CH521045A - Moteur électrique destiné à être utilisé dans des applications ne relevant pas du domaine de la technique de la mesure du temps - Google Patents

Moteur électrique destiné à être utilisé dans des applications ne relevant pas du domaine de la technique de la mesure du temps

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CH521045A
CH521045A CH1163369A CH1163369A CH521045A CH 521045 A CH521045 A CH 521045A CH 1163369 A CH1163369 A CH 1163369A CH 1163369 A CH1163369 A CH 1163369A CH 521045 A CH521045 A CH 521045A
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electric motor
rotor
toothing
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CH1163369A
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Stcherbatcheff Georges
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Rech S En Matiere De Micro Mot
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/20Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with rotating flux distributors, the armatures and magnets both being stationary
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/16Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating an electro-dynamic continuously rotating motor
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/38Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
    • H02K21/44Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with armature windings wound upon the magnets

Description


  Moteur électrique destiné à être     utilisé    dans des     applications    ne relevant pas du domaine  de     la technique    de la mesure du     temps       Il existe des moteurs électriques qui présentent un  stator comportant des pièces polaires fermées par des  plaques ferromagnétiques radiales, d'autres dans les  quels un enrobage maintient les pièces polaires en pla  ce et enfin des moteurs dont le stator comporte une  bobine et des pièces polaires munies d'aimants perma  nents placés sur le stator de manière à avoir alternati  vement un pâle sud et un pôle nord en face du rotor  du moteur; aucun de ces moteurs ne présente des cir  cuits magnétiques en pont.  



  Une telle structure magnétique en pont est constituée  par un élément allongé d'induit rotatif traversant une  bobine suivant l'axe de celle-ci et muni d'une denture  à chaque extrémité et par un stator à aimant perma  nent muni de pièces polaires découpées, chaque den  ture de l'élément d'induit formant deux entrefers res  pectivement avec deux pièces     ,polaires    découpées de  polarités opposées.  



  Les avantages d'une telle     structure    en pont, résul  tent     principalement    du fait que le noyau de l'induit ne  transmet que des flux variables dont le signe s'inverse  périodiquement: il est alors possible de lui donner une  section réduite, d'ou réduction de la dimension de la  bobine et de ses pertes par résistance.  



  Par ailleurs, le circuit magnétique en pont se prête  particulièrement bien à la réalisation de     micromoteurs     destinés à être alimentés de manière très simple et éco  nomique par une source de courant continu associée à  un circuit à transistor effectuant le découpage dudit  courant en impulsions de signe constant.  



  La présente invention se propose de réaliser un  moteur électrique destiné à être utilisé dans des appli  cations ne relevant pas du domaine de la technique de  la mesure du temps présentant les mêmes avantages,  inhérents au circuit magnétique en pont, mais ayant  une structure beaucoup     plus    facile à construire en  grande série.

   Ce moteur comporte au moins une struc  ture magnétique en pont constituée par un élément  allongé d'induit rotatif traversant une bobine suivant  l'axe de celle-ci et muni d'une denture à chaque extré-    mité et un stator à aimant permanent muni de pièces  polaires découpées, chaque denture de l'élément d'in  duit formant deux entrefers respectivement avec deux  pièces polaires découpées de polarités     opposées.    Il est  caractérisé en ce que lesdites pièces polaires sont cons  tituées par des plaques en matériau perméable dispo  sées     radialement    et entre lesquelles sont calés les  aimants.  



  Dans cette structure chacun des couples de pièces  polaires     associées    aux aimants respectifs forme, avec  une portion du rotor, un circuit magnétique en pont, si  bien que ladite structure est finalement composée  d'une pluralité de circuits magnétiques en pont qui  coopèrent entre eux.  



  Le dessin annexé illustre schématiquement et à  titre d'exemple deux formes d'exécution du moteur  selon l'invention.  



  La     fig.    1 est une vue schématique en coupe axiale,  d'un moteur synchrone lent.  



  La     fig.2    est une portion de coupe transversale  d'un tel moteur.  



  La     fig.    3 est une vue en coupe axiale d'un     micro-          moteur.     



  La     fig.4    est une vue en coupe suivant     aa'    de la       fig.    3.  



  La     fig.5    est une vue en plan de la zone à fré  quence double que comporte le moteur de da     fig.    3 et  la     fig.    6 est une vue en plan de l'un des flasques  que comporte le boîtier d'un tel moteur.    A la     fig.    1, on a représenté, vu en     coupe    par un plan  contenant son axe de révolution     aa',    un moteur syn  chrone lent dont le rotor comporte un axe non magné  tique 1 supporté par deux paliers 2 et 3 montés sur  deux flasques     3b-3c    et une pièce tubulaire 6, en fer  doux, munie d'une denture 7 de pas P. Cette pièce est  centrée sur l'axe par deux pièces 4 et 5.  



  Le stator est constitué d'une pluralité de paquets  de tôles découpées en E, tels que 8 à 16,     fig.    2, dispo-           sées        radialement.    Les positions angulaires des paquets  de tôles successifs correspondent     alternativement,    dans  l'exemple considéré, à P (paquets 8-9) et à 3 P/2  (paquets 9-10). Les bobines 17-18 sont logées dans les  espaces annulaires définis par les encoches des paquets  de tôles en E.  



  Un système magnétique permanent, 19, de     forme     générale annulaire, est constitué par des aimants dis  tincts, tels que 19a à 19d, disposés entre ceux des  paquets de tôles qui font entre eux un angle de 3 P/2,  comme le montre la     fig.    2.  



  Ces aimants ont     des    pôles disposés comme l'indi  que la     fig.    2, les pôles positifs étant en phase entre eux,  c'est-à-dire que tous les paquets de tôles qui consti  tuent les pièces polaires correspondantes ont, pour la  position du rotor figurée, leurs extrémités situées en  regard de dents du rotor, et les pôles négatifs étant en  phase entre eux, mais en opposition de phase avec les  pôles positifs, c'est-à-dire que les paquets de tôles qui  constituent les pièces polaires correspondantes ont,  pour la position du rotor figurée, leurs extrémités  situées en regard des intervalles entre des dents du  rotor. Ce résultat pourrait évidemment être obtenu avec  d'autres calages angulaires des paquets de tôles.  



  Le stator forme un bloc compact solidaire à la par  tie cylindrique 3a du     boitier    et obtenu par moulage.  Les espaces entre paquets de tôles non occupés par les  aimants sont remplis de matière plastique (en 20 par  exemple). Le centrage du rotor par rapport au stator  est assuré par les épaulements des flasques     3b-3c    sur  lesquels portent les pièces polaires. Ce mode de cons  truction permet d'éviter une rectification des éléments  du stator, le découpage des paquets de tôles devant,  bien entendu, être effectué avec une précision suffi  sante.  



  Un même outillage de découpage des tôles permet  ainsi de réaliser, de façon très économique, des  moteurs de tailles variées.  



  Il est possible de réaliser, suivant le mode de cons  truction qui vient d'être décrit, des moteurs diphasés  ou, plus généralement, polyphasés.  



  Les     fig.    1 et 2 illustrent le cas d'un moteur diphasé.  Les trois branches des E qui constituent les  paquets de tôles du stator, forment trois ensembles de  surfaces actives en regard de trois portions correspon  dantes de la denture du rotor.  



  On peut montrer que, pour que le moteur diphasé  représenté aux     fig.    1 et 2     fonctionne,    c'est-à-dire pour  qu'une force contre-électromotrice diphasée identique  à celle que produirait un champ tournant soit engen  drée, il faut et il     suffit    que ces surfaces actives soient       respectivement    proportionnelles à 1,     v    22 et 1,1 et  que les deux portions extrêmes de la denture du rotor  soient respectivement décalées de     -f-135     et -135  par  rapport à la portion centrale.  



  Le moteur qui vient d'être décrit est un moteur à  réluctance variable comportant une pluralité de circuits  magnétiques  en pont , tel que     défini    ci-dessus. Dans  un circuit magnétique en pont, les deux dentures du  rotor jouent le rôle de prises de flux mettant chaque  extrémité d'une portion de rotor en communication  avec chaque pôle de l'aimant par l'intermédiaire des  entrefers. Ces derniers constituent ainsi quatre réluc  tances variables formant respectivement les quatre  branches d'un pont, l'aimant et la portion du rotor  étant connectés dans les deux diagonales respectives  dudit pont.

      Or, si l'on considère l'une des     bobines    et deux des  pièces     polaires    respectivement positive et négative, cons  tituées par les paquets de tôle, on voit que les extrémi  tés de la portion de rotor correspondante sont chacune  reliées à ces deux pièces polaires. Ce moteur comporte  donc bien une pluralité de circuits magnétiques en pont  formant une structure radiale.  



  Comme ces circuits sont identiques et très courts, il  est possible d'en prévoir un grand nombre et d'obtenir  ainsi un moteur synchrone à grand nombre de pas,  donc lent. L'inertie du rotor est très faible.  



  Pour réaliser la denture du rotor en trois portions  décalées     comme    indiqué ci-dessus, on peut évidem  ment, pour constituer la pièce 6, assembler en les  décalant trois éléments frittés, munis de dentures droi  tes identiques.  



  Une solution approximative, plus facile à réaliser  et satisfaisante en pratique, consiste à former une pièce  6 monobloc et à tailler à la fraise une denture inclinée  d'un angle convenable par rapport à l'axe du rotor.  



  Un autre mode :de réalisation particulièrement  adapté aux     grandes    tailles consiste à constituer les  dents du rotor par des empilements de plaques de  tôles, suivant une technique identique à celle utilisée  pour le stator.  



  Le moteur représenté aux     fig.    3 et 4 est un     micro-          moteur    conçu pour la marche pas à pas commandée  par des impulsions de signe constant, fournies par  exemple par un circuit de découpage à transistor de  type connu, alimenté par une pile unique.  



  Son stator est constitué par des plaques découpées  en tôle magnétique, telles que 21-22, que l'on voit de  face à la     fig.    3, de profil à la     fig.    4. Ces plaques, dispo  sées     radialement,    sont encastrées dans des     flasques     23-24. On voit à la     fig.    6, les encoches, telles que 25,  qui reçoivent les extrémités des tôles et définissent ain  si leur position angulaire. Chaque tôle s'appuie sur une  portée telle que 26 définie par le moyeu     central    24a du  flasque correspondant.  



  Le stator comporte encore, calés entre ces tôles  comme le montre la     fig.    4, des     aimants        permanents    27 à  30, avantageusement en matière magnétique plastique  moulée. Ces aimants sont disposés parallèlement à  l'axe longitudinal du moteur, sur toute sa longueur et  aimantés de façon que leurs faces en contact avec les  tôles aient les polarités indiquées à la     fig.    4.  



  Le rotor est constitué par un axe 31, par exemple  en acier, sur lequel sont emmanchées deux pièces 32 et  33 munies, à leur périphérie, de dentures 34 et 35       respectivement.    A la     fig    4,     on    a     désigné    par les  numéros de référence 35a et 35b, deux des dents de la  denture 35, qui en comporte 12 dans l'exemple consi  déré, où il s'agit d'un moteur à 12 pas par tour. Une  entretoise 36 assure la liaison magnétique entre l'axe  31 et les pièces 32 et 33.  



  Suivant une particularité propre à ce mode d'exé  cution du moteur, une pièce annulaire 37 est solidaire  de la pièce 32 et porte elle-même une denture périphé  rique 38.  



       Comme    on le voit à la     fig.    5, la     denture    38 com  porte 24 dents, telles que 38a, le pas étant de 15  au  lieu de 30  pour les pièces 32 et 33.  



  Une bobine 39 est enfilée sur l'entretoise 36 au  moment de l'assemblage.  



  II est facile de se rendre compte que ce moteur  comporte, comme celui des     fig.    1 et 2, une pluralité de      circuits magnétiques  en pont  formant une structure  radiale.  



  Comme on le voit à la     fig.    4, chacune des huit piè  ces polaires du stator est décalée de 1,5 pas par rap  port à une pièce polaire adjacente de polarité opposée  et, compte tenu de la distribution des dents du rotor,  l'une des deux pièces polaires est située en regard d'un  intervalle entre deux dents du rotor lorsque l'autre est  située en regard d'une dent.  



  On peut agir sur la phase relative de l'harmonique  2 de la loi de couple du moteur au repos, en vue d'ob  tenir une loi optimum, en munissant certaines des piè  ces polaires du stator d'une denture à fréquence double  de celle que comportent les autres pièces polaires.  



  Dans le mode d'exécution actuellement décrit, on  obtient un résultat analogue en faisant comporter au  rotor deux dentures de fréquence N et une denture de  fréquence 2 N, cette dernière étant     portée    par la pièce  37; dans l'exemple considéré, N = 12.  



  Par ailleurs, lorsqu'on veut commander un moteur  à circuits magnétiques en pont au moyen d'impulsions  de signe constant, on peut montrer qu'une certaine dis  symétrie doit exister entre les faces terminales des piè  ces polaires situées de part et d'autre de la bobine, de  façon à donner une prédominance, en ce qui concerne  le flux, aux pôles positifs situés d'un côté de la bobine  et aux pôles négatifs situés de l'autre côté. Cette dissy  métrie apparaît à la     fig.    3, dans laquelle on voit que la  longueur 11 de la branche de gauche de la pièce  polaire 21 est inférieure à la longueur 12 de la branche  de droite.  



  Le moteur de la     fig.    3, monté suivant un système  d'assemblage de tôles radiales analogue à celui de la       fig.    1, présente les mêmes avantages.  



  Il a été possible de montrer que la structure du sta  tor, telle qu'elle apparaît à la     fig.    4, doit de préférence  comporter une symétrie de répétition d'ordre 4 ou  multiple de 4, l'effet combiné des imprécisions, inévita  bles et parfois relativement importantes, de centrage  des pièces polaires d'une part et de distribution angu  laire des pièces polaires autour du rotor d'autre part,  étant alors particulièrement bien compensé, ce qui  revêt une importance pratique notable pour l'obtention  d'un fonctionnement     correct    du moteur avec des tolé  rances de fabrication acceptables.

Claims (1)

  1. REVENDICATION Moteur électrique destiné à être utilisé pour des applications ne redevant pas du domaine de la technique de la mesure du temps, comportant au moins une structure magnétique en pont constituée par un élément allongé d'induit rotatif traversant une bobine suivant l'axe de celle-ci et muni d'une denture à cha que extrémité et un stator à aimant permanent muni de pièces polaires découpées, chaque denture de l'élément d'induit formant deux entrefers respectivement avec deux pièces polaires découpées de polarités opposées,
    caractérisé en ce que lesdites pièces polaires sont cons tituées par des plaques en matériau perméable dispo sées radialement et entre lesquelles sont calés les aimants. SOUS-REVENDICATIONS 1. Moteur électrique selon la revendication, carac térisé en ce que lesdites plaques en matériau perméable sont maintenues en place dans des épaulements dont sont munis deux flasques terminaux que comporte le capot du moteur. 2. Moteur électrique selon da revendication, carac térisé par un rotor muni, en plus des dentures qui défi nissent chacune un nombre de pôles principaux égal à celui qui est défini par la denture correspondante du stator, d'au moins une denture auxiliaire qui définit un nombre double de pôles. 3.
    Moteur polyphasé suivant la revendication, caractérisé par au moins deux bobines, des pièces polaires radiales constituant au moins trois ensembles de surfaces polaires de part et d'autre des bobines, le rotor comportant au moins un élément central d'induit et deux éléments extrêmes dont les dentures sont res pectivement situées en regard desdites surfaces polai res, les proportions respectives desdites surfaces polai res et les décalages relatifs entre les dentures des éléments d'induit extrêmes et la denture de l'élément central étant tels qu'une force contre-électromotrice polyphasée identique à celle que produirait un champ tournant soit engendrée. 4. Moteur électrique suivant la sous-revendication 1, caractérisé par un enrobage en matière plastique maintenant en place les pièces polaires, la bobine et les aimants.
CH1163369A 1968-03-22 1969-03-13 Moteur électrique destiné à être utilisé dans des applications ne relevant pas du domaine de la technique de la mesure du temps CH521045A (fr)

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