Brevet FR2564653A1 — publié le 19851122

La présente invention se rapporte à la formation d'une bobine sur une plaque ayant un revêtement électriquement non conducteur que l'on peut utiliser, par exemple, dans des ensembles de stator de moteurs et en particulier de moteurs à aimant permanent, à champ axial, sans balai et sans encoche, couramment appelés moteurs"en galette " du fait de leur nature relativement plate en direction axiale. La caractéristique de profil bas des moteurs en galette est avantageuse à la fois dans des buts de création esthétique (comme des platines de phono- graphe ou des tourne-vidéodisques de silhouette basse) et dans des buts d'utilité pratique, par exemple dans le cas d'entraînementsde disques souples o l'on peut souhaiter monter deux entraînements "minces" dans un espace destiné à l'origine à un seul entraînement. Une autre applicationà espace limité bien adaptée à l'utilisation de moteurscompactsen galette est dans les enregistreurs sur bande vidéo (pour les entraînements de la roue à tête, des rouleaux et du cabestan). Les moteurs en galette sont bien connus, un exemple d'un d'entre eux étant décrit par Hashimi et autres, dans le brevet US n0 4 220 879 du 2 Septembre 1980. Le moteur de Hashimi et autres est assez compact, partiellement du fait que la planche de circuit imprimé du stator est disposée entre les bobines du stator ( plutôt qu'en dessous d'elles). Cependant, l'ensemble général du stator est relativement complexe et comprend un certain nombre d'articles nécessitant un sous-assemblage. Les bobines de stator (quatre),par exemple, sont enroulées sur des "blocs d'enroulement" (c'est-à-dire des corps) qui sont fixés à la plaque de base du stator par des vis. En plus de compliquer l'assemblage du moteur, l'utilisation des corps de bobine augmente de manière non souhaitable la dimension axiale du moteur et diminue l'efficacité thermique. La présente invention se rapporteà la formation d'une bobine sur une plaque d'une manière pouvant être avantageusement employée pour simplifier sensiblement la construction. Par exemple, dans des moteurs en galette, cette construction élimine la nécessité de corps- dans l'ensemble fini du stator afin de réduire la dimension axiale de l'ensemble du stator, pour améliorer les refroidissements et également réduire le nombre d'étapes requises pour assembler les divers composants du moteur. Plus particulièrement, selon l'invention,un emplacement de bobine sur une plaque est pourvu d'au moins une patte surélevée ayant un coude décalé. Une bobine est fixée à la patte en piégeant un certain nombres de spires de la bobine entre la patte et la surface de la plaque. Les principes de la présente invention peuvent avantageusement s'appliquer à des moteurs à champ axial sans balai et sans encoche du type ayant un ensemble du stator comprenant une plaque de retour du flux comprenantun matériau magnétiquement perméable ayant un revêtement électriquement non conducteur de même forme, et o sont montées les bobines de stator. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe transversale faite le long de l'axe d'un moteur en galette selon l'invention; - la figure 2 est un dessin détaillé d'une partie du moteur de la figure 1; -les figures3 et 4 sont des vues en plan de dessus et de dessous, respectivement, de l'ensemble du stator du moteur de la figure 1; - la figure 5 est une vue en perspective du côté aimant de l'ensemble du rotor du moteur de la figure 1; - la figure 6 est un dessin simplifié illustrant une modification du moteur de la figure 1; - la figure 7 est une schéma du motif du circuit imprimé de la figure 4; et - la figure 8 est une vue en coupe d'une partie de l'ensemble du stator du moteur de la figure lillustrant l'emplacement du mandrin pour faciliter l'enroulement, en place, d'une bobine de stator selon un aspect de l'invention. La figure 1 illustre, à titre d'exemple,une configuration préférée d'un moteur construit selon les principes de la présente invention pour une utilisation dans des applications de tourne-disques audio ou vidéo. Dans ce cas, l'ensemble 10 du rotor-comprend une plaque 12 de rotor ayant. un arbre 14 de rotor qui lui est attaché au moyen d'un moyeu 16 de centrage d'un disque, pour qu'ainsi l'ensemble du rotor du moteur serve également de platine du tourne-disque avec le moyeu 16 produisant un centrage et une retenue du disque. L'ensemble du rotor comprend un aimant annulaire axialement polarisé 18 qui est attaché (par un adhésif) au fond de la plaque 12 du rotor pour impartir une énergie de rotation a l'ensemble du rotor. La vue en perspective de l'ensemble du rotor 10 de la figure 5 montre la polarisation de l'aimant annulaire 18. Dans cet exemple de l'invention, l'aimant 18 est polarisé en huit segments de polarité alternée comme dans la pratique courantedans certainsmoteuisde tourne-disques vidéo et audio. Dans un tourne vidéo disque connu, la plaque 12 du rotor est en matériau - non magnétique (plastique). Pour un couple accru, la plaque 12 peut être en un matériau magnétiquement perméable (acier). L'ensemble 20 du stator du moteur comprend une plaque de retour de flux 22 magnétiquement perméable ayant des bobines de stator 24, 26 qui y sont montées selon un aspect de la présente invention que l'on décrira subséquemment en détail. La partie restante du moteur comprend un ensemble de paliers (généralement indiqué en 30) qui est- attaché à la plaque de retour de flux par des vis 32,- 34'. L'ensemble dee-paliers reçoit l'arbre 14 (qui- traverseun trou central 25 dans la plaqué de retour-de flux) et place la plaque 12 du rotor paraléllement à la plaque 22 de retour de flux. L'ensemble de paliers 30 est de conception conventionnelle ainsi que l'ensemble 10 du rotor) et ne sera donc pas décrit plus en détail ici. Des moteurs ayant de tels ensembles de rotor et-'de paliers sont utilisés, par exemple, dans certains tourne-vidéodisqueb comme le modèle SJT-400 fabriqué par RCA-Corporation. La figure 2 montre des détails du montage de la bobine sur l'ensemble du stator de la figure 1. Comme on peut le voir, la plaque 22 de retour de flux, enduite de manière conforme d'un revêtement électriquement non conducteur 23, a des pattes surélevées 27 et 28 qui peuvent être intégralement formées, comme en découpant la plaque à l'emporte-pièce. De préférence, la plaque et les pattes sont en un métal ferreux comme de l'acier et le revêtement est en porcelaine. Une porcelaine appropriée est décritedans le brevet US NI 4 256 796 au nom de Han9 et autres du 17 mars 1981. Chaque patte a un coude décalé pour capturer en dessous le fil de la bobine. Dans cet exemple de l'invention, la distance entre la patte décalée et la surface de la plaque de retour de flux enduite de manière conforme est choisie pour être égale au diamètre du fil de la bobine. On a découvert que cette caractéristique de dimension spécifique donnait des effets minimum de variation du couple du moteur en fonction de la position de rotation. On a trouvé que les pattes, ayant un noyau magnétique avait tendance à déformer un peu le champ magnétique et que cette variation du couple pouvait se produire à un certain point dans des moteurs destinés à des applications à vitesse de rotation constante critique (comme des entraînements de disques ou de bandes) du fait de ces deux déformations non uniformes par rapport au circuit magnétique du rotor (aimant annulaire pla). Cependant, on reconnait ici que la déformation du champ peut être diminuéeen maintenant un profil relativement bas de la patte de retenue (27, 28). "bas" signifie que la patte ne "capture" ou "piège" que quelques spires d'une ou deux couches (une seule étant représentée) de la bobine 26 du stator. Le montage par pattes des bobines de stator, comme le montre la figure 2, présente deux avantages très importants. D'abord, cela élimine totalement la nécessité d'une étape séparée d'assemblage des bobines (o les bobines sont d'abord enroulées puis attachées à la plaque de retour de flux 22) parce que les bobines peuvent être enroulées en place comme on le décrira. Deuxièmement, la bobine ne nécessite pas de corps dans l'assemblage fini. Cela réduit la dimension axiale (c'est-à-dire la hauteur du moteur de l'épaisseur des parties supérieure et inférieur de retenue des corps. L'élimination des corps améliore également la dissipation de chaleur du moteur aussi!ien par convaction (il n'y a pas de paroi de corps pour protéger la bobine du vent produit par le rotor) et conduction (il n'y a pas de paroi de corps entre l'enroulement de la bobine et la plaque 22). La figure 8 montre le procédé d'enroulement de la bobine 26 (typique de toutes les bobines) en place sur la plaque du flux. Sur la figure 8, l'emplacement de la bobine (également sur la figure 2) est obtenu par un trou placé au centre 29. Ce trou a deux fonctions. On peut l'utiliser pour le montage final du moteur sur l'ensemble de paliers comme le montre la figure 1. Sa fonction plus importante réside dans la réception d'un boulon 804 qui maintient un mandrin 806 à l'ensemble 20 du stator pendant l'enroulement de la bobine 26 du stator. Le boulon 804 est pourvu d'un écrou 808 temporairement pendant l'enroulement qui fixe le mandrin 806 à l'emplacement de la bobine. Tandis que le fil est enroulé, il est retenu par les parois latérales du mandrin 806 et la forme interne de la bobine est déterminée par la force de l'âme centrale du mandrin. L'âme du mandrin est sensiblement en forme de "cale" (comme cela est indiqué par les bobines montrées en plan sur la figure 3)et à des coins arrondis. Tandis que la bobine est enroulée (en place) certaines des spires de la bobine sont piègéesou capturées entre les pattes (27, 28) et la surface plane de la plaque de flux. Après enroulement, la bobine est consolidée. Dans un mode de réalisation préféré, on fait passer un courant électrique à travers la bobine, la forçant à chauffer. Le fil de la bobine est doublement isolé avec son revêtement externe d'isolement d'une matière thermo- plastique. La chaleur force les diverses spires du fil à "fusionner ou à adhérer à des spires adjacentes. On laisse alors la bobine refroidir puis le mandrin est retiré. Ce procédé d'enroulement, de chauffage, de refroidissement et d'enlèvement du mandrin peut être accompli simultanément sur toutes les bobines (le moteur illustré a quatre bobines comme le montre la figure 3) ce qui simplifie ainsi de manière importante l'assemblage du stator en comparaison à la. tentative selon l'art antérieur d'enroulement des bobines sur des corps puis de fixation des corps à la plaque de retour de flux au moyen de vis. La nécessité de moyens de fixation (vis ou rivets) ou de collage ainsi que descorps est éliminée et les étapes associées d'assemblage sont éliminées. De plus,la longueur axiale (hauteur) du moteur est réduite de l'épaisseur des parties supérieure et inférieure des corps. Le fil doublement isolé peut être du même type que celui utilisé pour l'enroulement du bobinage de déviation de télévision o un chauffage est également utilisé, après enroulement, pour fusionner la bobine oour conserver sa forme. La figure 3 est une vue de dessus de l'ensemble 20 du stator illustrant la position de montage des quatre bobines de stator 24, 24', 26 et 26' et d'une paire de capteurs 302 et 304 à effet Hall. Les capteurs à effet Hall détec- tent la vitesse angulaire et la position du moteur. La position angulaire des bobines et des capteurs par rapport au trou 25 de l'arbre du rotor est conventionnelle (voir par exemple le brevet US NI 4 202 879 précédemment décrit). Il est particulièrement important que trois pattes (27, 28, 28', typiquement) soient prévues pour chaque emplacement de bobine. On a découvert que l'utilisation de trois pattes était optimale pour (1) fixer les bobines à la plaque, (2) diminuer la variation du couple du moteur et (3) maintenir la forme interne des bobines pendant l'enroule- ment. L'augmentation du nombre de pattes place plus le fer dans l'emplacement de la bobine et par conséquent augmente la tendance du moteur à avoir un couple variable. Cependant, plus de pattes peuvent être utilisées dans des applications nécessitant' une forte résistance au choc. Moins de pattes donnent une moindre forme à la bobine et une faible retenue de celle-ci. La figure 4 montre un motif de circuit imprimé eormé sur le côté inférieur (opposé au côté de la bobine) de l'ensemble du stator pour connecter les bobines et les capteurs à effet Hall à une zone de connecteur 402 de l'ensemble du stator. Les conducteurs imnprimés peuvent être appliqués à l'ensemble par des moyens conventionnels comme une encred'argent à l'écran en soie sur la couche de céramique de la plaque de flux puis "cuisson" (chauffage) de l'encre à une température suffisante pour déplacer le support de l'argent et faire fondre l'argent. De tels procédés d'impression de conducteurssur de. la porcelaine sont assez bien connus (voir par exemple-le brevet US n 4 415 624 au nom de Prabhu et autres intitulé "Air-Firable Thick Films", du 15 Novembre 1983). Il est important, pour la présente invention (comme le montre la figure 3) que l'ensemble du stator soit une structure unitaire offrant la triple fonction de (1) maintenir les bobines, (2) produire un trajet de retour du flux et (3) produire un substrat de circuit imprimé. De ce point de vue., il est instructif de noter - que tandis que l'on peut faire facilement adhérer l'encre d'argent à la surface de porcelaine, aucun adhésif approprié n'a. été trouvé pouvant y coller de manièrefiable afin de permettre aux bobines de stator d'être simplement collées à la plaque de retour de flux. C'est simplement au moyen d'un montage aplati, selon l'invention, que l'on peut obtenir le triple bénéfice dans une structure unitaire comme on l'a noté ci-dessus. Les "ondulations" (308 en généra] aux bords de la plaque de flux 20 des figures 3 et 4 sont prévues pour une connexion des enroulements-de bobine (figure 3) aux conducteurs du circuit imprimé (figure 4). Les conducteurs du circuit imprimé s'étendent jusqu'au dessous de chaque ondulation. Quand les bobines sont enroulées, les extrémités du fil de bobine sont dénudées et enroulées autour des ondulations. Les conducteurs -5 des capteurs à effet Hall sont poussés à travers les trous prévus dans ce but dans la plaque de retour de flux. Les connexions électriques permanentes peuvent être obtenues par soudage aux ondes du côté conducteur de l'ensemble du stator. Cette seule étape forme simultanément toutes les connexions électriques de l'ensemble du stator. La figure 6 montre une variante du moteur de la figure 1 o un palier 601 est riveté directement à l'ensemble 20 du stator. Cela réduit la longueur axiale du moteur. De même, l'arbre 14 est illustré comme étant étendu audelà de la surface de l'ensemble 10 du rotor pour appliquer un couple à une charge (non représentée).Cette configuration du moteur peut être utilisée, par exemple, dans des applications d'enregistreur sur bande vidéo o l'arbre 14 fait tourner la roue à tête de l'enregistreur sur bande vidéo ou bien l'entraînement du cabestan. Une autre application serait pour des entraînements de disques souple s(ou durs). La figure 7 est un schéma du motif du câble imprimé de la figure 4. Les bobines de stator 24 et 26 et les bobines 24' et 26' sont connectées en série. Les éléments à effet Hall ont des lignes en parallèle d'alimentation et à la masse et des sorties séparées. Toutes les connexions, comme sur la figure 4, sont ramenées à un connecteur 702 qui couple les conducteurs de bobine et de capteur à un contrôleur 704 du moteur.D es contrôleurs appropriés sont bien connus,un exemple étant décrit dans le brevet US n0 4 135 120 au nom de Hashimi et autres du 16 Janvier 1979. Le contrôleur 704 du moteur reçoit l'information de position et de vitesse dos capteurs à effet Hall et applique de l'énergie aux bobines 24, 24', 26, 26' pour provoquer la rotation de l'ensemble 10 du rotor d'une manière connue. Bien que l'invention ait été illustrée dans le contexte d'une application d'un moteur en galette, les principes de l'invention sont d'une utilité générale et peuvent s'appliquer à d'autres dispositifs électromagnétiques comme des relais ou des transducteurs acoustiques (comme des haut-parleurs, des projecteurs sonar etc). R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Moteur en galette du type ayant un ensemble d'un stator comprenant une plaque de retour de flux avec des bobines de stator qui y sont montées, caractérisé en ce que ladite plaque de retour de flux (22) comprend un matériau magnétiquement perméable ayant un revêtement électriquement non conducteur de même forme (23); chaque emplacement de bobinE de stator sur ladite plaque de retour de flux est pourvu d'au moins une patte surélevée (28) ayant un coude décalé; chaque bobine de stator (26) est fixée à ladite plaque de retour de flux en piégeant un certain nombre de spires de la bobine entre de la patte et la surface de la plaque de retour de flux. 2. Moteur selon la revendication 1 caractérisé par un moyen de câblage pour produire des connexions électriques vers les bobines de stator, ledit moyen de câblage comprenant au moins un conducteur de circuit imprimé disposé sur ledit revêtement électriquement non conducteur de même forme de ladite plaque'de retour de flux. 3. Moteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que le moyen de câblage est disposé du côté de la plaque de retour de flux opposé à l'emplacement de bobine. 4. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de retour de flux comprend un trou placé en son centre entre les emplacements de bobine pour recevoir une partie de l'arbre du rotor. 5. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaque de retour de flux comprend un trou. placé en son centre dans chaque zone d'enroulement d'une bobine. 6. Moteur selon la revendication I caractérisé en ce que le matériau magnétique de la plaque de retour de flux comprend de l'acier et en ce que le revêtement comprend de la porcelaine. 7. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le-coude décalé de chaque patte est espacé de la plaque de retour de flux d'une distance sensiblement égale au-diamètre du fil de la bobine. 8. Moteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le fil de chaque bobine est doublement isolé, la couche isolante externe étant thermoplastique et en ce que les spires de chaque bobine adhérent les unes aux autres par fusion de l'isolement thermoplastique. û 9. Moteur à champ axial du type comprenant un ensemble de rotor ayant une plaque de rotor avec un arbre de rotor qui lui est attaché pour fairetourner ladite plaque et un aimant annulaire axialement polarisé attaché à-ladite plaque en un alignement concentrique avec l'arbre, ledit moteur comprenant un ensemble de stator comportant une plaque de retour de flux ayant des bobines de stator qui y sont montées à des emplacements respectifs, ledit moteur ayant des moyens formant paliers attachés à ladite plaque de retour de flux pour recevoir ledit arbre et maintenir ladite plaque de rotor parallèle à ladite plaque de retour de flux, caractérisé en ce que ladite plaque de retour de flux (22) comprend un métal ferreux enduit de manière conforme de porcelaine (23) et ayant au moins un conducteur de circuit imprimé (402) qui y est disposé pour produire une connexion électrique vers au moins l'une desdites bobines de stator; chaque emplacement de bobine de stator sur la plaque de retour de flux est pourvu d'au moins une patte surélevée (28) ayant un coude décalé; - chaque bobine de stator (26) est fixée à ladite plaque de retour de flux en piégeant un certain nombre de spires de la bobine entre la patte et la surface de la plaque de retour de flux; et chaque bobine a un fil doublement isolé, la couche isolante externe étant thermoplastique, les spires de chaque bobine adhérant les unes aux autres par fusion de l'isolement thermosplastique. 10. Ensemble formant plaque à bobines caractérisé en ce qu'il comprend: une plaque (22) ayant une surface pour recevoir une bobine, ladite plaque comprenant un matériau magnétiquement perméable ayant un revêtement conforme électriquement non conducteur (23), ladite surface étant pourvue d'au moins une patte surélevée (28) ayant un coude décalé, ladite bobine étant fixée à ladite plaque en piégeant un certain nombre de spires de ladite bobine (26) entre la patte et la surface de la plaque et un moyen pour consolider les spires de ladite bobine 11. Ensemble selon la revendication 10, caractérisé en ce que le moyen consolidant précité est constitué de façon que la bobine à un isolement thermoplastique, les spires de la bobine adhérant les unes aux autres par fusion de l'isolement thermoplastique. 12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications ou 11, caractérisé en ce que la plaque comprend un métal ferreux, le revêtement comprend de la porcelaine et comprend de plus au moins un conducteur de circuit imprimé disposé sur la plaque pour une connexion électrique avec la bobine. 13. Ensemble selon l'une quelconque des revendications ou 11 caractérisé par un trou dans la plaque précitée, placée en son centre dans la zone de réception d'un mandrin d'enroulement de la bobine. 14. Ensemble selon l'une quelconque des revendications ou 11 caractérisé en ce que le coude décalé de la patte précitéeest espacé de la plaque d'une distance qui est sensiblement égale au diamètre du fil de la bobine.