Moteur électrique, pour pièce d'horlogerie
Jusqu'à maintenant, lorsqu'on a cherché à réaliser un moteur électrique de très petites dimensions, par exemple un moteur électrique susceptible d'être logé dans une pendulette ou meme dans une montre, on a eu recours en général à une disposition dans laquelle le circuit magnétique cu moteur comprenait deux pièces polaires embrassant le rotor chacune sur un arc atteignant presque 180" et réunies l'une à l'autre par un élément en matière ferro-magnétique à faible rémanence ayant souvent une forme en fer à cheval et autour duquel le ou les bobinages statoriques étaient enroulés.
En général le rotor était constitué par un aimant permanent de forme cylindrique à aimantation diamétrale et
I'enroulement statorique était alimenté, soit en courant alternatif, soit en courant pulsé de façon à entretenir les mouvements du rotor.
On connaît déjà des moteurs électriques dont le rotor effectue des mouvements oscillants et qui sont construits selon le type rappelé ci-dessus. Les pièces polaires sont alors disposées de façon non symétrique, de sorte qu'en l'absence de courant dans le bobinage statorique, le rotor prend spontanément une orientation préférentielle. Celle-ci est déterminée, dans certains moteurs connus, par des becs qui s'étendent plus près de la surface du rotor que le reste des pièces polaires. Lorsqu'on envoie une impulsion de courant dans le bobinage statorique, le rotor pivote autour de son axe pour venir se placer dans une position symétrique par rapport aux pièces polaires, alors que lorsque l'impulsion de courant cesse, il revient dans la position préférentielle déterminée par lesdits becs polaires.
Les moteurs construits de cette façon, qu'ils tournent toujours dans le même sens, c'est-à-dire qu'ils soient alimentés en courant alternatif ou en courant formé d'impulsions alternatives, ou qu'ils soient à fonctionnement oscillant, présentent tous des inconvénients dus aux pertes magnétiques entre les pièces polaires. L'entrefer ne peut pas être constant sur le pourtour du rotor, puisque les deux pièces polaires doivent être distinctes l'une de l'autre et qu'il doit, par conséquent, subsister un espace entre elles. De ce fait, pour que le démarrage soit assuré, il faut que le couple exercé sur le rotor par le flux magnétique passant entre les pièces polaires soit suffisant pour vaincre le couple qui tend à le ramener dans l'orientation préférentielle, couple qui doit luimême être supérieur à celui dû à l'hétérogénéité de la forme de l'entrefer.
Si les pièces polaires sont très rapprochées l'une de l'autre et que leurs becs sont massifs, une partie du flux magnétique passe en dehors du rotor, ce qui équivaut à une perte; si, en revanche, les pièces polaires tout en étant très rapprochées l'une de l'autre présentent des semelles de largeur réduite, elles atteignent le point de saturation et le moteur fonctionne par conséquent avec un mauvais rendement.
Pour remédier à ces inconvénients, on a déjà réalisé des moteurs électriques à rotor à aimant permanent et à bobines statoriques sans noyau dans des cas où l'on désirait obtenir une puissance mécanique rotative ou oscillante de faible valeur dans un volume aussi réduit que possible. Ainsi, on connaît déjà un moteur dont le rotor est logé à l'intérieur de l'espace laissé libre par une paire de bobines galbées sans noyau qu'entoure un cylindre de fermeture du champ. Un moteur de ce genre peut être réalisé de façon à consommer en fonctionnement permanent une puissance de quelques mW. Toutefois, la réalisation de bobines galbées sans noyau dans des dimensions extrêmement réduites présente des difficultés constructives presque insurmontables.
On connaît, d'autre part, un moteur destiné à fonctionner pas à pas sous l'effet d'impulsions de courant parcourant les bobines statoriques et dont le stator comporte une pièce de fer disposée selon un angle différent de 900 par rapport à l'axe des bobines de façon à créer une orientation de repos privilégiée. Un moteur de ce genre peut fonctionner en régime oscillant ou en régime pas à pas. Les bobines statoriques sont entourées d'une pièce tubulaire à fortes pertes par hystérèse qui amortit le mouvement du rotor mais qui dissipe également une partie de la puissance consommée.
La présente invention a pour objet un moteur électrique pour pièce d'horlogerie, comprenant un rotor à aimantation permanente, un enroulement statorique dont les spires sont entièrement contenues dans des plans parallèles à un plan de symétrie de l'enroulement passant par l'axe du moteur et un support d'enroulement rigide en matière non magnétique s'étendant entre le rotor et l'enroulement, ce dernier étant destiné à être excité par des impulsions de courant motrices.
Son but est de perfectionner encore la construction des moteurs de petite puissance en créant un agencement capable d'assurer l'entraînement d'un équipage mobile mécanique tel qu'un rouage ou éventuellement un dispositif à ancre, en consommant une puissance électrique nettement inférieure à 1 mW, ce moteur étant construit dans des dimensions de l'ordre de 6 mm en diamètre et de 5 mm en longueur axiale et pouvant fonctionner aussi bien en régime oscillant qu'en régime pas à pas ou qu'en régime permanent à vitesse angulaire au moins approximativement constante.
Pour cela, le moteur selon l'invention est caractérisé en ce que les paliers du rotor sont solidaires dudit support, et en ce qu'une culasse de forme circulaire en matière ferro-magnétique à faible rémanence est disposée autour de l'enroulement, le stator étant agencé de façon qu'en l'absence de courant le rotor prenne spontanément une orientation préférentielle différente de celle du plan de symétrie de l'enroulement.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, trois formes d'exécution du moteur selon l'invention.
Les fig. 1 et 2 sont des vues en coupe axiale et en plan de dessus de la première fonne d'exécution.
Les fig. 3 et 4 sont des vues semblables de la seconde forme d'exécution, et
les fig. 5 et 6 sont des vues semblables de la troisième forme d'exécution.
Le moteur représenté aux fig. 1 et 2 comprend un rotor 1, pièce cylindrique en ferrite ou en un alliage de platine et de cobalt ou encore en alliage Ticonal , à aimantation diamétrale, pourvue d'une ouverture centrale dans laquelle est chassé un arbre 2.
Selon la nature du matériau choisi pour constituer l'aimant permanent 1, le rotor sera caractérisé par une très forte rémanence ou par un champ coercitif élevé. Le choix de l'une ou l'autre solution dépendra des dimensions du rotor et de l'utilisation prévue.
Au lieu d'être percé d'une ouverture centrale que traverse l'arbre 2, l'aimant 1 pourrait également être porté par des tourillons munis à leur base d'un disque de fixation grâce auquel ces tourillons seraient collés au centre des faces frontales de l'élément cylindrique plein constituant l'aimant permanent du rotor.
Le cas échéant, les pivots du rotor pourraient également être taillés directement dans le matériau ferromagnétique à forte rémanence, qui constitue le rotor.
Sur l'une des extrémités de l'arbre 2, est en outre chassé un pignon 3.
Le rotor constitué des pièces 1, 2 et 3 est monté dans un bâti en laiton constitué d'un corps 4 et d'un flasque 5. Le corps 4 a la forme d'un récipient cy lindrique à fond plat présentant une encoche 4' sur l'un des côiés de son fond de façon que l'espace interne du récipient soit accessible de l'extérieur afin de permettre la mise en prise avec le pignon 3, d'une roue dentée absorbant le couple moteur développé par le rotor.
Le flasque 5 de forme circulaire porte deux goupilles 6 diamétralement opposées qui s'engagent dans des ouvertures correspondantes pratiquées dans le bord de la paroi latérale du corps 4 de façon à assurer le positionnement du flasque par rapport au corps de bâti. Ce po sitionnement doit être réalisé avec suffisamment d'exactitude pour que le rotor soit maintenu dans une position coaxiale au bâti. A cet effet, le flasque 5 présente une ouverture centrale circulaire 7 dans laquelle est chassé un palier 8 constitué d'une pierre d'horlogerie percée et recevant le pivot de l'arbre 2 situé du côté opposé au pignon 3.
Une ouverture 9 semblable à l'ouverture 7 est pratiquée dans le fond du corps 4 et reçoit la pierre 10 qui constitue le palier opposé au palier 8.
Les paliers 8 et 10, au lieu d'être réalisés en pierre synthétique comme des paliers d'horlogerie, peuvent aussi être constitués par des bouchons métalliques ou par des paliers autolubrifiants en matière plastique.
Le bâti du moteur pourrait aussi être réalisé en aluminium, sa surface étant dans ce cas, munie d'une couche de protection par un procédé tel que l'éloxage, par exemple. Il pourrait aussi être en plexiglas ou en une autre matière synthétique telle que le PVC, le téflon, ou toute autre matière diélectrique ou métal amagnétique.
Autour du corps de bâti 4 est engagée une culasse 11, anneau circulaire de profil rectangulaire dont la hauteur est légèrement supérieure à la longueur du corps cylindrique 1. Cette culasse est en fer pur Armco ou éventuellement en un acier présentant de bonnes propriétés magnétiques notamment une faible rémanence et une bonne perméabilité. La culasse 11 est ajustée sur la face latérale externe du corps de bâti 4 et appuie contre la partie périphérique du flasque 5. Elle est munie de deux ouvertures taraudées diamétralement opposées dans chacune desquelles est engagée une vis 12 également en fer pur Armco ou en métal ferro-magnétique à faible rémanence.
Des perforations radiales 13 et 14 pratiquées dans la paroi du corps 4 au droit des em- placements des vis 12 permettent, lorsqu'on visse ces vis dans la culasse 11 de laisser les extrémités internes de ces vis faire saillie à l'intérieur de la face interne de la culasse. Le rôle de ces vis sera expliqué plus loin.
Le bâti du moteur décrit présente encore une gorge de profil rectangulaire 15 qui est taillée dans les faces externes de la paroi latérale du fond du corps 4 ainsi que du flasque 5. Le plan médian de cette gorge continue qui fait tout le tour du bâti du moteur contient l'axe du rotor. On voit à la fig. 1 que la gorge 15 passe au-dessus des ouvertures 7 et 9 qui contiennent les paliers 8 et 10. C'est dans cette gorge qu'est logé l'enrou- lement statorique 16 du moteur décrit. Cet enroulement est réalisé en fil de cuivre très fin à isolant émail ou thermoplastique et ses extrémités sont reliées à des bornes d'alimentation (non représentées). On voit au dessin que le bobinage 16 est ramassé sur lui-même.
Son épaisseur détermine la largeur de l'entrefer entre la face interne de la culasse il et la face latérale externe du corps cylindrique 1. En effet, dans la paroi latérale du corps 4, la gorge 15 ne laisse subsister entre son fond et la face interne de sa paroi que l'épaisseur de métal juste nécessaire à supporter la bobine.
Le bobinage 16 est mis en place une fois que le montage du bâti a été réalisé, c'est-à-dire après que l'on a posé le flasque 5 sur le corps 4. Si nécessaire, on prendra soin de lubrifier les paliers de l'arbre 2 avant d'effectuer la mise en place du bobinage puisque le moteur n'es pas démontable une fois que le bobinage est en place.
Le fonctionnement du moteur décrit est le suivant: comme déjà mentionné en cas d'absence de courant dans le bobinage 16, le rotor s'oriente de façon que son axe magnétique soit dirigé dans la direction déterminée par les vis 12, 12'. Il suffit pour cela que ces vis dépassent d'une quantité extrêmement faible de la face interne de la culasse. Un faible dépassement suffit en effet à créer la dissymétrique nécessaire dans la répartition du champ magnétique autour du rotor pour que celui-ci soit soumis à un couple qui l'amène dans la position d'énergie minimum.
On remarque que la culasse 1 1 est orientée, par rapport au bobinage 16, de façon que l'axe déterminé par les vis 12 coïncide avec la direction pour laquelle le bobinage 16 exerce sur le rotor 1 le couple maximum. Il suffit donc d'envoyer une impulsion de courant dans le bobinage 16 pour que le rotor soit sollicité en rotation dans un sens ou dans l'autre. Si l'impulsion de courant est de longue durée, le rotor vient se placer dans une orientation teile que son axe magnétique est perpendiculaire au plan du bobinage 16. Selon le sens du courant, le pôle nord se trouvera à droite ou à gauche de la fig. 2. Lorsque l'impulsion de courant cesse, le rotor est attiré spontanément vers la position de repos déterminée par l'axe 12, 12', et cela en suivant le chemin le plus court.
Si la seconde impulsion envoyée dans le bobinage
16 est de même polarité que la première, le rotor est sollicité de façon à reprendre la position qu'il occupait lors de l'impulsion précédente. Une suite d'impulsions de même polarité détermine donc un mouvement oscillant entre l'orientation déterminée par l'axe 12, 12', et celle qui est déterminée par un plan perpendiculaire au bobinage 16.
Si, en revanche, les impulsions de courant qui sont envoyées dans le bobinage 16 sont de polarités alternées, le rotor vient occuper à chaque impulsion une position orientée diamétralement par rapport à la position précédente. Les positions de repos qu'il prend entre les impulsions sont elles aussi périodiquement alternées, de sorte que le moteur tourne en régime saccadé, mais toujours dans le même sens en rotation lorsque la fréquence des impulsions est lente. Pour une fréquence élevée, le régime du moteur est continu et s'apparente à un fonctionnement synchrone. Le bobinage peut aussi être alimenté en courant alternatif sinusoïdal ou par d'autres formes de courant périodique.
Les formes d'exécution représentées aux fig. 3 à 6
sont en principe réalisées de la même façon.
Dans la seconde forme d'exécution visible aux fig. 3
et 4, le pignon 3 est également logé dans le fond du
corps 4. Au lieu d'une échancrure en forme de segment
de cercle, on a pratiqué dans la paroi latérale du corps
4 une fente 17 dont l'épaisseur est légèrement supérieure
à celle du pignon 3.
La culasse 1 1 est disposée comme dans la première
forme d'exécution et le flasque 5 ne diffère de celui de
la première forme d'exécution que par la présence de la
portée de centrage 18 qui pénètre à l'intérieur de la paroi
du corps 4.
Cependant, dans la forme d'exécution des fig. 3 et 4, la largeur de l'entrefer est plus réduite que ce n'est le cas dans la première forme d'exécution. Ce résultat est obtenu par le fait que le bobinage 16, au lieu d'être ramassé comme dans la première forme d'exécution, est étalé sur un arc de cercle relativement grand. La gorge 15 dont le fond est incurvé selon la courbure du rotor est moins profonde que dans la première forme d'exécution, de sorte que l'on peut réduire l'épaisseur de la paroi du corps 4.
Cette disposition permet de réduire les pertes dans l'entrefer mais diminue également le couple maximum exercé sur le rotor puisque le bobinage est moins concentré. Elle oblige également à orienter l'axe des vis 12, 12' selon un angle plus grand, par rapport au plan du bobinage, que ce n'était le cas dans la première forme d'exécution.
Enfin, dans la troisième forme d'exécution représeli- tée aux fig. 5 et 6, le logement limité par le corps de bâti 4 présente les dimensions du rotor 1, 2. L'une des extrémités de l'arbre 2 traverse le palier métallique 19 qui est fixé dans l'ouverture centrale du fond du corps 4 et fait saillie à l'extérieur du bâti. Le pignon de prise de force (non représenté) sera donc monté à l'extrémité de l'arbre 2, en dehors du corps 4. Le corps 4 et le flasque 5 ferment entièrcment l'enceinte dans laquelle le rotor est contenu. Le palier 19 est accessible de l'extérieur et il en est de même du palier 20 qui est monté dans l'ouverture centrale du flasque 5. La culasse 11 est également de forme circulaire et elle est montée comme dans les deux formes d'exécution précédente.
En revanche, la troisième forme d'exécution diffère des précédentes par la disposition du bobinage. Comme l'arbre 2 traverse le fond du bâti 4, le bobinage ne peut plus être disposé autour des paliers. Pour cette raison, on a scindé le bobinage en deux parties 21 et 22 qui sont disposées parallèlement l'une à l'autre de chaque côté de l'arbre 2. Les gorges 23 et 24 qui reçoivent ces deux
bobinages passent dans le fond du corps 4 ainsi que dans sa paroi latérale et dans le flasque 5.
Là également, l'axe de repos déterminé par les vis
12, 12' doit être suffisamment décalé par rapport au plan médian du bobinage pour que lors de l'enchenchement d'une impulsion de courant, le rotor soit soumis à un couple suffisant.
L'avantage des moteurs décrits ci-dessus est que les pièces en matière ferro-magnétique qui conduisent le flux magnétique ne comprennent rien d'autre que la culasse extérieure 1 1 qui présente une symétrie axiale quasiment parfaite si l'on fait abstraction des vis 12, 12' et le corps cylindrique du rotor. Comme le bobinage ne comporte pas de noyau, il suffit de créer une très légère dissymétrie de champ magnétique au moyen des vis 12,
12' pour assurer la position préférentielle du rotor en cas d'absence de courant. La force nécessaire pour arracher le rotor à cette position préférentielle lors du démarrage est donc très faible et cette circonstance confère au moteur décrit la capacité de démarrer très facilement sous l'effet d'une impulsion de faible puissance.
Malgré la présence d'un entrefer relativement grand,
puisqu'il doit être suffisant pour contenir les conduc
teurs longitudinaux du bobinage et un élément de sup
port en matière amagnétique qui est réalisé dans des
formes d'exécution décrites par le fond de la gorge 15, le
fonctionnement des moteurs décrits s'est révélé être très
régulier. La puissance absorbée ne dépassait pas quel
ques mW.
On a pu réaliser des moteurs dont le rotor présente un diamètre-de 3 mm et dont le diamètre extérieur de la culasse était de 6 mm, la hauteur totale dans le sens axial étant inférieure à 5 mm. De tels moteurs sont capables de tourner sous l'effet d'impulsions convenables à une vitesse comprise entre 50 et 100 tirs.
Les moteurs décrits conviennent donc particulièrement pour les applications horlogères. Les dimensions sont compatibles avec celles d'une montre-bracelet. Cependant, les dimensions et la puissance de ces moteurs peuvent être augmentées si on le désire tant que les problèmes d'échauffement restent négligeables.
Notons encore que les deux pôles représentés par les vis 12 et 12' pourraient également être réalisés par deux goupilles ou autres éléments en fer Armco ou en acier présentant de bonnes propriétés magnétiques faisant saillie à l'intérieur de la culasse. On peut également éviter l'emploi de tels éléments saillants en donnant à la face interne de la culasse une forme non circulaire, par exemple une forme présentant des méplats ou encore au moyen d'un coup de pointeau.
Electric motor, for timepiece
Until now, when an attempt has been made to produce an electric motor of very small dimensions, for example an electric motor capable of being housed in a clock or even in a watch, recourse has generally been had to an arrangement in which the magnetic circuit cu motor comprised two pole pieces embracing the rotor each on an arc reaching almost 180 "and joined to each other by a low remanence ferro-magnetic material element often having a horseshoe shape and around from which the stator winding (s) were wound.
In general the rotor was constituted by a permanent magnet of cylindrical shape with diametrical magnetization and
The stator winding was supplied either with alternating current or with pulsed current so as to maintain the movements of the rotor.
Electric motors are already known, the rotor of which performs oscillating movements and which are constructed according to the type mentioned above. The pole pieces are then arranged non-symmetrically, so that in the absence of current in the stator winding, the rotor spontaneously assumes a preferential orientation. This is determined, in certain known motors, by nozzles which extend closer to the surface of the rotor than the rest of the pole pieces. When a current pulse is sent into the stator winding, the rotor rotates around its axis to come to a position symmetrical with respect to the pole pieces, while when the current pulse ceases, it returns to the preferred position determined by said pole tips.
Motors constructed in this way, whether they always rotate in the same direction, that is to say whether they are supplied with alternating current or current formed by alternating pulses, or whether they are oscillating, all have drawbacks due to magnetic losses between the pole pieces. The air gap cannot be constant around the circumference of the rotor, since the two pole pieces must be distinct from each other and there must therefore be a space between them. Therefore, for starting to be assured, the torque exerted on the rotor by the magnetic flux passing between the pole pieces must be sufficient to overcome the torque which tends to bring it back to the preferred orientation, which torque must itself be greater than that due to the heterogeneity of the shape of the air gap.
If the pole pieces are very close to each other and their beaks are massive, part of the magnetic flux passes outside the rotor, which is equivalent to a loss; if, on the other hand, the pole pieces while being very close to each other have flanges of reduced width, they reach the point of saturation and the motor therefore operates with poor efficiency.
To remedy these drawbacks, electric motors with permanent magnet rotor and coreless stator coils have already been produced in cases where it is desired to obtain a rotary or oscillating mechanical power of low value in as small a volume as possible. Thus, a motor is already known, the rotor of which is housed inside the space left free by a pair of curved coreless coils surrounded by a cylinder for closing the field. A motor of this type can be made so as to consume a power of a few mW in continuous operation. However, the production of curved coreless coils in extremely small dimensions presents almost insurmountable construction difficulties.
A motor is known, on the other hand, intended to operate step by step under the effect of current pulses flowing through the stator coils and whose stator comprises a piece of iron arranged at an angle other than 900 with respect to the axis of the coils so as to create a privileged rest orientation. Such a motor can operate in an oscillating or stepping mode. The stator coils are surrounded by a tubular part with high hysteresis losses which dampens the movement of the rotor but which also dissipates part of the power consumed.
The present invention relates to an electric motor for a timepiece, comprising a rotor with permanent magnetization, a stator winding whose turns are entirely contained in planes parallel to a plane of symmetry of the winding passing through the axis of the motor and a rigid winding support of non-magnetic material extending between the rotor and the winding, the latter being intended to be excited by driving current pulses.
Its aim is to further improve the construction of low-power motors by creating an arrangement capable of ensuring the drive of a mechanical mobile unit such as a gear or possibly an anchor device, consuming an electrical power significantly less than 1 mW, this motor being constructed in dimensions of the order of 6 mm in diameter and 5 mm in axial length and being able to operate equally well in oscillating mode as in stepping mode or in permanent mode at angular speed at least approximately constant.
For this, the motor according to the invention is characterized in that the bearings of the rotor are integral with said support, and in that a cylinder head of circular shape made of ferro-magnetic material with low remanence is arranged around the winding, the the stator being arranged so that in the absence of current the rotor spontaneously assumes a preferential orientation different from that of the plane of symmetry of the winding.
The appended drawing represents, by way of example, three embodiments of the engine according to the invention.
Figs. 1 and 2 are views in axial section and in top plan of the first embodiment.
Figs. 3 and 4 are similar views of the second embodiment, and
figs. 5 and 6 are similar views of the third embodiment.
The motor shown in fig. 1 and 2 comprises a rotor 1, a cylindrical piece made of ferrite or of an alloy of platinum and cobalt or of a Ticonal alloy, with diametrical magnetization, provided with a central opening in which a shaft 2 is driven.
Depending on the nature of the material chosen to constitute the permanent magnet 1, the rotor will be characterized by a very strong remanence or by a high coercive field. The choice of one or the other solution will depend on the dimensions of the rotor and the intended use.
Instead of being pierced with a central opening through which the shaft 2 passes, the magnet 1 could also be carried by journals provided at their base with a fixing disc thanks to which these journals would be glued to the center of the end faces. of the solid cylindrical element constituting the permanent magnet of the rotor.
Where appropriate, the pivots of the rotor could also be cut directly from the ferromagnetic material with high remanence, which constitutes the rotor.
A pinion 3 is also driven out on one of the ends of the shaft 2.
The rotor consisting of parts 1, 2 and 3 is mounted in a brass frame consisting of a body 4 and a flange 5. The body 4 has the shape of a cylindrical container with a flat bottom having a notch 4 '. on one of the sides of its bottom so that the internal space of the container is accessible from the outside in order to allow the engagement with the pinion 3, of a toothed wheel absorbing the motor torque developed by the rotor.
The circular-shaped flange 5 carries two diametrically opposed pins 6 which engage in corresponding openings made in the edge of the side wall of the body 4 so as to ensure the positioning of the flange relative to the frame body. This positioning must be carried out with sufficient accuracy so that the rotor is maintained in a position coaxial with the frame. For this purpose, the flange 5 has a circular central opening 7 in which is driven a bearing 8 made of a pierced clockwork stone and receiving the pivot of the shaft 2 located on the side opposite the pinion 3.
An opening 9 similar to the opening 7 is made in the bottom of the body 4 and receives the stone 10 which constitutes the bearing opposite the bearing 8.
The bearings 8 and 10, instead of being made of synthetic stone like clockwork bearings, can also be formed by metal plugs or by self-lubricating plastic bearings.
The motor frame could also be made of aluminum, its surface in this case being provided with a protective layer by a process such as eloxing, for example. It could also be plexiglass or another synthetic material such as PVC, Teflon, or any other dielectric material or non-magnetic metal.
Around the frame body 4 is engaged a yoke 11, a circular ring of rectangular profile whose height is slightly greater than the length of the cylindrical body 1. This yoke is made of pure Armco iron or possibly a steel having good magnetic properties, in particular a low afterglow and good permeability. The yoke 11 is fitted to the outer lateral face of the frame body 4 and presses against the peripheral part of the flange 5. It is provided with two diametrically opposed threaded openings in each of which is engaged a screw 12 also made of pure Armco iron or of metal. low remanence ferro-magnetic.
Radial perforations 13 and 14 made in the wall of the body 4 in line with the locations of the screws 12 allow, when these screws are screwed into the cylinder head 11, to let the internal ends of these screws project inside the cylinder head. internal face of the cylinder head. The role of these screws will be explained later.
The motor frame described also has a rectangular profile groove 15 which is cut into the external faces of the side wall of the bottom of the body 4 as well as of the flange 5. The median plane of this continuous groove which goes all around the frame of the body. motor contains the rotor axis. We see in fig. 1 that the groove 15 passes above the openings 7 and 9 which contain the bearings 8 and 10. It is in this groove that the stator winding 16 of the motor described is housed. This winding is made of very fine copper wire with enamel or thermoplastic insulation and its ends are connected to supply terminals (not shown). It can be seen in the drawing that the coil 16 is picked up on itself.
Its thickness determines the width of the air gap between the internal face of the cylinder head 11 and the external lateral face of the cylindrical body 1. In fact, in the lateral wall of the body 4, the groove 15 does not leave its bottom and the face internal wall that the thickness of metal just necessary to support the coil.
The winding 16 is put in place once the assembly of the frame has been carried out, that is to say after the flange 5 has been placed on the body 4. If necessary, care will be taken to lubricate the bearings. of shaft 2 before installing the winding since the motor cannot be dismantled once the winding is in place.
The operation of the motor described is as follows: as already mentioned in the event of absence of current in the winding 16, the rotor is oriented so that its magnetic axis is directed in the direction determined by the screws 12, 12 '. It suffices for these screws to protrude an extremely small amount from the internal face of the cylinder head. A slight overshoot is in fact sufficient to create the necessary asymmetry in the distribution of the magnetic field around the rotor so that the latter is subjected to a torque which brings it into the position of minimum energy.
Note that the yoke 1 1 is oriented relative to the coil 16, so that the axis determined by the screws 12 coincides with the direction in which the coil 16 exerts on the rotor 1 the maximum torque. It is therefore sufficient to send a current pulse into the winding 16 so that the rotor is urged to rotate in one direction or the other. If the current pulse is long lasting, the rotor is placed in an orientation such that its magnetic axis is perpendicular to the plane of the winding 16. Depending on the direction of the current, the north pole will be to the right or to the left of the fig. 2. When the current pulse ceases, the rotor is spontaneously attracted to the rest position determined by the axis 12, 12 ', and this by following the shortest path.
If the second pulse sent to the winding
16 has the same polarity as the first, the rotor is biased so as to resume the position it occupied during the previous pulse. A series of pulses of the same polarity therefore determines an oscillating movement between the orientation determined by the axis 12, 12 ', and that which is determined by a plane perpendicular to the coil 16.
If, on the other hand, the current pulses which are sent to the coil 16 are of alternating polarities, the rotor comes to occupy at each pulse a position oriented diametrically with respect to the previous position. The rest positions that it takes between the pulses are also periodically alternated, so that the motor rotates in jerky speed, but always in the same direction of rotation when the frequency of the pulses is slow. For a high frequency, the engine speed is continuous and resembles synchronous operation. The winding can also be supplied with sinusoidal alternating current or other forms of periodic current.
The embodiments shown in FIGS. 3 to 6
are in principle carried out in the same way.
In the second embodiment visible in FIGS. 3
and 4, the pinion 3 is also housed in the bottom of the
body 4. Instead of a notch in the form of a segment
circle, we practiced in the side wall of the body
4 a slot 17 whose thickness is slightly greater
to that of the pinion 3.
The cylinder head 1 1 is arranged as in the first
embodiment and the flange 5 does not differ from that of
the first embodiment only by the presence of the
centering bearing 18 which penetrates inside the wall
body 4.
However, in the embodiment of Figs. 3 and 4, the width of the air gap is smaller than is the case in the first embodiment. This result is obtained by the fact that the coil 16, instead of being picked up as in the first embodiment, is spread over a relatively large circular arc. The groove 15, the bottom of which is curved along the curvature of the rotor, is shallower than in the first embodiment, so that the thickness of the wall of the body 4 can be reduced.
This arrangement makes it possible to reduce losses in the air gap but also reduces the maximum torque exerted on the rotor since the winding is less concentrated. It also makes it necessary to orient the axis of the screws 12, 12 'at a greater angle, relative to the plane of the coil, than was the case in the first embodiment.
Finally, in the third embodiment shown in FIGS. 5 and 6, the housing limited by the frame body 4 has the dimensions of the rotor 1, 2. One of the ends of the shaft 2 passes through the metal bearing 19 which is fixed in the central opening of the bottom of the body 4 and protrudes outside the frame. The power take-off pinion (not shown) will therefore be mounted at the end of the shaft 2, outside the body 4. The body 4 and the flange 5 completely close the enclosure in which the rotor is contained. The bearing 19 is accessible from the outside and it is the same for the bearing 20 which is mounted in the central opening of the flange 5. The cylinder head 11 is also of circular shape and it is mounted as in the two embodiments. former.
On the other hand, the third embodiment differs from the previous ones by the arrangement of the coil. As the shaft 2 passes through the bottom of the frame 4, the winding can no longer be placed around the bearings. For this reason, the winding has been split into two parts 21 and 22 which are arranged parallel to one another on each side of the shaft 2. The grooves 23 and 24 which receive these two
coils pass through the bottom of the body 4 as well as through its side wall and into the flange 5.
Here too, the axis of rest determined by the screws
12, 12 'must be sufficiently offset with respect to the median plane of the winding so that when engaging a current pulse, the rotor is subjected to a sufficient torque.
The advantage of the motors described above is that the parts of ferro-magnetic material which conduct the magnetic flux do not include anything other than the outer yoke 1 1 which has almost perfect axial symmetry if we disregard the screws 12, 12 'and the cylindrical body of the rotor. As the winding does not have a core, it suffices to create a very slight dissymmetry of the magnetic field by means of the screws 12,
12 'to ensure the preferential position of the rotor in the event of absence of current. The force necessary to tear off the rotor at this preferred position during starting is therefore very low and this circumstance gives the motor described the capacity to start very easily under the effect of a low power pulse.
Despite the presence of a relatively large air gap,
since it must be sufficient to contain the conduc
longitudinal coils of the winding and a supporting element
port in non-magnetic material which is carried out in
embodiments described by the bottom of the groove 15, the
operation of the motors described was found to be very
regular. The power absorbed did not exceed what
ques mW.
It has been possible to produce engines with a rotor having a diameter of 3 mm and of which the outside diameter of the cylinder head was 6 mm, the total height in the axial direction being less than 5 mm. Such motors are capable of rotating under the effect of suitable pulses at a speed of between 50 and 100 shots.
The motors described are therefore particularly suitable for watchmaking applications. The dimensions are compatible with those of a wristwatch. However, the dimensions and power of these motors can be increased if desired as long as the heating problems remain negligible.
It should also be noted that the two poles represented by screws 12 and 12 'could also be produced by two pins or other elements made of Armco iron or of steel having good magnetic properties projecting inside the cylinder head. It is also possible to avoid the use of such projecting elements by giving the internal face of the cylinder head a non-circular shape, for example a shape having flats or else by means of a punch.