Brevet FR2625853A1 — publié le 19890713

La présente invention concerne un moteur pas à pas à faible inductance, faible résistance et fort couple. Actuellement, les moteurs pas à pas sont constitués de plusieurs enroulements formant le stator, et d'un rotor à aimant ou à reluctance variable. Ces monteurs ont une fréquence d'alimentation - et donc une vitesse de rotation limitées par la durée d'établissement du courant dans un enroulement du stator (constante de temps électrique). Cette durée dépend du rapport L/R, caractéristique d'un enroulement du moteur. La diminution de L permettrait d'augmenter la vitesse limite de rotation. L'alimentation d'un moteur pas à pas suppose que le courant soit coupé dans un enroulement et établi dans l'enroulement suivant. L'invention consiste à effectuer cette comnutation non pas sur le stator, mais sur les courants dans un rotor de faible inductance. I - VERSION SIMPLIFIEE 1-1 Description (figure 1) Le moteur est constitué d'un stator (inducteur) et d'un rotor (induit) Le stator est constitué de deux aimants permanents (1) (ou electroaimants). Le rotor est constitué d'une plaque circulaire isolante sur laquelle sont collés plusieurs conducteurs radiaux (brins de pas) droits 2 et 3 situés de part et d'autre de la plaque. Les conducteurs sont reliés - Vers la périphérie, à un conducteur unique qui ceinture donc l'isolant (4). - Vers l'axe à 2 bagues (5) et (6) situées de chaque cote de l'isolant de telle sorte que chaque brin de pas soit relie alternativement à la bague (5) et (6). Les bagues sont situees sur la plaque isolante ou sur l'axe. Ce montage rapelle celui d'un moteur à entrefer plat et bobinage lamellaire (de type "AXEM"), avec une disposition différente des conducteurs actifs. Les bagues sont alimentges par deux balais. 1-2 Fonctionnement (figures 2) Phase 1 : Les courants et l'induction B due à l'aimant ayant les sens in diqués figure 2a, les forces électromagnétiques sont f et f'. L'équilibre est stable, car un déplacement du rotor vers la droite ou la gauche renforce l'action sur le conducteur qui s'approche de l'aimant. Phase 2 : On inverse le sens de la tension de la source (figure 2b), les courants et forces s'inversent. L'équilibre devient instable pour la même raison que précédemment. Il suffit donc de créer une force auxiliaire dans un sens ou dans l'autre pour mettre le moteur en marche. Si cette force est suffisante, le moteur tourne d'un pas et retrouve une position d'équilibre stable entre les deux nouveaux brins de pas qui encadrent maintenant le champ magnetique (fig.2c) 1-3 Démarrage (figure 3). Le deplacement à partir de la position d'équilibre instable définie en I-2 phase 2, est obtenu par des conducteurs auxiliaires (7) (brins de commande), disposés alternativement d'un côté et de l'autre de l'induit. Ces brins sont reliés comme les brins de pas à a ceinture externe (4) et à deux bagues (8) et (9), cette dernière est invisible sur le schéma car de l'autre côté du rotor, ils sont parcourus par un courant au moment où on désire faire franchir un pas au moteur, et de courant est interrompu ensuite. Le sens du courant dans ces conducteurs donne le sens de rotation du moteur. En définitive, le rotor possède 4 bagues, 2 pour le circuit de pas, et 2 pour le circuit de commande. I-4 Commutation des courante (figure 4) Le contrôle des courants dans les brins je est classique et fait appel aux circuits spécialisés habituels. Le chronogramme des courants dans le moteur est réprésenté (figure 4). II - AVANTAGES - L'inductance est plus petite, le rotor n'ayant pas de fer. - Le couple n'est pas limité par une saturation du fer. - La technologie des rotors est dejà éprouvée. III - VARIANTES Les variantes permettent d'adapter le moteur aux conditions.habtuelles de fonctionnement des servomécanismes. III-1 Augmentaion du couple On peut utiliser plusieurs aimants inducteurs, se suivant dans l'ordre N-SUN-S... le couple est augmenté d'autant. III-2 Précision : Augmentation du nombre de pas par tour (figure 5) Les brins de puissance peuvent être de forme hemicirculaire, chaque demi cercle (G et D) pouvant avoir deux orientations. Les deux orientations sont représentées en traits pleins et pointillés sur la figure 5a. Les brins en traits pleins G sont situés du même côté de la plaque rotor. Les brins sont reliés - Vers l'extérieur, à un conducteur de ceinture (4) comme précédemment. - Vers l'axe, chaque demicercle est relié à une lame d'un collecteur (9) Les brins ont été numérotés G1,G2,..., les brins de l'autre côté portant les numéros D1,D2,... La figure 5b représente un schéma développé du rotor. Partant d'une position stable (fig. 5b), ou les brins G1 et D1 sont alimentes (l'induction magnétique n'est pas représentée, elle stabilise les positions comme précédemment) on alimente, dans le même sens, G2 et D2, et on coupe l'alimentation dans D1 et Gi,à l'aide de 1'inverseur(iO). te moteur avance d'un pas. Le transfert du courant de D1, G1 vers D2,G2 se fait en utilisant un double collecteur (représenté developpé figure Sb) de telle manière que le changement de lame de collecteur sous un balai se fasse à courant nul. III-3 Mesure de la vitesse Si on place deux balais supplémentaires sur le collecteur, à un endroit ou les conducteurs sont sous un pôle que l'on a place là a cet effet, on a une f.e.m. qui est l'image de la vitesse du moteur. Il 1-4 Augmentation du nombre de brins actifs (figure 6) La structure est la même que précédemment, des conducteurs sont fixés sur un rotor plat. Les conducteurs situés sous un même pôle sont du même dôté du rotor (en traits pleins sur la figure 6a). Ils sont reliés, d'un côte à la ceinture (4), et de l'autre à 4 bagues ABCD de la manière decrite sur la figure 6a. Les bagues A et B sont d'un côté du rotor, les bagues C et D de l'autre. Chaque bague correspondant aux conducteurs d'un demi pas polaire. Les pôles ont une forme rectanqulaire pour la clarte de l'exposé. Avec le sens des courants de la figure 6a, le moteur tourne d'un demi pas et trouve en 6b un équilibre stable, car un déplacement vers la gauche ou vers la droite inverse l'action sur le conducteur qui franchit la ligne de séparation des pôles. Pour franchir un pas, on inverse le sens du courant dans les bagues A et C (marquées d'un astérisque), et on retrouve une structure analogue à celle de la figure 6a. En définitive, le moteur est alimenté par deux sources que l'on commute de la même manière que pour un moteur pas à pas classique. le domaine d'application est plus spécialement celui de la robotique et de la machine outil à commande numérique. REVENDICATIONS 15 Moteur pas a pas a entrefer plan caracterise en ce que la commutation des courants se fait dans un rotor forme de conducteurs radiaux (2,3,7 > ,tous relies å une ceinture (4) vers la péripherie et 9 quatre bagues vers l'axe: deux bagues (5 et 6) permettent le passage du courant dans des brins dits brins de pas (2) et (3) et assurent le positionnement du rotor, deux bagues (8 et 9) permettent le passage du courant dans des brins dit de commande (7) et assurent le démarrage du moteur, la succession des pas etant déterminées par des commutations classiques. 2 > Moteur pas pas selon la revendication 1 caracterisee en ce que les conducteurs Gl,l'l,G2,D2, sont hemi-circulaires (figures 5a et 5b) de manière & augmenter le nombre de pas et que la commutation se fait en coupant le courant dans les premiers Gl,D1 et en alimentant les suivants G2,D2. 3 > Moteur pas a pas selon la revendication 2 caracterise en ce que le rotor comporte un double collecteur(9) alimente par une source unique et commute å l'aide de l'interrupteur (10), 4) Moteur pas d pas selon la revendication 1 caracterise en ce que on a place un plus grand nombre de conducteurs sur le rotor, les conducteurs situes sous un même demi pas polaire etant relies a la même bague (figures 6a et 6b > , et l'alimentation des bagues est commutee de manière a faire avancer le moteur d'un demi pas polaire chaque commutation.