Brevet FR2839215A1 — publié le 20031031

constituées par une réaine de la série des polyamides. Moteur pas à pas à stators multiples 1. Champ de l' invention L' invention concerne un moteur pas à pas et, plus particulièrement, un moteur pas à pas ayant une pluralité d'angles de pas, avec le but d'atteindre simultanément une haute vitesse de rotation et une haute précision. 2. Description de l'art antérieur Un moteur est un dispositif de transformation de puissance, indispensable dans l'industrie et dans le domaine de l' information, qui est capable de transformer de la puissance électrique en énergie cinétique. Les moteurs qui sont en utilisation usuelle comprennent des moteurs à courant continu, des moteurs à courant alternatif et des moteurs pas à pas. Les deux premiers sont généralement adoptés dans des dispositifs dans lesquels il n'est pas nécessaire d'avoir une haute précision, tel que des ventilateurs électriques. Les moteurs pas à pas sont utilisés dans des dispositifs dans lesquels la commande à haute précision est nécessaire étant donné que leur déplacement angulaire et la vitesse de rotation peuvent être gérés avec une puissance électrique par un système de commande. Par conséquent, les moteurs pas à pas sont utilisés dans des dispositifs demandant une commande de haute précision, tel qu'un moteur pas à pas entraînant le déplacement d'un module de scanneur dans un scanneur. Etant donné que les produits rencontrés dans le domaine de linformation numérique sont en développement rapide, les moteurs pas à pas sont usuellement utilisés dans des systèmes de commande de produits numériques pour obtenir les positions et les vitesses requises pour les appareils numériques. Les moteurs à réluctance variable et les moteurs à aimants permanents sont les deux types les plus usuels de moteurs pas à pas. Etant donné que les moteurs à aimants permanents sont efficaces, lorsqu'ils sont en fonctionnement discret, les principes fonctionnels des moteurs usuels, dont un moteur à aimants permanents est un exemple, vont être décrits ci-dessous. On se réfèrera à la Fig. 1, qui est un diagramme schématique d'un moteur pas à pas 10 de l'art antérieur. Le moteur pas à pas 10 comprend un rotor 12 et un stator 14. Le stator 14 entoure et est fixé à l'extérieur du rotor 12 tandis que le rotor 12 peut tourner sur une broche. Le. rotor 12 est un élément à magnétisme permanent, comprenant 6 pôles nord magnétiques R1 à R6 qui sont également répartis dans le rotor 12, chaque pôle étant séparé de 60 degrés vis-à- vis des pôles adjacents. Le stator 14 comprend 8 pôles magnétiques L1 à L8 formés par les bobines A et B enroulées autour des électroaimants M1 à M8, et chaque pôle magnétique est séparé de 45 degrés des pôles adjacents. La polarité de chaque pôle magnétique est dictée par le sens de rotation de la bobine A ou B. et de la polarité de tension qu'on a dans la bobine A ou B. Le moteur pas à pas 10 dans cet exemple comprend deux jeux de bobines A et B. La bobine A est enroulée autour des pôles magnétiques L1, L3, L5, et L7. Chaque pôle magnétique L1, L3, L5, et L7 est différent de chaque autre dans leurs sens de bobinage, afin de générer des pôles magnétiques différents tout en appliquant des charges électriques. De facon similaire, la bobine B est enroulée autour des p81es magnétiques L2, L4, L6, et L8, d'une manière comparable aux pôles magnétiques enroulés par la bobine A. Un réqulateur 16 est inclus dans le moteur pas à pas 10 et est connecté électriquement aux bobines A et B pour commander le passage de courant par les bobines A et B et implicitement commander la vitesse de rotation du rotor 12 dans le moteur pas à pas 10. Pendant une certaine période de temps, pendant laquelle la bobine A est conductrice, mais que la bobine B ne l'est pas, une extrémité des électroaimants M1, M5, tournée vers le rotor 12, devient des pôles magnétiques sud. Les pôles L1, L5 du stator 14 attirent les pôles R1, R4 du rotor 12, respectivement, et placent les bobines polaires L1, L5 en face des pôles R1, R4. A présent, les éléments R2, L2 et R5, L6 sont les deux séparés de 15 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de chaque autre et les éléments R3, L4 et R6, L8 sont les deux séparés de chaque autre de 15 dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Les éléments R6, L7 sont séparés de chaque autre dans le sens des aiguilles, d'une montre d'une valeur de 30 . Lors d'une autre période de temps, lorsque la bobine B est conductrice, mais que la bobine A ne l'est pas, les extrémités des électroaimants M2, M6 tournées vers le rotor deviennent des pôles sud magnétiques. Le pôle L2 et le pôle L6 du stator 14 attirent les pôles R2, R5 du rotor 12, qui font que le rotor 12 tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de 15 et font que les pôles L2 et L6 sont directement placés en face des pôles R2 et R5 respectivement. Si la bobine A est de nouveau conductrice, les extrémités des électroaimants M3, M7 deviennent le sud magnétique. Les électroaimants M3, M7 du stator 14 attirent les pôles R3, R6 du rotor 12, le rotor 12 tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre de 15 et fait que les électroaimants M3, M7 sont directement en face des pôles R3, R6 du rotor 12. Il s'ensuit que, si l'on produit séquentiellement les polarités des extrémités tournées vers le rotor 12 des électroaimants M4, M8, les électroaimants M1, M5 et que les électroaimants M2, M6 apparaissent être des pôles magnétiques, alors le rotor 12 tourne en sens inverse des aiguilles d'une montre avec un angle de pas de 15 . Plus la variation du courant dans les bobines A et B est rapide, puis le rotor 12 tourne vite. Il est à noter que l 'angle de pas ne change pas et qu'une inversion du sens de rotation peut être obtenue uniquement en modifiant le sens du courant. Ce qui est mentionné ci-dessus est le principe fonctionnel de chaque pas duquel le moteur pas à pas 10 tourne. Bien sûr, le moteur pas à pas 10 peut tourner de la valeur d'un demi-pas ou d'un quart de pas également et les principes sont ceux qui sont mentionnés ci-dessous. Pour commander le moteur pas à pas 10 pour qu'il tourne de la valeur d'un demi ou d'un quart de pas, les charges électriques peuvent être appliquées sur les bobines A et B et faire que les faces de deux aimants adjacents tournées vers le rotor 12 deviennent un sud magnétique. Par exemple, en appliquant des charges électriques à des bobines A et B et simultanément en faisant que les extrémités des électroaimants M2, M6 et l'élément électromagnétique M6, M7 deviennent un sud magnétique. Cependant, les courants appliqués dans les bobines A et B n'ont pas à être identiques. Par exemple, si la bobine A est appliquée avec un plus grand courant, alors les pôles sud magnétiques des électroaimants M2, M6 ont une polarité plus forte que celle des électroaimants M3, M7 et le rotor 12 tourne légèrement dans le sens inverse des aiguilles d'une 1S montre. Par conséquent, en ajustant les différences de courant entre les deux bobines, on peut commander le moteur pas à pas 10 pour qu'il tourne de la valeur d'un demi, d'un quart de pas ou dautres fractions de pas. On se référera à la Fig. 2, qui est une vue de côté du moteur pas à pas 10 de la Fig. 1. Le moteur pas à pas 10 comprend un arbre de transmission 18 fixé entre le rotor 12 et une roue à denture externe prévue pour transmettre de l'énergie cinétique angulaire du rotor 12 à la roue d'engrenage 20. La roue dentée 20 est connectée à un dispositif de sortie externe pour entraîner le dispositif de sortie externe. Bien que le moteur pas à pas 10 puisse tourner de la valeur d'une moitié ou d'un quart de pas en commandant le courant d'entrée, il est encore impossible de commander précisément le rotor 12 par une force magnétique. L'écart intervenant dans plusieurs facteurs tel que le poids du rotor, le poids du dispositif de sortie, la précision du courant de commande et d'éventuels autres écarts afférents, ont tous comme effet de détériorer la précision de l' ensemble du système. Par exemple, un moteur pas à pas normal a un écart de 7 % lorsqu'il tourne de la valeur d'un pas, un écart de 30 lorsqu'il tourne de la valeur d'un demi-pas et même un écart pire, lorsqu'il tourne de la valeur d'un quart de pas. Par conséquent, le moteur pas à pas 10 ne convient pas, lorsqu'il faut avoir une commande précise. Ainsi qu'il est certain, l'aumentation de la quantité de pôles N et de pôles S du rotor 12 et du stator 14 dans le moteur pas à pas 10 risque de réduire l'écart de rotation du fait que le moteur pas à pas 10 peut tourner de la valeur d'un pas complet au lieu de tourner de la valeur d'un demi-pas ou d'une fraction de pas. Cependant, un inconvénient de ne pas être en mesure d'atteindre une vitesse de rotation élevée se rencontre étant donné que la rotation du rotor 12 est commandée par le courant passant dans les bobines A et B et, plus la variation du courant est rapide, plus le rotor 12 tourne rapidement. Suite à la limitation du temps de réponse entre des pôles magnétiques et les électroaimants, il est difficile que le courant passant dans les bobines A et B change rapidement. Par conséquent, si l'angle de pas du moteur 10 est trop petit, le moteur pas à pas 10 ne peut atteindre des vitesses de rotation élevées. Tel que mentionné ci-dessus, le moteur pas à pas 10 de l'art antérieur ne peut satisfaire à la fois aux demandes de haute précision et de haute vitesse de rotation simultanément. Dans des dispositifs de nature générale, les systèmes moteurs demandent usuellement d'avoir à la fois les caractéristiques de la haute précision et de la haute vitesse de rotation. Cependant, le moteur pas à pas 10 de l'art antérieur ne peut fournir qu'une ou l'autre des caractéristiques. RÉSUMÉ DE L' INVENTION Par conséquent, un objectif premier de l' invention est de fournir un moteur pas à pas comportant une pluralité d' angles de pas, pour satisfaire aux deux demandes de la haute précision et de la haute vitesse de rotation, ceci simultanément. Le moteur pas à pas selon l' invention comprend un rotor et deux stators. Les deux stators sont installés autour du rotor, ayant des pôles magnétiques en nombres différents, dans le but de générer des angles de pas différentes. Les stators peuvent être exploités individuellement ou à l'unisson, pour fournir une large variété de vitesses de rotation et de niveaux de précision. Un avantage majeur de l' invention est l' aptitude à utiliser l'un des stators avec un plus grand nombre de pôles magnétiques pour obtenir des angles de rotation précis ou d'utiliser l'autre stator ayant un plus petit nombre de pôles magnétiques pour obtenir une vitesse de rotation élevoe dans un seul moteur pas à pas. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La Figure 1 est un diagramme schématique d'un moteur pas à pas selon l'art antérieur. La Figure 2 est une vue de côté du moteur pas à pas de la Fig. 1. La Figure 3 est un diagramme schématique d'un moteur pas à pas selon la présente invention. La Figure 4 est une vue avant d'un premier stator du moteur pas à pas de la Fig. 3. La Figure 5 est une vue avant d'un deuxième stator du moteur pas à pas de la Fig. 3. La Figure 6 est un diagramme schématique d'un scanneur selon la présente invention. DESCRIPTION DÉTAILLÉE DU MODE DE RÉALISATION PRÉFÉRÉ On se réfère à la Fig. 3 qui est une vue de côté du moteur pas à pas 30 selon la présente invention. Le moteur pas à pas 30 est un moteur à aimants permanents comprenant un rotor 32, un premier stator 34, un deuxième stator 36, un premier réqulateur 38 et un deuxième réqulateur 40. Le rotor 32 peut tourner avec une broche fixe, le premier stator 34 et le deuxième stator 36 sont fixés à l'extérieur du rotor 32. Le premier réqulateur 38 est prévu pour commander le courant passant dans la bobine du premier stator 34 pour faire tourner le rotor 32. Le deuxième réqulateur est prévu pour commander le courant passant dans la bobine du deuxième stator 36 pour faire tourner le rotor 32. Le rotor 32 peut, par conséquent, être entraîné en rotation à la fois par le premier stator 34 et par le deuxième stator 36. Le moteur pas à pas 30 comprend en outre une broche 42 reliée entre le rotor 32 et une roue dentée 44, afln de transmettre l'énergie cinétique angulaire venant du rotor 32 à la roue dentée 44. La roue dentée 44 est reliée à un dispositif de sortie pour entraîner le dispositif de sortie. Une tôle métallique est utilisée entre le premier stator 34 et le deuxième stator 36 pour séparer la ligne magnétique générée par le premier stator 34 et deuxième stator 36, afin d'éviter qu'il y ait une induction magnétique entre le premier stator 34 et le deuxième stator 36. On se réfèrera à la Fig. 4 et à la Fig. 5. La Fig. 4 est une vue avant du premier stator 34 sur la Fig. 3, selon la présente invention. La Fig. 5 est une vue avant du deuxième stator 36 sur la Fig. 3. Les structures du premier stator 34 et du deuxième stator 36 sont similaires à celles d'un stator de l'art antérieur. Le premier stator 34 comprend une pluralité de pôles magnétiques D1 à D8 formés par des électroaimants C1 à C8 qui sont encerclés par des bobines 48A et 48B. Le premier réqulateur 38 devant commander le rotor 32 ajuste le courant passant dans les bobines 48A et 48B. Le deuxième stator 36 comprend une pluralité de pôles magnétiques F1 à F16 formés par des électroaimants E1 à E16 qui sont encerclés par des bobines 50A et 50B. Le deuxième réqulateur 40 devant c-ommander le rotor 32 ajuste le courant passant dans les bobines 50A et 50B. Le deuxième stator 36 a plus de pôles magnétiques que le premier stator 32 n'en a, et le rapport entre les pôles magnétiques possédés par le deuxième stator 36 et par le premier stator 34 est un nombre entier; par conséquent, le premier stator 34 a un angle de pas plus grand que le deuxième stator 36 lorsqu'on entraîne le rotor 32. Le rotor 32 est entraîné par le premier stator 34 et le deuxième stator 36 et l' angle de pas, duquel le premier stator 34 assure l'entraînement du rotor 32, est supérieur à celui du deuxième stator 36. Par conséquent, le premier stator 34 fonctionne lorsque le moteur pas à pas 30 doit tourner à une vitesse élevée et, d'autre part, le deuxième stator 36 fonctionne, lorsque le moteur pas à pas 30 doit tourner de façon précise. Comme pour décider de la quantité des électroaimants C1 du premier stator 34 et Ei du deuxième stator 36, l'angle de pas demandé devrait être pris en considération. Si la roue à denture externe 44 du moteur pas à pas 40 a un angle de séparation de 7,5 pour chaque dent d'engrenage, alors l'angle de pas du premier stator 34 peut être double de 7,5 , ce qui donne 15 . L'angle de pas, pour le deuxième stator 34, peut être de la moitié de 7,5 qui est de 3,75 . Par conséquent, pour faire tourner le moteur pas à pas 30 de la moitié d'une dent d'engrenage (3,75 ), on peut l'obtenir en entraînant le rotor 32 avec la rotation du deuxième stator 36 de la valeur d'un pas complet, au lieu du demi-pas nécessaire dans l'art antérieur. Le pas complet de la présente invention donne une moindre déviation que les demi-pas de l'art antérieur, et est par conséquent préférable pour obtenir une commande de précision. Un moteur pas à pas 30 classique a un écart de 7 % lorsqu'il tourne de la valeur d'un pas complet et de 30 lorsqu'il tourne de la valeur d'un demipas, ce qui implique qu'en utilisant le moteur pas à pas 30, l'écart peut étre diminué de 30 % à 7 \, ce qui augmente grandement la précision du principe utilisant une roue d'engrenage 44. De façon similaire, si une roue d'engrenage doit tourner à haute vitesse, le moteur pas à pas 30 peut entraîner le rotor 32 avec le premier stator 34 dont l'angle de pas est de 15 . Lorsque le courant passant dans les bobines 48A et 48B du premier stator 34 change de direction une première fois, le rotor 32 peut tourner de 15 . Le stator 14 de l'art antérieur, avec un angle de pas de 7,5 , doit changer le sens du courant à deux reprises, pour que le rotor 12 tourne de 15 . Par conséquent, si le temps de réponse du changement de direction du courant de l'art en question ici est égal à celui de l'art antérieur, alors le rotor 32 de la présente invention peut tourner à deux fois la vitesse de l'art antérieur. Par conséquent, le moteur pas à pas 30 selon la présente invention peut atteindre à la fois une haute vitesse de rotation et une haute précision, en commandant ce rotor 32 avec le premier stator 34 et le deuxième stator 36. On se réfèrera à la Fig. 6 qui est un diagramme - s-chématique d'un scanneur, selon la présente invention. On prendra un module de scanneur 54 dans un scanneur 52 à titre d'exemple. Le module de scanneur 54 est utilisé dans le scanneur 52 pour scanner le document 56 par un déplacement dans le sens avant et arrière et le moteur pas à pas 30 entraîne le module de scanneur. Le document 56 est placé sur une aire de balayage d' exploration 60 d'une plate-forme de scanneur 58 et une aire de transition 62 doit être franchie avant que le module de scanneur 54 atteigne l'aire de balayage d'exploration 60. Le moteur pas à pas 30 peut entraîner le rotor 32 avec le premier stator 34 pour que le module de scanneur 54 passe par la zone de transition 62 à haute vitesse à l'aire de balayage d'exploration 60, pour économiser le temps gaspillé lors du passage de la zone de transition. Lorsque le module de scanneur entre dans la zone de balayage d'exploration 60, le moteur pas à pas 30 entraîne ensuite le rotor 32 avec le deuxième stator 36 pour que le rotor 32 explore le document 56 à des angles de pas plus petits, ce qui donne une haute précision et une résolution plus élevée. Le moteur pas à pas 30 selon la présente invention peut être appliqué dans d'autres dispositifs électroniques également, tel - qu'une imprimante; le moteur pas à pas 30 selon la présente invention peut commander le déplacement de la tête d'impression de l'imprimante. Out re cela, les phases du premier stator 34 et du deuxième stator 36 n'ont pas à être couplées, étant donné que le moteur pas à pas 30 peut tirer avantage du fait que seul le premier réqulateur 38 ou le deuxième réqulateur 40 commande le rotor 32. Il est certain que la quantité d'électroaimants Ei du premier stator 34 peut être égale à celle du deuxième stator 36; une telle conception est nécessaire dans des dispositifs dans lesquels il faut avoir un couple élevé. Dans cette conception, les courants correspondants passant dans les pôles magnétiques du premier stator 34 et du deuxième stator 36 sont conduits simultanément pour entraîner le rotor 32 en même temps, ce qui donne un couple plus élevé. À la différence de l'art antérieur, la méthode d'étalonnage de la présente invention comprend au moins deux stators 34 et 36 pour entraîner le rotor 32. L'angle de pas du premier stator 34 est plus grand, ce qui permet d'entraîner le rotor 32 à haute vitesse; et l' angle de pas du deuxième stator 36 est plus petit, ce qui permet d'entraîner le rotor 32 avec une haute précision. Par conséquent, le moteur pas à pas 30, selon la présente invention, peut simultanément satisfaire aux demandes de rotation à haute vitesse et de haute précision. Bien sûr, le nombre des stators n'est pas restreint à deux, il peut être possible d'en aj outer dans certaines conditions. L'homme de l'art observera aisément que de nombreuses modifications et changements peuvent être apportés au dispositif, tout en retenant les enseignements de l' invention. De manière correspondante, la description ci-dessus n'est pas limitative. REVEND I CAT I ONS 1. Moteur pas à pas comprenant: un rotor (32); et deux stators (34, 36) installés autour du rotor (32), chaque stator ayant un nombre différent de pôles magnétiques, de façon à générer des angles de pas différents. 2. Moteur pas à pas selon la revendication 1, comprenant en outre un dlspositif de partition installé entre les deux stators (34, 36) pour empécher qu'une induction électromagnétique soit générée entre les deux stators ( 34, 36). 3. Moteur pas à pas selon la revendication 1, comprenant en outre un premier circuit de commande et un deuxième circuit de commande pour respectivement commander le courant transmis à chacun des deux stators (34, 36). 4. Moteur pas à pas selon la revendication 1, dans lequel les phases des deux stators (34, 36) coïncident et les deux stators (34, 36) seront en me sure de conduire séquentiellement de l'électricité pour mettre séquentiellement le rotor (32) en rotation. 5. Moteur pas à pas selon la revendication 1, dans lequel les phases des deux stators (34, 36) ne coïncident pas. 6. Moteur pas à pas selon la revendication 1, étant un moteur à aimant permanent. 7. Moteur pas à pas selon la revendication 1, étant utilisé pour entraîner un élément modulaire d'un dispositif électronique. 8. Moteur pas à pas selon la revendication 7, dans lequel le dispositif électronique est un scanneur (56) et l'élément modulaire est un module de scanneur (54). 9. Moteur pas à pas selon la revendication 7, dans