Brevet FR2835661A1 — publié le 20030808

La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques pas à pas, et vise en particulier celui des moteurs utilisés pour la commande d'instruments dans les tableaux de bord des véhicules automobiles. A l'intérieur d'un tableau de bord, on place divers instruments indicateurs du fonctionnement du véhicule, et on utilise souvent des moteurs du type pas à pas pour entraîner les aiguilles ou autres organes formant indicateurs. Comme instruments concernés par ces moteurs de petite taille, on trouve les tachymètres, odomètres, compte-tours ou bien les jauges de carburants ou d'autres fluides. De tels moteurs comprennent un rotor à aimant permanent en forme de disque, monté sur une platine, et tournant autour d'un axe perpendiculaire à celle-ci, entre les pôles d'éléments magnétiques statoriques. Les stators sont réalisés dans un matériau magnétique et ont une forme générale en U dont une branche porte une bobine magnétique et les extrémités libres constituent les pôles. Le champ magnétique créé par la bobine se referme sur le rotor qui peut ainsi être mis en mouvement. Le rotor entraîne un arbre moteur de sortie par l'intermédiaire d'engrenages appropriés. Le moteur peut comprendre plusieurs stators par rotor. En général, pour ce type d'application, il en existe deux. Ces pièces de stator sont relativement petites. Elles ont dans un cas 10 mm de large pour 20 mm de long. Elles ont une faible épaisseur. Par exemple elles sont découpées dans une tôle mince de moins d'un millimètre d'épaisseur. Pour pouvoir engager la bobine sur l'une des branches de la pièce, on divise celle-ci en deux éléments. Un premier élément comprend notamment un noyau de forme rectiligne qui se prolonge par une partie d'attache. L'autre est en forme de L avec une partie d'attache complémentaire à la précédente. Au montage, on place la bobine, réalisée séparément, autour du noyau du premier élément puis on assemble les deux éléments et on les soude par leurs parties d'attache, pour constituer la forme en U. On place les parties d'attache complémentaires l'une sur l'autre pour disposer d'une surface de soudure suffisante. Dans cette disposition, au mois l'une des parties est décalée par rapport au plan des éléments statoriques car il est impératif que les pôles, à l'autre extrémité, soient dans le même plan. Cette contrainte est la même si, au lieu de souder, on lie les pièces au moyen d'un rivet ou par collage. Un tel montage n'est pas simple à réaliser. Il nécessite un outillage adapté et perfectionné avec les inconvénients qui y sont associés. On constate, par exemple, que les éléments peuvent être déformés au montage. Ainsi, un excès de chaleur de soudage peut conduire à une déformation de la pièce qui, elle-même, a une influence sur la valeur de l'entrefer entre le stator et le rotor, et par conséquent sur le couple produit. Le contrôle de la qualité de fabrication doit être particulièrement suivi. L'invention a donc pour objet un stator de moteur pas à pas réalisé avec des pièces aux formes plus simples que celles de l'art antérieur, rendant les opérations de montage plus aisées. L'invention a également pour objet un stator évitant les opérations de soudage, de rivetage ou de collage et ne nécessitant pas la mise en oeuvre d'un outillage spécifique. On parvient à l'objectif de l'invention avec un stator de moteur pas à pas comprenant deux éléments de stator, de forme allongée, dont l'un est engagé sur une partie de sa longueur dans une bobine magnétique, les deux éléments de stator présentant chacun une portion de surface par laquelle ils sont maintenus en contact l'un avec l'autre, caractérisé par le fait que les dites portions de surface sont maintenues l'une contre l'autre par serrage à l'intérieur de la bobine, sur au moins une partie de leur longueur. En particulier, les deux éléments de stator ont une forme générale aplatie, notamment une section rectangulaire, avec un bord latéral mince formant les dites portions de surface. Conformément à une autre caractéristique, les dites portions de surface ont une partie formant un biseau, formant un angle par rapport à l'axe de la bobine. Conformément à une autre caractéristique, les dites portions de surface ont une partie formant une butée axiale, notamment perpendiculaire à l'axe de la bobine. Grâce à cette disposition des éléments, on évite d'avoir recours au soudage. On détermine les largeurs respectives de la bobine, plus particulièrement de son manchon, et des deux éléments de telle façon qu'il existe un jeu négatif entre eux. On utilise de la sorte les efforts de réaction élastiques de la bobine, qui s'exercent sur les parties des éléments en contact l'une avec l'autre, pour les maintenir ensemble. Conformément à une autre caractéristique les éléments de stator comprennent un moyen de retenue axiale. En particulier, le moyen de retenue axiale est formé d'une entaille sur l'une des portions de surface, coopérant avec un tenon sur la portion de surface qui vient au contact de la première. Notamment le moyen de retenue est disposé à proximité de l'une des parties formant butée axiale. Cette solution particulière offre l'avantage d'assurer le maintien ensemble des deux éléments, malgré les vibrations auxquelles le moteur est susceptible d'être soumis. Conformément à un mode de réalisation particulièrement avantageux, l'entaille est suffisamment profonde et large par rapport au tenon pour que, lorsque celui-ci est en place dans l'entaille, il ne s'exerce aucune contrainte locale à cet endroit. Le jeu négatif entre les deux éléments de stator assemblés et le manchon de la bobine est sensiblement constant d'une extrémité à l'autre. Il en résulte un contact uniforme entre les deux éléments le long des dites portions. On évite notamment l'apparition de tout entrefer parasite entre eux. Conformément à une autre caractéristique, le moyen de retenue axiale est disposé dans la partie en biseau. La largeur de l'élément de stator, mesurée au niveau du tenon, est supérieure à l'espace libre entre le manchon et l'élément, immédiatement en amont de l'entaille par rapport au sens de montage. Grâce à cette disposition, on assure la bonne mise en place des éléments l'un par rapport à l'autre. Lorsque la personne qui effectue le montage, introduit le second élément dans le manchon de la bobine et rapproche les deux éléments l'un de l'autre, elle sait à quel moment ils sont correctement placés. Il se produit alors un déclic que l'on ressent ou que l'on entend au passage du tenon dans l'entaille. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit d'un mode non limitatif de réalisation de l'invention accompagnée des dessins sur lesquels : la figure 1 représente une partie d'un moteur pas à pas tel que connu de l'art antérieur, la figure 2 représente une pièce de stator montée, conforme à l'invention, les figures 3A et 3B représentent chacun séparément les deux éléments de stator complémentaires du stator de l'invention On a représenté en vue de dessus, sur la figure 1, une partie d'un moteur pas à pas de l'art antérieur. Le rotor R est monté sur une platine P, et son axe de rotation est perpendiculaire au plan de cette dernière. Le rotor, qui est un disque aimanté, comprend quatre pôles radiaux, et est mobile en rotation avec un entrefer entre les quatre pôles opposés deux à eux du stator. Dans la configuration représentée, on distingue une pièce de stator gauche G et une pièce de stator droit D, chacune avec un pôle N et un pôle S. Chaque stator est pourvu d'une bobine magnétique pour la création du champ magnétique nécessaire à la mise en mouvement du rotor. Le rotor entraîne par des engrenages non représentés un arbre moteur de sortie. Chaque pièce de stator est composée de deux éléments de stator dont l'un est engagé dans une bobine B. On a représenté sur la figure, les deux éléments Gl et G2 de la pièce gauche G. La bobine est montée sur l'élément G 1 qui présente un noyau rectiligne R. Elle est constituée en général d'un manchon en matière plastique sur lequel on a enroulé un fil de cuivre. A une extrémité, l'élément Gl a une forme élargie avec une surface radiale en arc de cercle adaptée à la forme du rotor avec lequel un entrefer est ménagé. A son autre extrémité, il présente une attache avec l'élément G2, en forme de palette. L'élément G2 comprend une attache également en forme de palette. Les deux éléments Gl et G2 sont soudés l'un à l'autre par ces attaches qui sont placées l'une sur l'autre. Cependant, pour ce mode d'assemblage, on doit prévoir un décalage de l'une des attaches par rapport au plan commun des deux éléments car, à l'autre extrémité, les pôles doivent être dans un même plan. La pièce est alors de forme complexe, plus difficile à fabriquer que l'autre qui est obtenue par simple découpage dans une feuille. En outre les deux éléments sont liés l'un à l'autre par soudage qui est une opération délicate en raison de la faible dimension des pièces. Une déformation des pièces ne permet pas de garantir un entrefer, entre le rotor et le stator, constant d'une pièce à l'autre. Les propriétés du moteur ne sont pas garantie ; il faut alors prévoir d'autres contrôles. Pour résoudre ce problème, on propose de réaliser différemment la jonction entre les deux éléments. Comme on le voit sur la figure 2, la pièce de stator G'est constituée des deux éléments de stator 10 et 20 et d'une bobine 30. La bobine est composée, comme précédemment, d'un manchon 31 à section rectangulaire sur lequel on a enroulé un fil de cuivre de façon à constituer les spires 32 de la bobine. Dans une application à la commandes d'instruments de tableau de bord, le nombre de spires est de quelques milliers. Le manchon est lui-même réalisé en matière plastique. La bobine entoure avec serrage les branches 11 et 21 jointes des deux éléments 10 et 20. Ces branches 11 et 21 ont des formes complémentaires et sont en contact l'une avec l'autre par un bord. Comme on le voit, on les a glissées dans le manchon 31, chacune par une extrémité, jusqu'à ce qu'elles viennent en butée l'une contre l'autre. Sur les figures 3A et 3B les éléments 10 et 20 sont représentés séparément. L'élément 10 est une pièce mince, découpée dans une feuille en matériau magnétique d'épaisseur par exemple de 0.8 mm, en forme de U, avec deux branches 11 et 12 reliées par une partie transversale 13. La branche 12 est légèrement infléchie vers l'extérieur du U, et son extrémité libre est conformée de façon à constituer un pôle associé au rotor. Elle comprend une surface radiale incurvée en arc de cercle dont le rayon de courbure est égal à celui du rotor plus l'entrefer. L'autre branche comprend une partie sensiblement rectangulaire 11 A qui se prolonge par une partie en biseau 11B vers son extrémité libre. On observe que la partie 11 A, de longueur Dl et de largeur L, comprend un bord convexe lIAI et un bord rectiligne 11A2. Le bord convexe est de préférence celui qui est tourné vers l'intérieur du U. La largeur L est mesurée dans la partie la plus large. La partie en biseau, de longueur D2, comprend un bord 11B1 qui vient dans le prolongement de la partie 11A et est ici perpendiculaire à la partie transversale 13. L'autre bord 11 B2 est incliné par rapport à la direction de la branche 11 B. De préférence l'angle est assez faible, inférieur à 30 . Comme on le voit sur la figure, dans sa partie la plus large, la partie 11B est plus étroite que la partie lIA qui de ce fait présente un bord 11A3 dont la longueur La est le complément à L de la largeur de la partie 11B. Le bord 1 il2 comprend à proximité de la partie l lA, à distance E du bord 11A3, une entaille 11B3 dans la partie biseautée. Le bord I1B4 de l'extrémité libre de l'élément 11B est rectiligne ou légèrement arrondi. Un perçage est prévu pour permettre son immobilisation sur la platine. La figure 3B représente l'élément complémentaire 20. Cet élément a la forme générale d'un J inversé avec une branche 21 qui se prolonge par un élément en courbe 22. Ce dernier se termine par une partie élargie formant un pôle du stator et présentant une portion de surface radiale, incurvée, venant en face du rotor. La branche 21 comprend une partie 21 A sensiblement rectangulaire de largeur L avec un bord 21A1 rectiligne et un bord légèrement convexe 21A2. La largeur L est mesurée dans la partie la plus large de la partie 21A. La longueur de la partie 21A est C. La branche 21 comprend un segment 21 B en forme de biseau. Ce segment 21B comprend un bord rectiligne 21B2 tourné vers l'extérieur du J, et parallèle à la direction de la branche 21. Le bord opposé 21B1 est oblique. A la base, la largeur du biseau est inférieure à la largeur L. La partie 21A comprend donc un bord 21A3 de largeur complémentaire Lb par rapport à L. Le bord 21B4 de l'extrémité libre, plus étroite, du biseau 21B est rectiligne ou légèrement arrondi. A une distance E, du bord 21B4, on observe un tenon formant une saillie latérale 21B3 sur le bord 21B1. on observe que la taille du tenon est définie en rapport avec celle de l'entaille sur l'autre élément. Ainsi sa largeur est sa hauteur sont plus faible que la largeur et la profondeur de l'entaille. On décrit maintenant le montage du stator. Après avoir préparé la bobine 30 avec son enroulement 32 sur le manchon 31, on introduit la branche 11 de l'élément de stator 10 dans le manchon jusqu'au segment lIA. On a choisi la largeur L de façon que l'on soit obligé de forcer légèrement. Il existe un jeu négatif avec le manchon. La bobine est donc maintenue en place par ce serrage. On introduit ensuite par l'autre extrémité l'élément 20. Le bord 21B1 de la partie biseautée 21B de la branche 21 glisse le long du bord 11B1 également en biseau de la branche 11B. Lorsque l'extrémité libre de la branche 21 se rapproche de la partie large de la branche l l, la somme de la largeur du biseau 11B de la branche 11 et de la largeur de la branche 21B au niveau du tenon 21B3 devient supérieure à la largeur du manchon. On est amené à forcer contre les efforts élastiques de réaction appliqués par le manchon. En poursuivant, on vient loger le tenon 21B4 dans l'entaille 11B4. Les contraintes alors se relâchent, on entend un déclic ou, au moins, on ressent dans les doigts le relâchement des contraintes. Les bords 21B4 et 11B4 sont alors en butée respectivement contre les bords 11 A3 et 21A3. Par son bord légèrement convexe, le manchon reste serré dans la partie 21A comme il l'est dans la partie 11A, à son autre extrémité. On a ainsi réalisé un assemblage efficace, sans opération complexe d'usinage des pièces. Une simple découpe des pièces dans une feuille suffit. La cohésion est assurée mécaniquement sans soudage, ni collage des éléments de stator entre eux. Enfin, les deux bords biseautés 11B2 et 21B2 sont appliqués uniformément, sur toute la longueur serrée par le manchon, l'un contre l'autre. On évite ainsi toute distorsion susceptible de faire apparaître un entrefer parasite entre les deux éléments ; il n'existe aucun effort de déformation locale entre les deux pièces. L'invention ne se limite pas à ce mode réalisation ; elle englobe notamment toutes les variantes à la portée de l'homme du métier. REVENDICATIONS 1. - Stator de moteur pas à pas comprenant deux éléments de stator (10, 20), de forme allongée, dont l'un est entouré sur une partie de sa longueur d'une bobine magnétique (30), les deux éléments de stator présentant chacun une portion de surface par laquelle ils sont maintenus en contact l'un avec l'autre, caractérisé par le fait que les dites portions (11B2, 21B1) de surface sont maintenues l'une contre l'autre par serrage à l'intérieur de la bobine (30), sur au moins une partie de leur longueur. 2.-Stator selon la revendication précédente, dans lequel les deux éléments (10,20) de stator ont chacun une forme générale aplatie avec un bord latéral mince formant les dites portions de surface. 3.-Stator selon la revendication 1 ou 2, dans lequel les dites portions de surface (Il B2, 21 BI) ont une partie formant un biseau, formant un angle par rapport à l'axe de la bobine. 4.-Stator selon la revendication 1, 2 ou 3, dans lequel les dites portions de surface ont une partie formant butée axiale (11 A3, 21B4 ; 11B4, 21 A3), notamment perpendiculaire à l'axe de la bobine. 5.-Stator selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant un moyen de retenue axiale. 6.-Stator selon la revendication précédente, dans lequel le moyen de retenue axiale est formé d'une entaille (llB3), sur ladite portion de surface d'un élément, coopérant avec un tenon (21B3) sur la dite portion de surface de l'autre élément. 7.-Stator selon l'une des revendications 5 et 6, dans lequel le moyen de retenue est disposé à proximité de l'une (llA3, 21B4) des parties formant butée axiale. 8.-Stator selon la revendication 6, dans lequel l'entaille est suffisamment profonde et large par rapport au tenon pour que, lorsque celui-ci est en place dans l'entaille, il ne s'exerce aucune contrainte locale. 9.-Stator selon la revendication 7, dans lequel le moyen de retenue axiale est disposé dans la partie en biseau, la largeur de l'élément de stator, mesurée au niveau du tenon, étant supérieure à l'espace libre entre le manchon et l'élément, immédiatement en amont de l'entaille par rapport au sens de montage. 10.-Moteur pas à pas comportant un rotor et au moins un stator selon l'une des revendications 1 à 9. 11.-Moteur pas à pas selon la revendication 10, comprenant un rotor avec quatre pôles radiaux, mobiles en rotation entre les quatre pôles opposés deux à deux du stator comportant deux pièces de stator (G et D) chacun avec un pôle N et un pôle S. 12.-Procédé de montage d'un stator de moteur pas à pas selon l'une des revendications 5 à 9, caractérisé par le fait que l'on introduit un des deux dits éléments de stator dans ladite bobine jusqu'à ce qu'il vienne en butée, on introduit l'autre élément dans la bobine par l'autre ouverture, en faisant glisser les dites portions de surface l'une contre l'autre jusqu'à ce que le tenon vienne se loger dans l'entaille.