Brevet FR2612701A1 — publié le 19880923

La présente. invention concerne de manière générale les moteurs à courant continu sans balais et plus particulièrement la structure d'un moteur à courant continu sans balais, de type plat, applicable à la section d'entraînement de disque pour faire tourner un disque magnétique dans un dispositif de caméra électronique à image fixe. Jusqu'ici, on a généralement utilisé des moteurs à courant continu, sans balais, de type plat et mince, appeLés éga- lement moteurs ce broche, lesquels constituent aussi un objet de la présente invention, dans les sections d'entraînement de disque de dispositifs de caméra électronique à image fixe. Un te. moteur se compose d'un rotor et d'un stator qui supporte le roter de manière à permettre sa rotation. Plus Précisément, le rotor comprend une culasse de rotor essentiellement miscoide; un arbre rotatif faisant saillie vers le bas à partir du centre de la culasse de rotor; un aimant circu- laire d'accouplement qui adhère à la surface périphérique interne d'une nervure circulaire faisant saillie vers le haut et d'un seul tenant avec la face supérieure de la culasse de rotor; et un aimant de rotor, de forme circulaire discode, qui adhère à la face inférieure ce la culasse de rotor avec interposition d'une culasse auxiliaire ce forme circulaire discolde. Le stator comprend: une culasse de stator discolde; un moyeu e-booté et fixé dans une partie centrale de la culasse de stator et comportant un coussinet métallique, de forme cylindrique, qui contient de l'huile, pour supporter en rotation l'arbre soli- daire du rotor, de même qu'un palier de butée discolde; et une plaque souple à circuits imprimés qui porte un bobinage hexaphasé semblable à une feuille et disposé radialement, avec le moyeu comme centre, à distance de l'aimant de rotor, avec un jeu prédéterminé, et qui adhère à une face de la culasse de stator située en regard de l'aimant de rotor. Lorsque le bobinage en forme de feuille de la culasse de stator est parcouru par un courant, en vue de l'aimantation du bobinage, celui-ci est attiré vers un pale magnétique de l'aimant de rotor, ce qui produit une force de rotation. De ce fait, le rotor est entraîné dans un sens prédéter- miné autour de l'axe géométrique de son arbre. La rotation du rotor fait tourner un disque magnétique de la caméra électronique à image fixe, du fait de l'attraction entre ce disque et l'aimant d'accou- plement. Un moteur de ce type employé dans la section d'entraî- nement de disque d'une telle caméra comporte un coussinet à huile peu coûteux, à la place d'un roulement à billes onéreux. Comme l'arbre et le coussinet métallique ont des coefficients de dila- tation thermique différents, il est nécessaire de prévoir un jeu adéquat entre eux, ce qui a pour conséquence que l'on ne peut pas éviter des vibrations de l'arbre, dans les limites de ce jeu, à moins que l'arbre ne soit soumis en permanence à une force laté- rale. Lorsque ce jeu augmente avec le temps par suite des frot- tements de l'arbre et du coussinet, il se produit facilement des vibrations non périodiques de l'arbre, avec des variations indé- finies de l'alignement de l'axe de rotation, ou des vibrations périodiques de l'arbre. Donc, si un tel moteur est utilisé pour l'entraînement en rotation d'un disque magnétique à haute densité d'enregistrement et avec une piste de faible largeur, dans une camera électronique à image fixe, les vibrations de l'arbre du moteur provoquent des difficultés pendant l'enregistrement des disques magnétiques. La demande de modèle d'utilité japonais, non examinée (Jikko) sho 5140834 du 5 Octobre 1976, décrit un exemple d'un moteur sans balais capable d'empêcher les vibrations de l'arbre dans le sens de l'axe du rotor. Le moteur de broche de cette demande de modèle d'utilité comporte un aimant supplémentaire installé entre l'arbre et l'aimant de rotor pour exercer une force latérale d'attraction magnétique sur l'arbre, afin de le tirer vers un côté déterminé du coussinet, de manière à empêcher ainsi les vibrations périodiques et/ou non périodiques de l'arbre. Cependant, l'installation de cet aimant supplémentaire accroit le nombre des pièces dont se compose le moteur et le travail (main-d'oeuvre) et rend la construction complexe. Le coût de fabrication est donc accru. De plus, il n'y a pas suffisamment de place dans ce moteur de broche pour y incorporer un aimant permanent puissant capable de toujours exercer une pression laté- rale suffisante sur l'arbre en vue de l'entraînement convenable du disque de la caméra, tout en préservant la construction plate et mince du moteur. L'invention vise donc à procurer une structure de moteur à courant continu, sans balais, de type plat, dans laquelle la vibration transversalement à l'axe soit évitée et qui puisse être produite à un prix réduit. Selon l'invention, on parvient à ce résultat par un moteur à courant continu sans balais, comprenant: un stator avec une culasse de stator portant des enroulements statoriques; un coussinet métallique relié rigidement à la culasse de stator; ainsi qu'un rotor avec un aimant circulaire fixé à un arbre de rotor supporté rotatif par le coussinet métallique, dans lequel la culasse de stator est agencée pour présenter une asymétrie magné- tique qui provoque l'application d'une force latérale par l'arbre au coussinet métallique. Il est possible aussi d'atteindre le but indiqué avec une structure de moteur à courant continu comprenant: (a) un rotor comportant un aimant circulaire fixé à un arbre de rotor; (b) un coussinet relié rigidement à une culasse de stator; (c) un stator, comportant cette culasse de stator, portant des enroulements stato- riques; et (d) des moyens prévus sur la culasse de stator, ou constitués par celle-ci pour produire une asymétrie magnétique ayant pour effet que l'arbre du rotor est chargé magnétiquement dans une direction latérale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation non limitatifs, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe axiale d'un premier mode de réalisation préféré d'un moteur sans balais selon l'invention; la figure 2 est une coupe transversale de ce moteur, prise suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 est une coupe axiale d'un deuxième mode de réalisation préféré du moteur; - la figure 4 est une coupe axiale d'un troisième mode de réalisation préféré du moteur; - les figures 5 et 6 sont des coupes axiales à plus grande échelle d'un moyeu du moteur, montrant d'autres variantes de réalisation d'une butée; - la figure 7 est une coupe axiale du moteur selon un quatrième mode de réalisation préféré; - la figure 8 est une coupe axiale du moteur selon un cinquième mode de réalisation préféré; et - la figure 9 est une coupe transversale prise suivant la ligne X-X de la figure 8. Les figures 1 et 2 montrent un premier mode de réali- sation préféré d'un moteur à courant continu sans balais, appli- cable à la section d'entraînement de disque d'une caméra électro- nique à image fixe selon la présente invention. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 1, ce moteur, désigné globalement par 1, possède un rotor 2 avec une culasse de rotor 4, un arbre 5, une culasse auxiliaire 7 et un aimant de rotor 8 de forme circulaire discode. La culasse de rotor 4 possède une forme circulaire en cuvette. L'arbre 5 s'étend verticalement vers le bas, dans la représentation de la figure 1, depuis le centre de la culasse de rotor 4. L'aimant de rotor 8 adhère à la face infé- rieure de la culasse 4 avec interposition de la culasse auxiliaire 7, de forme circulaire discolde. Le stator 3 du moteur 1 comporte une culasse de stator discorde 10, un moyeu 13 emboîté dans la partie centrale de la culasse 10 et comportant un coussinet métal- lique 11 contenant de l'huile pour supporter en rotation l'arbre 5 du rotor 2, de même qu'une plaque souple imprimée 15 qui porte un bobinage hexaphasé 14 en forme de feuille, disposé radialement avec le moyeu comme centre; la plaque souple 15 adhère à la face de la culasse de stator 10 dirigée vers l'aimant de rotor 8. Il est à noter que l'aimant de rotor 8 de ce premier mode de réalisation préféré est aimanté de manière que ses pôles magné- tiques N,S alternent circonférentiellement. Comme représenté sur les figures 1 et 2, deux zones de la culasse de stator 10 sont déformées ou décaLées en direction de la plaque imprimée 15, de manière à constituer deux surélévations 10a délimitées par des gradins. Pour empêcher le broutage du moteur 1, les faces supé- rieures des surélévations 10a sont mutuellement décalées circonfé- rentiellement, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, de manière que leurs centres soient séparés l'un de l'autre d'un angle électrique e de 90 degrés sur l'axe. - De plus, les zones de la culasse de stator 10 autres que les surélévations 10a sont collées aux parties correspondantes de la plaque souple imprimée 15 au moyen d'une couche adhésive 16 en forme de feuille. De ce fait, l'entrefer A entre le côté de l'aimant de rotor 8 représenté à gauche sur le dessin et la culasse de stator 10 est plus grand que l'entrefer G entre l'aimant de rotor 8 et la partie surélevée 10a de cette culasse sur le côté droit du dessin. L'asymétrie ainsi créée dans l'entrefer crée un déséquilibre dans la force d'attraction magnétique. Donc, dans ce premier mode de réalisation, du fait que les parties surélevées 10a de la culasse 10 du stator 3 forment des saillies vers le bobinage 14 et vers l'aimant 8 du rotor, un désé- quilibre est créé dans la force d'attraction magnétique entre l'aimant 8 du rotor 2 et la culasse 10 du stator lorsque le rotor tourne. Du fait que l'aimant 8 est toujours attiré davantage vers les parties surélevées 10a de la culasse de stator 10, le rotor 2 dans son ensemble et son arbre 5 en particulier sont soumis à une attraction résultante dans le sens indiqué par la flèche en haut sur la figure 1 (radialement par rapport au coussinet 11 du stator 3), de sorte que la rotation s'accompagne toujours d'une force latérale appliquée par l'arbre 5 au coussinet 11. Grâce à cette force latérale, les vibrations susceptibles de résulter du jeu radial entre l'arbre 5 et le coussinet 11, pendant la rotation du rotor 2, sont éliminées. En raison de la prévision des deux surélévations 10a, formant des saillies en direction de l'aimant 8 du rotor, un aimant supplémentaire n'est pas nécessaire. Le nombre de pièces et la 2 6 1 2 7 01 main-d'oeuvre nécessaires pour Le moteur peuvent ainsi être réduits. La construction de L'ensemble du moteur de broche 1 devient plus simple et son coût de fabrication peut donc être réduit en conséquence. IL est à noter que la grandeur de la force latérale peut Etre modifiée en variant la hauteur et l'aire de surface des parties surelevées 10a de la culasse de stator 10. La référence 4a sur la figure 1 désigne la nervure de rotor mentionnée au début et entourant l'aimant d'accouplement pour l'entraînement en rotation du disque magnétique de la caméra et la référence 6 désigne un anneau de recouvrement de cet aimant. On voit également sur cette figure la butée 12 pour le rotor. La figure 3 montre le moteur 1B du deuxième mode de réalisation préféré. Le stator 3 de ce moteur comporte une culasse de stator discode 0lB qui est fixée au moyeu 13 de manière qu'un angle e soit formé entre l'axe du coussinet 11 et la perpendicu- Laire à cet axe. Cette disposition en biais de la culasse de stator B a pour effet que l'entrefer entre l'aimant 8 du rotor 2 et la culasse de stator 10B est plus grand (A) du côté représenté à gauche sur la figure 3, que sur le côté droit (G). L'ensemble du rotor 2 est donc tiré de nouveau dans le sens de la flèche, c'est-a-dire vers la droite, avec application du côté droit de l'arbre 5 du rotor contre le coussinet 11, si bien que le rotor 2 peut de nouveau tourner sans vibration, comme dans le premier mode de réalisation. La figure 4 montre un troisième mode de réalisation préféré du moteur selon l'invention, désigné ici par 1C. L'arbre 5 du rotor 2 de ce moteur est supporté dans un coussinet 11 qui est monté dans le moyeu 13C du stator 3 avec un angle d'inclinaison e par rapport à l'axe du stator. Cette incli- naison de l'arbre 5 a pour conséquence que l'entrefer A entre le côté gauche de l'aimant 8 du rotor 2 et la culasse de stator 10 est de nouveau plus grand que l'entrefer G entre le côté droit, sur le dessin, de l'aimant 8 et la culasse 10. Le rotor est donc soumis à une attraction résultante dirigée vers la droite, comme indiqué par la flèche, avec application de l'arbre 5 contre le coussinet 11 et suppression des vibrations, comme dans les modes de réalisation décrits dans ce qui précède. Les figures 5 et 6 représentent des variantes de réali- sation du palier de butée 12. Plus précisément, la figure 5 montre une butée 17 ayant une forme triangulaire en section. La figure 6 montre une butée 19 formée par un disque supporté d'un côté par une vis de réglage 18, ce qui donne une position inclinée à la butée. Cette inclinaison peut être changée au moyen de la vis 18. L'utilisation de la butée 17 ou de la butée 19 permet d'appliquer l'arbre 5 du rotor 2 contre un côté du coussinet 11, en supprimant ainsi les vibrations du rotor. La figure 7 représente un moteur 1E selon un cinquième mode de réalisation préféré. Ce moteur comporte une culasse auxiliaire d'attraction , en forme de plaque, entre la culasse de stator 10, dans une ou plusieurs zones correspondant à celles des surélévations 10a de la culasse de stator 10 du premier mode de réalisation, représente sur les figures 1 et 2, et la plaque souple 15 portant les circuits imprimés constituant le bobinage. La couche adhésive 16 est placée de nouveau entre les autres zones de la culasse de stator 10 et la plaque souple 15. Pendant que le rotor 2 tourne, son arbre 5 est pressé contre le coussinet-11 du fait que la force d'attraction magnétique sur le côté représenté à droite est plus grande par suite de la culasse auxiliaire 20, créant de nouveau une différence d'entrefer entre le côté gauche (A) et le côté droit (G). La grandeur de la force avec laquelle l'arbre 5 est appliqué contre le coussinet, peut être changée dans ce cas en modifiant l'aire de la culasse auxiliaire 20. Les figures 8 et 9 représentent un moteur 1F selon un sixième mode de réalisation préféré. La culasse 10F du stator 3 de ce moteur présente une découpe d'un côté, comme indiqué par la ligne en tireté 10b sur la figure 9. La couche adhésive 16 est placée entre la culasse de stator 10F et la plaque souple imprimée 15. La force d'attraction magnétique entre l'aimant 8 du rotor 2 et la culasse de stator 10F est donc déséquilibrée circon- férentiellement. De ce fait, pendant que le rotor 2 tourne, l'arbre 5 est pressé contre le coussinet dans le sens de la flèche sur la figure 8. Par conséquent, le rotor ne vibre pas, comme dans les exemples décrits dans ce qui précède. L'invention est applicable aussi à un moteur avec des balais et avec un induit bobiné. Ainsi qu'il a été décrit, dans le moteur de broche selon l'invention, le champ magnétique entre le stator et le rotor est ajusté de manière que le rotor soit attiré plus fortement dans une direction particulière, fixée Par une zone du stator. De cette manière, la structure selon l'invention est capaOle d'éviter des vibrations orientées radialement par raoport a l'axe de rotation et dus à des jeux radiaux indésirés entre l'arbre solidaire du rotor et le coussinet porte par le stator. REVENDICATIONS 1. Moteur à courant continu, en particulier sans balais et de type plat, comprenant un stator (3) avec une culasse de stator (10) portant des enroulements statoriques (15), un coussinet métal- lique (11) fixé rigidement à la culasse de stator (10), un rotor (2) avec un aimant circulaire (8) fixé à un arbre (5) monté rotatif dans le coussinet (11), caractérisé en ce que la culasse de stator (10) est agencée pour présenter une asymétrie magnétique provoquant l'application magnétique de l'arbre (5) contre le coussinet (11) par une force latérale, l'aimant circulaire (8) du rotor (2) étant attiré plus vers l'un que vers l'autre côté. 2. Moteur selon la revendication 1, dans lequel la culasse de stator (10) possède une partie surélevée (10a) pour créer l'asymétrie magnétique. 3. Moteur selon la revendication 1, dans lequel la culasse de stator (10B) est inclinée (angle 6) par rapport au plan de rotation de l'aimant circulaire (8) du rotor (2). 4. Moteur selon la revendication 1, dans lequel la culasse de stator (10F) présente une découpe (10b) pour créer l'asymétrie magnétique. 5. Moteur selon la revendication 1, dans lequel la culasse de stator (10) est pourvue d'une culasse auxiliaire (20) pour créer l'asymétrie magnétique, la culasse auxiliaire (20) étant disposée entre la culasse de stator (10) et une plaque souple (15) à circuits imprimés formant le bobinage du stator (3).