Brevet FR2675322A1 — publié le 19921016

MICROMOTEUR ELECTROMAGNETIQUE A FLUX AXIAL La présente invention concerne un micromoteur électromagnétique à flux axial, et plus particulièrement un micromoteur pas à pas miniaturisé. On connaît déjà, d'après notamment le brevet CH 668 160 un micromoteur du type susmentionné, et qui comporte un stator par rapport auquel un rotor aimanté est monté pivotant autour d'un axe de rotation Ce rotor comporte au moins une paire de pôles magné- tiques produisant dans un entrefer un champ magnétique qui est sensiblement parallèle audit axe de rotation du rotor De plus, ce micromoteur comprend au moins une bobine sensiblement plane placée dans ledit entrefer, perpendiculairement à l'axe de rotation, de manière à intercepter le flux créé par le champ Selon ce document, la bobine est ménagée dans une face d'une plaquette en semicon- ducteur et elle est fabriquée selon les techniques classiques de fabrication des circuits intégrés Dans ce type de moteur, l'en- trefer est défini par deux flasques parallèles à haute perméabilité magnétique, l'un étant solidaire du rotor tandis que l'autre est monté fixe sur le stator En fonctionnement, les flux magnétiques engendrés respectivement par le rotor aimanté et par la ou les bobines, circulent entre les deux flasques qui sont mobiles l'un par rapport à l'autre Il résulte de cette structure la création de forces de frottement associées à l'attraction magnétique, qui dimi- nuent le rendement du micromoteur. Aussi l'invention a-t-elle pour but de remédier à cet inconvé- nient en fournissant un micromoteur électromagnétique à rendement élevé et dont la structure s'adapte particulièrement bien aux techniques de fabrication des micromoteurs miniaturisés. L'invention a donc pour objet un micromoteur électromagnétique à flux axial, du type comportant un stator, un rotor aimanté monté pivotant autour d'un axe de rotation par rapport au stator, ce rotor comportant au moins une paire de pôles magnétiques produisant dans un entrefer un champ magnétique sensiblement parallèle audit axe de rotation du rotor, et au moins une bobine sensiblement plane, placée dans ledit entrefer, perpendiculairement à l'axe de rotation, de manière à intercepter un flux créé par le champ, ce micromoteur étant caracté- risé en ce que ledit entrefer est délimité uniquement par le rotor. Grâce à cette caractéristique, les deux flasques peuvent tourner de façon concomitante éliminant ainsi les phénomènes de frottement magnétique entre ces flasques. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ce micro- moteur qui comporte un premier et un second flasque à perméabilité magnétique dont le premier est mécaniquement solidaire du rotor, est caractérisé de plus en ce que le second flasque est également solidaire mécaniquement du rotor et définit avec le premier flasque ledit entrefer. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les deux flasques sont rendus solidaires du rotor par l'intermédiaire respec- tivement d'une première et d'une seconde douille qui sont toutes deux montées libres en rotation sur un tenon. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisa- tion non limitatifs, en liaison avec les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un micromoteur électromagnétique selon un premier mode de réalisation de l'invention, et la figure 2 est une vue similaire à la figure 1, mais représentant un deuxième mode de réalisation de l'invention. En se référant aux figures 1 et 2, on voit un micromoteur électromagnétique à flux axial désigné généralement par la référence 1. Ce micromoteur 1 comporte un stator 2 et un rotor aimanté 4 qui est monté pivotant autour d'un axe géométrique de rotation Xr, par rapport au stator 2 Le rotor 4 comporte au moins une paire de pôles magnétiques (non représentés sur la figure) produisant dans un entrefer E un champ magnétique H sensiblement parallèle audit axe de rotation Xr du rotor 4 A cet effet, le rotor 4 est composé d'un disque circulaire 6 aimanté et d'un premier flasque 8 à haute perméabilité magnétique Pour la construction du disque 6 et du flasque 8, on se référera à la description du document suisse susmentionné Le moteur comporte en outre des bobines 10 sensible- ment planes Ces bobines sont placées dans ledit entrefer E perpen- diculairement à l'axe de rotation Xr, de manière à intercepter un flux créé par le champ H Les bobines 10 sont ménagées sur un substrat 12 réalisé en un matériau électriquement isolant, tel qu'un matériau semiconducteur formé par du silicium et comportant en son centre, coaxialement à l'axe Xr, un alésage débouchant 13 Là encore, ces bobines ont une structure identique à celles décrites dans le document qui a été mentionné ci-avant. Selon l'invention, le micromoteur comporte un second flasque 14 à haute perméabilité magnétique, de préférence réalisé, comme le premier flasque 8, en un matériau magnétique doux Ce second flasque 14 se trouve en regard de la face libre du disque 6 et est solidaire mécaniquement du rotor 4 Ainsi, l'entrefer E est défini par les deux flasques 8 et 14 qui sont tous les deux solidaires du rotor 4 et qui sont susceptibles de se déplacer de façon concomitante par rapport au stator 2, lors du fonctionnement du micromoteur, c'est-à- dire lors du passage d'un courant dans les bobines d'excitation 10. On comprend donc que l'entrefer E est délimité uniquement par le rotor 4 puisqu'il est défini par les deux flasques mobiles 8 et 14 qui font partie intégrante du rotor 4. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux flas- ques 8 et 14 sont rendus solidaires du rotor 4 par l'intermédiaire respectivement d'une première douille 16 et d'une seconde douille 18 montées libres en rotation sur un tenon 20 La seconde douille 18 qui est directement montée sur le tenon 20 comporte à sa partie inférieure, en considérant le micromoteur selon l'invention dans sa position telle que représentée à la figure 1, une base 19 qui repose par un contact axial, c'est-à-dire parallèle à l'axe Xr, sur un socle 22 solidaire du tenon 20 A cet effet, la base 19 comporte en regard du socle 22 un premier collet circulaire 21, dit collet intérieur Ce collet intérieur 21 présente une surface de frottement reposant directement sur le socle 22 Le tenon 20 s'étend perpendi- culairement au socle 22 et vient de matière avec celui-ci Le socle 22 est logé dans un support 24 Le support 24 est réalisé de préfé- rence en un matériau amagnétique tel que du laiton et il comporte deux évidements étagés 26 et 28 dont les dimensions et formes sont prévues pour recevoir respectivement au moins le socle 22 et le second flasque 14 Ces évidements 26 et 28 dans lesquels sont logés le socle 22, ainsi qu'au moins pour chacun une partie de la base 19 et le second flasque 14, sont recouverts par le substrat 12 qui repose par son bord extérieur sur une face supérieure du support 24, au voisinage d'une paroi cylindrique qui délimite l'évidement 28. On remarquera que le socle 22 est maintenu fixement dans le fond de l'évidement 26 par un cordon de soudure 27. Les deux douilles 16 et 18 sont emmanchées coaxialement et sont de préférence chassées l'une sur l'autre Plus particulièrement, la douille 16 qui est la plus extérieure par rapport à l'axe géométri- que Xr est chassée directement sur la douille intérieure 18 La douille 18 comporte un corps 30 qui s'élève à partir de la base 19. A la partie distale du corps 30, par rapport à la base 19, est ménagée une portée 31 dont le diamètre extérieur est légèrement supérieur à celui du corps 30, ce qui permet sur une longueur d'engagement relativement faible un montage à force de la première douille 16 sur la seconde 18. Le tenon 20 ainsi que les douilles 16 et 18 traversent de part en part le substrat semiconducteur 12, par l'intermédiaire de l'alésage débouchant 13. Les douilles 16 et 18 comportent respectivement des épaulements 32 et 34 sur lesquels reposent respectivement les flasques 8 et 14. Dans le mode de réalisation représenté, on a avantageusement chassé le disque circulaire aimanté 6 sur la première douille 16 de sorte que le premier flasque 8 soit pris en sandwich entre l'épaulement 32 et le disque circulaire aimanté 6 La douille 16, le premier flasque 8 et le disque circulaire aimanté 6 forment une unité Ul qui peut être préassemblée, puis montée sur le corps 30 de la seconde douille 18, déjà positionnée sur le tenon 20. On précisera qu'avant d'être montée sur le tenon 20, la seconde douille 18 peut être préassemblée avec le second flasque 14 qui est maintenu sur celle-ci au moins en position lors du préassemblage par un joint de colle 36 La seconde douille 18 et le second flasque 14 forment aussi une unité U 2. 5. En ce qui concerne le second flasque 14, il est monté avec un jeu radial J 1 sur le corps 30 de la seconde douille 18 et il repose directement sur l'épaulement 34 De plus, le second flasque 14 est maintenu sur la seconde douille 18 par l'une des extrémités libres, référencée 38, de la première douille 16 On comprend ainsi que le second flasque 14 est maintenu en sandwich entre l'extrémité libre 38 de la première douille 16 et l'épaulement 34 de la seconde douille 18 On notera que l'épaulement 34 est directement ménagé sur la base 19 En venant en butée contre le second flasque 14, l'extré- mité libre 38 de la première douille 16 délimite une largeur 1 de l'entrefer E. Le tenon 20 comporte deux portées 40 et 42 respectivement distale et proximale par rapport au socle 22 et sur lesquelles est directement montée libre en rotation, la seconde douille 18 Plus précisément, la portée proximale 42 est ménagée au voisinage du socle 22 et la portée distale 40 est ménagée au voisinage de l'ex- trémité libre du tenon 20. On remarquera que le tenon 20 s'étend sur toute la longueur de la seconde douille 18, voire même au-delà, et qu'il traverse ainsi tout le rotor 4 Une telle construction permet notamment d'assurer un montage et un guidage précis du rotor 4. Par ailleurs, la base 19 comporte en regard du socle 22 un second collet circulaire 50 qui est susceptible de venir en contact avec le socle 22 en cas de fléchissement du tenon 20 Ce second collet 50 est coaxial au premier 21, et il est ménagé autour de ce dernier Par rapport à l'axe de rotation Xrs les deux collets coaxiaux 21 et 50 sont disposés respectivement intérieurement et extérieurement La garde Gi entre ce collet périphérique 50 et le socle 22 est calculée de telle sorte que le fléchissement du tenon 20 reste dans la limite de résistance élastique à la flexion et que ni le flasque 14, ni le disque aimanté 6 ne puissent venir frotter sur le substrat 12. Pour transmettre le couple fourni par le micromoteur 1 selon l'invention, un pignon 60 est chassé sur la première douille 16, au voisinage de son extrémité libre qui fait extérieurement saillie du micromoteur 1 On précisera que ce pignon 60 pourrait être directe- ment ménagé par usinage dans la masse, sur la première douille 16. Conformément au mode de réalisation représenté à la figure 1, le déplacement axial de l'équipage mobile formé par les deux douilles 16 et 18 pourvues des flasques 8 et 14 et de l'aimant permanent 6, est limité par une butée formée par une bague filetée 62 vissée sur l'extrémité libre du tenon 20 La bague 62 peut être chassée sur le tenon 20 ou elle peut être bloquée par des moyens classiques, non représentés, tels qu'un contre-écrou ou un sertissage On observera que le corps 30 de la douille intérieure 18 fait sensiblement saillie de la douille extérieure 16, au voisinage de l'extrémité libre du tenon 20 Ainsi, la douille intérieure 18 comporte une extrémité libre en saillie qui forme une partie d'appui 63 apte à venir en contact axial sur la bague filetée 62. Dans le mode de réalisation de la figure 2, l'extrémité libre du tenon 20 est engagée dans une plaque 64, telle qu'un pont de rouage. La butée axiale est ici fournie par la plaque 64 elle-même, sur une face de laquelle peut venir reposer la partie d'appui 63 de la seconde douille 18. REVENDICATIONS 1 Micromoteur électromagnétique à flux axial, du type compor- tant: un stator ( 2), un rotor aimanté ( 4) monté pivotant par rapport au stator ( 2) autour d'un axe de rotation (Xr), ce rotor ( 4) comportant au moins une paire de pôles magnétiques produisant dans un entrefer (E) un champ magnétique (H) sensiblement parallèle audit axe de rotation (Xr), et au moins une bobine ( 10) sensiblement plane, placée dans ledit entrefer (E), perpendiculairement à l'axe de rotation (Xr), de manière à intercepter un flux créé par le champ (H), caractérisé en ce que ledit entrefer (E) est délimité uniquement par le rotor ( 4). 2 Micromoteur selon la revendication 1, comportant un premier et un second flasques ( 8, 14) à haute perméabilité magnétique dont le premier ( 8) est mécaniquement solidaire du rotor ( 4), caractérisé en ce que le second flasque ( 14) est également solidaire mécanique- ment du rotor ( 4) et définit avec le premier ( 8) ledit entrefer (E). 3 Micromoteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les deux flasques ( 8, 14) sont respectivement rendus solidaires du rotor ( 4) par l'intermédiaire d'une première et d'une seconde douilles ( 16, 18), montées libres en rotation sur un tenon ( 20). 4 Micromoteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les douilles ( 16, 18) sont emmanchées coaxialement. Micromoteur selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que les deux douilles ( 16, 18) sont chassées l'une sur l'autre. 6 Micromoteur selon l'une des revendications 3 à 5, caractéri- sé en ce que les douilles ( 16, 18) comportent respectivement des épaulements ( 32, 34) sur lesquels reposent respectivement les flasques ( 8, 14). 7 Micromoteur selon l'une des revendications 3 à 6, caractéri- sé en ce que le second flasque ( 14) est maintenu sur la seconde douille ( 18) par une extrémité libre de la première douille ( 16). 8 Micromoteur selon l'une des revendications 3 à 7, caractéri- sé en ce que l'extrémité libre de la première douille ( 16) vient en butée sur le second flasque ( 14) et délimite la largeur dudit entrefer (E). 9 Micromoteur selon l'une des revendications 3 à 8, caractéri- sé en ce que ledit tenon ( 20) comporte deux portées respectivement distale ( 40) et proximale ( 42) sur lesquelles est montée libre en rotation la seconde douille ( 18). Micromoteur selon l'une des revendications 3 à 7, caractéri- sé en ce que le tenon ( 20) s'étend sur toute la longueur de la seconde douille ( 18).