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.