Brevet FR2918814A1 — publié le 20090116

La présente invention se rapporte à un moteur pas-à-pas, et plus particulièrement à un moteur pas-à-pas à faible coût et précision élevée. Différents types de moteurs pas-à-pas sont habituellement nécessaires dans une variété d'instruments ou d'appareils afin de délivrer de la puissance. Les moteurs pas-à-pas de haute précision sont particulièrement nécessaires dans des produits électroniques tels que des instruments dans des véhicules, des montres etc. Si l'on se réfère à la figure 1, qui est une vue schématique de la structure du moteur pas-à-pas de l'art antérieur, le moteur pas-à-pas comporte une première partie de stator 11, une deuxième partie de stator 12 et un rotor 13. La première partie de stator 11 et la deuxième partie de stator 12 sont disposées de manière partiellement feuilletée. La première partie de stator 11 a une première surface d'extrémité 16 et une deuxième surface d'extrémité 18 à ses deux extrémités. La deuxième partie de stator 12 a une troisième surface d'extrémité 17 et une quatrième surface d'extrémité 19 au niveau de ses deux surfaces d'extrémité. La première surface d'extrémité 16, la troisième surface d'extrémité 17, la deuxième surface d'extrémité 18 et la quatrième surface d'extrémité 19 renferment le rotor 13 dans le sens des aiguilles d'une montre. La première partie de stator 11 et la deuxième partie de stator 12 comportent toutes les deux des bobinages. En outre, le rotor 13 a deux pôles magnétiques avec une polarité différente. Des champs magnétiques sont générés de manière respective entre les première et deuxième surfaces d'extrémité 16, 18 de la première partie de stator 11 et les troisième et quatrième surfaces d'extrémité 17, 19 de la deuxième partie de stator 12 lorsque les bobinages de la première partie de stator 11 et de la deuxième partie de stator 12 sont activés. Les champs magnétiques génèrent des moments magnétiques sur les pôles magnétiques du rotor 13 afin de faire tourner le rotor 13. Plus spécialement, lorsque le sens du courant dans les bobinages de la première partie de stator 11 et de la deuxième partie de stator 12 est changé de manière alternée, le champ magnétique alterné généré peut entraîner en continu la rotation du rotor 13 et réaliser une rotation pas-à-pas à 90 degrés. Toutefois, le moteur pas-à-pas ci-dessus comprend deux parties de stator et elles sont feuilletées ensemble. Par conséquent, l'assemblage du moteur pas-à-pas est difficile, la fabrication est compliquée, et le coût de fabrication est élevé. En outre, le rotor 13 comprend seulement deux pôles magnétiques, et peut par conséquent réaliser seulement un angle de pas de 90 degrés et la précision de pas est médiocre. Le but de la présente invention est de procurer un moteur pas-à-pas à faible coût et de précision élevée de façon à surmonter le problème avec le moteur pas-àpas de l'art antérieur, qui a un coût élevé et une précision de pas médiocre. Selon la présente invention, moteur pas-à-pas comprend un stator, un rotor et un circuit de commande. La partie de stator est pourvue au niveau de ses deux côtés de bobinages reliés électriquement au circuit de commande. La partie de stator comprend trois extrémités de pôle 30 magnétique espacées de 120 degrés, qui constituent un trou de rotor destiné à recevoir le rotor; le rotor comprend un rotor magnétique et un arbre de rotor. Le rotor magnétique comprend plusieurs pôles magnétiques, le stator étant constitué par une unique partie de stator formée 25 intégralement ou bien une partie de stator composée de trois parties, le nombre de pôles magnétiques du rotor magnétique étant un nombre pair supérieur à 2 et ne pouvant être divisé exactement par 3. Les pôles magnétiques adjacents du rotor magnétique ont une polarité opposée, c'est-à-dire un pôle nord et un pôle sud. Le moteur pas-à-pas a un angle de pas qui est le quotient de 180 degrés divisé par le nombre des pôles magnétiques. Le nombre de pôles magnétiques du rotor est 4, 8, 10, 14, 16, 20, 22, 26, 28, 32, 34, 38. Les formes à la fois du trou de rotor et du rotor reçu dans le trou de rotor en section verticale sont des cercles concentriques. La longueur d'arc de la surface d'extrémité de pôle magnétique de la partie de stator est supérieure à celle du pôle magnétique unique du rotor mais inférieure à celle de deux pôles magnétiques adjacents. Les extrémités de pôle magnétique respectives des parties de stator sont séparées l'une de l'autre. Les extrémités de pôle magnétique adjacentes des parties de stator sont reliées par des rainures étroites, les distances depuis l'extrémité des rainures étroites et le centre de l'arbre de rotor étant identiques. Le rotor magnétique est un rotor en fer magnétique permanent. Au contraire de l'art antérieur, le moteur pas-àpas de la présente invention est constitué par une partie de stator unique formée intégralement, ou bien une partie de stator se composant de trois parties dans un plan, et il peut par conséquent être fabriqué de manière simple à faible coût. Le rotor magnétique du moteur pas-à-pas comprend plusieurs pôles magnétiques, dont le nombre est un nombre pair, qui est supérieur à 2 mais ne peut être divisé exactement par 3. L'angle de pas minimum est le quotient de 180 degrés divisé par le nombre de pôles magnétiques. Par conséquent, la précision de pas peut être augmentée de manière continue en augmentant le nombre des pôles magnétiques. La figure 1 est une vue structurelle schématique d'un moteur pas-à-pas de l'art antérieur; La figure 2 est une vue structurelle schématique de la première forme de réalisation du moteur pas-à-pas de la présente invention; La figure 3 est une vue schématique montrant le cycle de pas du moteur pas-à-pas de la figure 2; La figure 4 est une vue structurelle schématique de la deuxième forme de réalisation du moteur pas-à-pas de la présente invention; La figure 5 est une vue schématique montrant le cycle de pas du moteur pas-à-pas de la figure 4. 20 Si l'on se réfère à la figure 2, qui est une vue structurelle schématique de la première forme de réalisation du moteur pas-à-pas de la présente invention, le moteur pas-à-pas comprend un stator, un rotor et une 25 unité de commande (non représentée dans le dessin). stator est constitué par une partie de stator unique 21 formée intégralement à partir d'un matériau magnétique doux. La partie de stator 21 est pourvue au niveau de ses deux côtés d'un premier bobinage 28 et d'un deuxième bobinage 29, qui sont tous les deux reliés de manière électrique au circuit de commande. Il y a un trou de rotor au centre de la partie de stator 21 afin de recevoir le rotor. La forme du trou de rotor en coupe est un cercle concentrique à la forme du rotor en coupe. La 15 partie de stator 21 comprend trois surfaces d'extrémité de pôle magnétique espacées l'une de l'autre de 120 degrés. Il s'agit des première, deuxième et troisième surfaces d'extrémité de pôle magnétique 23, 24 et 25 respectivement. Les première, deuxième et troisième surfaces d'extrémité de pôle magnétique 23, 24 et 25 sont des surfaces d'arc de tailles identiques, et reçoivent le rotor. Le rotor comprend un rotor magnétique 22 et a un arbre de rotor. Le rotor magnétique 22 est fabriqué en fer magnétique permanent et comprend quatre pôles magnétiques disposés radialement. Les pôles magnétiques adjacents ont une polarité opposée, c'est-à-dire un pôle sud 26 et un pôle nord 27 disposés de manière alternée. En outre, le côté du pôle magnétique, qui fait face à la surface d'extrémité de pôle magnétique de la partie de stator 21, est une surface d'arc. L'extrémité de l'arbre de rotor est pourvue d'un pignon destiné à transmettre le mouvement de rotation de l'arbre de rotor. En outre, la longueur d'arc des surfaces d'extrémité de pôle magnétique 23, 24 et 25 respectives de la partie de stator 21 est entre celle du pôle magnétique et celle de deux pôles magnétiques adjacents. Si l'on se réfère à la figure 3, qui est une vue schématique montrant le cycle de pas du moteur pas-à-pas de la présente forme de réalisation, lorsque le moteur pas-à-pas fonctionne, le processus d'entraînement du rotor est divisé en quatre étapes en tant que cycle d'entraînement. Dans la première étape, le premier bobinage 28 et le deuxième bobinage 29 sont alimentés en courant dans le même sens par le circuit de commande. Du fait de l'induction électromagnétique du bobinage, la première surface d'extrémité de pôle magnétique 23 et la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 24 sont des pôles nord, et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 25 est un pôle sud. Les quatre pôles magnétiques du rotor magnétique 22 sont deux pôles sud 26 et deux pôles nord 27 disposés de manière alternée. Par conséquent, la première surface d'extrémité de pôle magnétique 23 et la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 24 attirent le pôle sud 26 adjacent à celles-ci, et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 25 attire le pôle nord 27 du rotor adjacent à celle-ci. Par conséquent, un moment magnétique est généré sur le rotor magnétique 22, afin d'entraîner la rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre du rotor magnétique 22 avec un angle de pas de 45 degrés. Dans la deuxième étape, le sens du courant dans le premier bobinage 28 est changé par le circuit de commande de telle sorte que la première surface d'extrémité de pôle magnétique 23 devient un pôle sud, la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 24 reste un pôle nord, et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 25 perd sa polarité. De cette manière, la première surface d'extrémité de pôle magnétique 23 attire le pôle nord 27 du rotor le plus adjacent à celle-ci, et la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 24 attire le pôle sud 26 le plus proche de telle sorte qu'un moment magnétique est généré afin d'amener le rotor magnétique 22 à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec un angle de pas restant à 45 degrés et s'écarter de la position originale de 90 degrés. Dans la troisième étape, le sens du courant dans le deuxième bobinage 29 est changé par le circuit de commande, et le sens du courant dans le premier bobinage 28 reste inchangé. La polarité de la première surface d'extrémité de pôle magnétique 23 reste un pôle sud; la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 24 devient un pôle sud sous l'effet de l'induction électromagnétique; et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 25 devient un pôle nord. De cette manière, la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 25 attire le pôle sud du rotor 22 adjacent à celle-ci, et les première et deuxième surfaces d'extrémité de pôle magnétique 23 et 24 attirent le pôle nord 27 du rotor 22 adjacent à celles-ci. Par conséquent, le moment magnétique est généré afin d'amener le rotor magnétique 22 à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec un angle de pas de 0 45 degrés et s'écarter de la position d'origine de 135 degrés. Dans la quatrième étape, le sens du courant dans le premier bobinage 28 est changé par le circuit de commande de telle sorte que la première surface d'extrémité 15 de pôle magnétique 23 devient un pôle nord sous l'effet de l'induction électromagnétique; la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 24 reste inchangée sous al forme d'un pôle sud; et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 25 perd sa polarité. De cette manière, la 20 première surface d'extrémité de pôle magnétique 23 attire le pôle sud 26 du rotor 22 adjacent à celle-ci, et la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 24 attire le pôle nord 27 du rotor 22 adjacent à celle-ci. Par conséquent, le moment magnétique est généré afin d'amener 25 le rotor magnétique 22 à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'un montre avec un angle de 45 degrés et s'écarter de la position d'origine de 180 degrés. Le rotor magnétique 22 revient à son état d'origine après avoir tourné sur 180 degrés et est par 30 conséquent capable de répéter les première, deuxième, troisième et quatrième étapes, de telle sorte que le rotor magnétique 22 tourne de manière continue dans sens. L'angle de pas du moteur pas-à-pas, 45 degrés, est généré en changeant le sens du courant dans le bobinage à chaque étape, est un quotient de 180 degrés divisé par le nombre de pôles magnétiques du rotor 22. Si l'on se réfère à la figure 4, qui est une vue schématique structurelle de la deuxième forme de réalisation du moteur pas-à-pas de la présente invention, la structure de la deuxième forme de réalisation est similaire à celle de la première forme de réalisation du moteur pas-à-pas. Le moteur pas-à-pas de la deuxième forme de réalisation forme de réalisation comprend également un stator 31, un rotor 32 et un circuit de commande. L'ailette de stator 31 comprend trois surfaces d'extrémité de pôle magnétique espacées l'un de l'autre à 120 degrés et deux bobinages. Les trois surfaces d'extrémité de pôle magnétique sont de manière respective les première, deuxième et troisième surfaces d'extrémité de pôle magnétique 33, 34 et 35. Les deux bobinages sont respectivement le premier bobinage 38 et le deuxième bobinage 39, qui sont disposés de manière symétrique au niveau des deux côtés de la partie du stator 31. Toutefois, le rotor magnétique 32 comprend 8 pôles magnétiques disposés radialement. Les pôles magnétiques adjacents ont une polarité opposée, c'est-à-dire quatre pôles sud 36 et quatre pôle nord 37 disposés de manière alternée. En outre, les première, deuxième et troisième surfaces d'extrémité de pôle magnétique 33, 34 et 35 reçoivent le rotor magnétique 32 ayant huit pôles magnétiques. Si l'on se réfère à la figure 5, qui est une vue schématique montrant le cycle de pas du moteur pas-à-pas dans la figure 4, le cycle de pas du moteur pas-à-pas est également divisé en quatre étapes. Dans la première étape, le premier bobinage 38 et le deuxième bobinage 39 sont alimentés avec du courant par l'intermédiaire du circuit de commande, de telle sorte que la première surface d'extrémité de pôle magnétique 33 de la partie du stator 31 est un pôle nord, la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 34 est également un pôle nord, et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 35 est un pôle sud. La troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 35 attire le pôle nord 37 du rotor magnétique 32 adjacent à celle-ci, et la première surface d'extrémité de pôle magnétique 33 et la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 34 attirent le pôle sud 36 du rotor magnétique adjacent à celles-ci. Par conséquent, les première, deuxième et troisième surfaces d'extrémité de pôle magnétique 33, 34 et 35 de la partie de stator 31 génèrent un moment magnétique vers le rotor magnétique 32, afin d'entraîner la rotation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre du rotor 32 avec un angle de pas de 22,5 degrés, c'est-à-dire que la précision de pas est de 22,5 degrés. Dans la deuxième étape, le sens du courant dans le deuxième bobinage 39 et changé par l'intermédiaire du circuit de commande, mais le sens du courant dans le premier bobinage 38 reste inchangé. Du fait de l'induction électromagnétique, la première surface d'extrémité de pôle magnétique 33 de la partie de stator 31 agit comme un pôle nord, la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 34 est un pôle sud; et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 35 perd sa polarité. De cette manière, la première surface d'extrémité de pôle magnétique 33 attire le pôle sud 36 du rotor adjacent à celle-ci, et la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 34 attire le pôle nord 37 du rotor adjacent à celle-ci, de telle sorte qu'un moment magnétique est généré afin d'amener le rotor magnétique 32 à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec un angle de 22,5 degrés et s'écarter de position d'origine de 45 degrés. Dans la troisième étape, le sens du courant dans le premier bobinage 38 est changé par l'intermédiaire du circuit de commande, et le sens du courant dans le deuxième bobinage 39 reste inchangé. Du fait de l'induction électromagnétique, la première surface d'extrémité de pôle magnétique 33 de la partie du stator 31 devient le pôle sud, la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 34 reste le pôle sud, et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 35 devient un pôle nord. La troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 35 attire le pôle sud 36 du rotor adjacent à celle-ci, et les première et deuxième surfaces d'extrémité de pôle magnétique 33, 34 attirent le pôle nord 37 du rotor adjacent à celle-ci, de telle sorte qu'un moment magnétique est généré vers le rotor 32 afin d'amener le rotor magnétique 32 à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec un autre angle de 22,5 degrés, et s'écarter ainsi de la position d'origine de 67,5 degrés. Dans la quatrième étape, le sens du courant dans le deuxième bobinage 39 est changé grâce au circuit de commande, et le sens du courant dans le premier bobinage 38 reste inchangé. Du fait de l'induction électromagnétique, le première surface d'extrémité de pôle magnétique 33 de la partie du stator 31 devient le pôle sud; la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 34 reste un pôle nord; et la troisième surface d'extrémité de pôle magnétique 35 perd sa polarité. Par conséquent, la première surface d'extrémité de pôle magnétique 33 attire le pôle nord 37 du rotor adjacent à celle-ci, et la deuxième surface d'extrémité de pôle magnétique 34 attire le pôle sud 36 rotor adjacent à celle-ci, de telle sorte qu'un moment magnétique est généré afin d'amener le rotor 32 à tourner dans le sens inverse des aiguilles d'une montre avec un angle de 22,5 degrés, et s'écarter ainsi de la position originale de 90 degrés. Toutefois, dans la présente forme de réalisation, le rotor 32 a huit pôles magnétiques, avec quatre pôles sud 36 et quatre pôles nord 37 disposés radialement et de manière alternée. Par conséquent, le rotor 32 revient vers son état d'origine après avoir tourné sur 90 degrés et répète les première, deuxième, troisième et quatrième étapes de façon à amener le rotor 32 à tourner en continu dans un sens. En outre, l'angle de pas moteur pas-à-pas, 22,5 degrés, qui est généré en changeant le sens du courant dans le bobinage à chaque étape, est un quotient de 180 degrés divisé par le nombre des pôles magnétiques du rotor. Le moteur pas-à-pas de la présente invention augmente la précision de pas en augmentant le nombre de pôles magnétiques du rotor magnétique, et l'angle de pas minimum de celui-ci est un quotient de 180 degrés divisé par le nombre des pôles magnétiques des rotors magnétiques. Par conséquent, la précision de pas du moteur pas-à-pas peut être augmentée en continu en augmentant le nombre des pôles magnétiques du rotor. Toutefois, puisque la partie de stator de la présente invention est pourvue de trois surfaces d'extrémité de pôle magnétique, elle génère un moment magnétique vers le rotor en changeant son pôle magnétique de façon à entraîner la rotation du rotor. Toutefois, afin d'empêcher la condition d'équilibre de moments magnétiques, le nombre de pôles magnétiques du rotor est un nombre pair supérieur à 2 et ne peut être divisé exactement par 3. Par conséquent, le nombre des pôles magnétiques peut être 4, 8, 10, 14, 16, 20, 22, 26, 28, 32, 34 et 38, etc. Lorsque le nombre des pôles magnétiques du rotor augmente, les comportements de pas du moteur pas-à-pas sont similaires, c'est-à-dire qu'ils réalisent tous l'avance pas-à-pas en entraînant la rotation du rotor magnétique grâce aux surfaces d'extrémité de pôle magnétique par l'intermédiaire du changement de sens du courant dans les bobinages tour à tour. De plus, le stator de la présente invention est constitué par une partie de stator unique formée d'un seul tenant et peut être fabriqué de manière simple avec un faible coût. Ce qui suit est une autre amélioration du moteur pas-à-pas de la présente invention. Les trois surfaces d'extrémité de pôle magnétique de la partie de stator peuvent être séparées par trois rainures étroites espacées de 120 degrés l'une par rapport à l'autre. Les trois rainures étroites sont disposées le long de la direction radiale du rotor. Les deux extrémités de chaque rainure étroite sont reliées à la partie de stator, et la partie de raccordement est mince, le champ magnétique étant saturé et générant ainsi un moment magnétique vers le rotor. Les distances entre les extrémités des rainures étroites par rapport à l'axe du rotor sont identiques. De plus, le stator peut également être une partie de stator se composant de trois parties dans le même plan, qui correspondent aux trois surfaces d'extrémité de pôle magnétique respectivement. Par conséquent, peut être fabriqué de manière simple et peu coûteuse. En résumé, le stator du moteur pas-à-pas de la présente invention est constitué par une partie de stator unique formée intégralement, ou bien une partie de stator se composant de trois parties, et il peut par conséquent être fabriqué simplement à faible coût. Le nombre des pôles 0 magnétiques du rotor magnétique du moteur pas-à-pas est un nombre pair, qui est supérieur à 2 et ne peut être divisé exactement par 3. L'angle de pas minimum est le quotient de 180 degrés divisé par le nombre de pôles magnétiques. Par conséquent, la précision de pas peut être augmentée de manière continue en augmentant le nombre des pôles magnétiques. Le moteur pas-à-pas de la présente invention peut par conséquent être fabriqué de façon simple et à faible coût, et il a une précision de pas élevée. De même, en fonction de l'exigence pratique, la précision de pas peut être augmentée de manière continue en augmentant le nombre des pôles magnétiques des rotors. REVENDICATIONS 1. Moteur pas-à-pas comprenant un stator (21; 31), un rotor {22; 32) et un circuit de commande, la partie de stator (21; 31) étant pourvue au niveau de ses deux côtés de bobinages (28, 29; 38, 39) reliés électriquement au circuit de commande, la partie de stator (21; 31) comprenant trois extrémités de pôle magnétique (23, 24, 25; 33, 34, 35) espacées de 120 degrés, qui constituent un trou de rotor destiné à recevoir le rotor (22; 32), le rotor (22; 32) comprenant un rotor magnétique (22; 32) et un arbre de rotor, le rotor magnétique (22; 32) comprenant plusieurs pôles magnétiques, caractérisé en ce que le stator (21; 31) est constitué par une unique partie de stator (21; 31) formée intégralement ou bien une partie de stator {21; 31) composée de trois parties, le nombre de pôles magnétiques (26, 27; 36, 37) du rotor magnétique (22; 32) étant un nombre pair supérieur à 2 et ne pouvant être divisé exactement par 3. 2. Moteur pas-à-pas selon la revendication caractérisé en ce que les pôles magnétiques adjacents du rotor magnétique (22; 32) ont une polarité opposée, et sont respectivement un pôle nord et un pôle sud. 3. Moteur pas-à-pas selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'angle de pas est le quotient de 180 degrés divisé par le nombre de pôles magnétiques. 4. Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé ce que le nombre depôles magnétiques (26, 27; 36, 37) du rotor magnétique (22; 32) est 4, 8, 10, 14, 16, 20, 22, 26, 28, 32, 34, 38. 5. Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les formes du trou de rotor et du rotor (22; 32) reçu dans le trou de rotor en section verticale sont des cercles concentriques. 6. Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la longueur d'arc de la surface d'extrémité (23, 24, 25) de pôle magnétique de la partie de stator (21; 31) est supérieure à celle du pôle magnétique individuel du rotor (22; 32) mais inférieure à celle des deux pôles magnétiques adjacents. 7. Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les extrémités de pôle magnétique respectives (23, 24, 25) des parties de stator (21; 31) sont séparées l'une de l'autre. 8. Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les extrémités de pôle magnétique adjacentes des parties de stator {21; 31) sont reliées par des rainures étroites, les distances depuis les extrémités des rainures étroites jusqu'au centre de l'arbre de rotor étant identiques. 9. Moteur pas-à-pas selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le rotor magnétique (22; 32) est un rotor en fer magnétique permanent.