Moteur électrodynamique Le présent brevet a pour objet un moteur électro- dynamique, c'est-à-dire un moteur dont le fonction nement est basé sur l'interaction d'un champ magné tique et d'un courant électrique.
La première qualité que l'on exige d'un tel mo teur est un rendement élevé, principalement s'il est utilisé dans un appareil tel qu'une pièce d'horlogerie, où la réserve d'énergie à disposition est limitée.
Le moteur, objet de la présente invention, tend à obtenir cette qualité par l'élimination aussi complète que possible des pertes par courants de Foucault et des pertes par hystérésis.
Ce moteur est caractérisé par le fait qu'une de ses parties - stator et partie mobile - est constituée par un aimant circulaire multipolaire et par le fait que l'autre présente des nappes conductrices réparties uniformément sur une surface de révolution coaxiale à l'aimant, ces nappes, dont le pas est égal au pas polaire, étant reliées entre elles de manière à former au moins un bobinage dans lequel les nappes adja centes sont parcourues par des courants de sens in verses.
Ce moteur peut être utilisé comme moteur syn chrone utilisant le courant alternatif engendré par un oscillateur basse fréquence ou comme moteur oscil lant, notamment dans une pièce d'horlogerie, telle qu'un chronographe, une pendulette ou une montre- bracelet électronique.
Le présent brevet a encore pour objet l'utilisation de ce moteur dans une pièce d'horlogerie.
Le dessin représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution du moteur selon l'invention et deux va riantes. La fig. 1 est une vue d'ensemble de cette forme d'exécution en coupe axiale ; les fig. <I>2a</I> et<I>2b</I> sont des vues du stator, la pre mière en coupe selon la ligne Ha-Ha de la fig. <B>2b,</B> la seconde par-dessus ; les fig. 3a et 3b sont des vues en coupe transver sale, respectivement axiale du moteur, le stator ayant été enlevé ; la fig. 4 est une vue de dessus du rotor ;
les fig. 5a et 5b sont des vues d'une variante du stator, la première selon la ligne<I>Va-Va</I> de la fig. 5b et la seconde de dessus la fig. 6 est une vue en coupe transversale d'une variante du rotor.
Le moteur représenté aux fig. 1 à 4 est monté entre deux platines 10 et 11. Son stator est chassé dans un logement circulaire ménagé dans la platine 11, tandis que l'arbre 12 de sa partie mobile est tourillonnée dans. deux paliers 13 et 14 ajustés dans des creusures pratiquées dans ces platines.
La partie mobile (fig. 3a et 3b) est formée par un aimant permanent multipolaire 15 et par deux blin dages 16 et 17 calés sur l'axe 12. L'aimant 15, qui est représenté seul à la fig. 4, affecte une forme cy lindrique et ses pôles sont répartis uniformément sur son pourtour extérieur. Cet aimant sera avantageuse ment réalisé en ferroxdure (marque déposée) ou en un alliage platine cobalt, par exemple, ce qui permet d'éviter les pôles saillants.
Le blindage 17 est constitué par un disque muni d'un rebord de même diamètre que l'aimant 15 et le blindage 16 par un disque semblable dont le rebord se prolonge par une jupe cylindrique ferromagnétique 18 enveloppant le manteau de l'aimant 15.
Comme la comparaison entre les fig. 3a et 4 le montre, une grande partie des tronçons aériens des lignes de force joignant chaque pôle au suivant sont, grâce à la jupe cylindrique 18 raccourcis et ramenés dans des plans radiaux.
Le stator qui est représenté en détail aux fig. 2a et 2b, est formé par des nappes de fils conducteurs parallèles 19', 19", 19<B>'</B> ... noyés dans la masse d'un cylindre mince 20 en résine synthétique. Ces nappes forment un réseau dont le pas pl est égal au pas po laire p2 de l'aimant 15.
Les fils d'une nappe sont reliés aux fils des deux nappes adjacentes de façon qu'en appliquant une tension entre les bornes 21 et 22, il circule dans tous les conducteurs d'une nappe quelconque un courant de même sens et dans tous les conducteurs des deux nappes adjacentes un courant de sens inverse.
Le fonctionnement de ce moteur comme roue phonique est le suivant Chaque nappe du stator, traversée par un cou rant de sens convenable exerce, en vertu de la loi de Biot Savart, une force élémentaire sur le pôle en regard duquel elle se trouve.
Ces forces élémentaires, toutes dirigées dans le même sens de rotation, don nent naissance à des couples élémentaires qui s'addi tionnent et qui font tourner le rotor d'un demi-pas. Si, au cours de ce mouvement angulaire du rotor, le courant change de sens dans toutes les nappes, lors que la partie mobile, en mouvement, a exécuté un demi-pas, ladite partie mobile sera soumise à un nouveau couple de même sens que le précédent qui le fait avancer d'un nouveau demi-pas.
Si les alter- nances successives du sens du courant se poursuivent, le mouvement rotatif se poursuivra à la vitesse d'un demi-pas par alternance du courant d'alimentation.
Le moteur décrit ci-dessus peut aussi constituer un moteur oscillant. Dans ce cas, la partie mobile tient lieu d'oscillateur circulaire et est lié à un point fixe par rapport au stator par un ressort de rappel (du type spiral, par exemple) qui détermine une posi tion d'équilibre. Cette solution présente un intérêt particulier dans le cas où la fréquence d'excitation est égale à la fréquence d'oscillation propre de la partie mobile.
On utilisera dans cette application un capteur et un amplificateur conventionnels, pour que le moteur se comporte en oscillateur auto-entretenu. Le capteur peut être constitué, par exemple, par une partie du circuit moteur réservée à cet effet.
Bien qu'en principe un aimant bipolaire suffise dans ce cas, la solution multipolaire conserve son in térêt en augmentant la longueur active des conduc teurs et en divisant le flux magnétique dans le corps de l'aimant et des. blindages, ce qui permet de réduire les sections, et partant, le poids de ces organes.
En l'absence de blindage, la dispersion du champ ma gnétique est également considérablement réduite en multipliant le nombre de pôles, d'où l'affaiblissement des courants de Foucault engendrés dans les pièces avoisinantes.
La partie mobile sera calée de manière telle qu'en position d'équilibre, les nappes de conducteurs se trouvent en regard des pôles. L'amplitude de l'oscil lation sera, d'autre part, maintenue petite par rapport au pas. polaire. Les fig. 5a et 5b représentent une variante à basse impédance du stator dans lequel les nappes conductrices ne sont plus constituées par des fais ceaux de fils mais par des languettes 23 déterminées par des encoches fraisées dans un manchon cylindri que de cuivre. Le pas pl du réseau formé par ces nappes pleines est égal, comme dans la première forme d'exécution, au pas polaire p2.
La fig. 6 représente une variante de l'aimant dont les pôles sont situés non plus sur le pourtour exté rieur d'un cylindre plein, mais à la périphérie inté rieure d'un cylindre tubulaire.
Il est bien évident que l'invention n'est pas limi tée aux cas représentés au dessin, en particulier le moteur pourrait être dépourvu de blindage ; cette construction sera généralement suffisante dans le der nier cas envisagé (fig. 6) et lorsque le pas, polaire est petit. En outre, l'on pourrait constituer le stator par l'aimant et la partie mobile par le cylindre portant le réseau.
Electro-dynamic motor The subject of the present patent is an electro-dynamic motor, that is to say a motor whose operation is based on the interaction of a magnetic field and an electric current.
The first quality that is required of such a motor is high efficiency, mainly if it is used in an apparatus such as a timepiece, where the available energy reserve is limited.
The motor, object of the present invention, tends to obtain this quality by eliminating as completely as possible the eddy current losses and the hysteresis losses.
This motor is characterized by the fact that one of its parts - stator and movable part - is constituted by a multipolar circular magnet and by the fact that the other has conductive layers distributed uniformly over a surface of revolution coaxial with the magnet. , these layers, the pitch of which is equal to the pole pitch, being interconnected so as to form at least one coil in which the adjacent layers are traversed by currents in opposite directions.
This motor can be used as a synchronous motor using the alternating current generated by a low frequency oscillator or as an oscillating motor, in particular in a timepiece, such as a chronograph, a clock or an electronic wristwatch.
The present patent also relates to the use of this motor in a timepiece.
The drawing shows, by way of example, one embodiment of the engine according to the invention and two variants. Fig. 1 is an overall view of this embodiment in axial section; figs. <I> 2a </I> and <I> 2b </I> are views of the stator, the first in section along the line Ha-Ha in fig. <B> 2b, </B> the second on top; figs. 3a and 3b are views in cross section, respectively axial, of the motor, the stator having been removed; fig. 4 is a top view of the rotor;
figs. 5a and 5b are views of a variant of the stator, the first along the line <I> Va-Va </I> of FIG. 5b and the second from above in fig. 6 is a cross-sectional view of a variant of the rotor.
The motor shown in fig. 1 to 4 is mounted between two plates 10 and 11. Its stator is driven into a circular housing provided in the plate 11, while the shaft 12 of its movable part is journaled in. two bearings 13 and 14 fitted in recesses made in these plates.
The mobile part (fig. 3a and 3b) is formed by a multipolar permanent magnet 15 and by two shields 16 and 17 wedged on the axis 12. The magnet 15, which is shown alone in FIG. 4, has a cylindrical shape and its poles are distributed evenly around its outer periphery. This magnet will advantageously be made of ferroxdide (registered trademark) or of a platinum cobalt alloy, for example, which makes it possible to avoid salient poles.
The shield 17 consists of a disc provided with a rim of the same diameter as the magnet 15 and the shield 16 by a similar disc whose rim is extended by a cylindrical ferromagnetic skirt 18 enveloping the mantle of the magnet 15.
As the comparison between Figs. 3a and 4 shows, a large part of the overhead sections of the lines of force joining each pole to the next are, thanks to the cylindrical skirt 18, shortened and brought back into radial planes.
The stator which is shown in detail in FIGS. 2a and 2b, is formed by layers of parallel conductive wires 19 ', 19 ", 19 <B>' </B> ... embedded in the mass of a thin cylinder 20 of synthetic resin. These layers form a network whose pitch pl is equal to the pitch p2 of the magnet 15.
The wires of a layer are connected to the wires of the two adjacent layers so that by applying a voltage between the terminals 21 and 22, a current of the same direction and in all the conductors circulates in all the conductors of any layer. from the two adjacent layers a current in the opposite direction.
The operation of this motor as a phonic wheel is as follows. Each layer of the stator, crossed by a current of suitable direction, exerts, by virtue of Biot Savart's law, an elementary force on the pole opposite which it is located.
These elementary forces, all directed in the same direction of rotation, give rise to elementary couples which add to each other and which turn the rotor by half a step. If, during this angular movement of the rotor, the current changes direction in all the layers, when the moving part, in motion, has executed a half-step, said moving part will be subjected to a new torque in the same direction as the previous one which makes him advance a new half-step.
If the successive alternations of the current direction continue, the rotary motion will continue at the speed of half a step per alternation of the supply current.
The motor described above can also constitute an oscillating motor. In this case, the mobile part acts as a circular oscillator and is linked to a fixed point relative to the stator by a return spring (of the spiral type, for example) which determines a position of equilibrium. This solution is of particular interest in the case where the excitation frequency is equal to the frequency of oscillation proper to the moving part.
In this application, a conventional sensor and amplifier will be used, so that the motor behaves as a self-sustaining oscillator. The sensor can be formed, for example, by a part of the motor circuit reserved for this purpose.
Although in principle a bipolar magnet suffices in this case, the multipolar solution retains its advantage by increasing the active length of the conductors and by dividing the magnetic flux in the body of the magnet and the. shields, which makes it possible to reduce the sections, and hence the weight of these components.
In the absence of shielding, the dispersion of the magnetic field is also considerably reduced by multiplying the number of poles, hence the weakening of the eddy currents generated in the neighboring parts.
The movable part will be wedged in such a way that, in a position of equilibrium, the layers of conductors are located opposite the poles. The amplitude of the oscillation will, on the other hand, be kept small in relation to the pitch. polar. Figs. 5a and 5b represent a low-impedance variant of the stator in which the conductive layers are no longer formed by bundles of wires but by tongues 23 determined by notches milled in a cylindrical sleeve of copper. The pitch p1 of the network formed by these solid sheets is equal, as in the first embodiment, to the pole pitch p2.
Fig. 6 shows a variant of the magnet, the poles of which are no longer located on the outer periphery of a solid cylinder, but on the inner periphery of a tubular cylinder.
It is obvious that the invention is not limited to the cases shown in the drawing, in particular the engine could be devoid of shielding; this construction will generally be sufficient in the last case considered (fig. 6) and when the polar pitch is small. In addition, the stator could be formed by the magnet and the moving part by the cylinder carrying the network.