que la matrice de mise en forme comprend un élément femelle (22) présentant une cavité ayant la forme extérieure d'un demi-bobinage et un élément mâle (23) de forme complémentaire, cet élément mâle présentant une encoche (24) apte à loger un enroulement (15) et présentant deux plats (17,18) destinés à former les deux cÈtés opposés de l'enroulement destiné à venir en contact avec les deux enroulements voisins dubobinage. - 17. Les gyroscopes équipés d'un moteur selon l'une des revendications 1 à 10.