EP0096044A1 - Moteur pas a pas electrique - Google Patents
Moteur pas a pas electriqueInfo
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- EP0096044A1 EP0096044A1 EP19820903446 EP82903446A EP0096044A1 EP 0096044 A1 EP0096044 A1 EP 0096044A1 EP 19820903446 EP19820903446 EP 19820903446 EP 82903446 A EP82903446 A EP 82903446A EP 0096044 A1 EP0096044 A1 EP 0096044A1
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- parts
- magnetic
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Definitions
- the present invention aims to improve the performance of a motor of the aforementioned type and in particular to improve the efficiency of such a motor by reducing losses in the magnetic circuits, as well as to obtain a reduction
- FIGS. 1 and 2 represent a stepping motor, the rotary member 1 of which comprises an annular disc 2 made of a hard magnetic material and a support flange 3 made of a non-magnetic material, for example a light alloy or a plastic material.
- the rotary member 1 is mounted on a motor axis 4, this axis being supported by two bearings 5, 6 secured to a housing 7, 8 of the motor.
- the disc 2 is axially magnetized so as to present on each of its faces 2N magnetic poles of alternating polarity, regularly arranged along the free annular zone of the disc, N being a natural number for example equal to 50 in the case of the motor.
- Figure 1 the rotary member 1 of which comprises an annular disc 2 made of a hard magnetic material and a support flange 3 made of a non-magnetic material, for example a light alloy or a plastic material.
- the rotary member 1 is mounted on a motor axis 4, this axis being supported by two bearings 5, 6 secured to
- Each stator circuit comprises several pairs of polar parts such as the pair 116, 126 of FIG. 2, made up of sheets of magnetically permeable material or by an assembly of sheets of sheets.
- the polar parts have an axial plane of symmetry indicated by the reference 100
- the axial planes of symmetry of the pairs of polar parts of a group form between them an angle at least approximately equal to 2ksr / N, k being a natural number of prefe ⁇ rence equal to 1, which corresponds to the periodicity of the poles of the same name appearing on the faces of the magnetic disc of the rotating member.
- each magnetic circuit of the stator the coils are supplied so that the magnetic field generated in the axial direction of the motor is in the opposite direction in the two groups of pairs of polar parts.
- the N and S poles indicated on the faces such as 13 of the polar parts of the stator appear for example the N and S poles indicated on the faces such as 13 of the polar parts of the stator.
- the present configuration thus leads to magnetic circuits of a minimum length and comprising a minimum mass of iron. Consequently, the losses of magnetic energy by hysteresis and eddy currents are considerably reduced, as are the weight of the motor and its bulk, in particular in the radial direction. It should also be noted that the present structure makes it possible to fully benefit from the advantage of a magnetic orientation of the polar parts of the magnetic circuits.
- the arrangement described also makes it possible to easily compensate for any magnetization defects by which, for example, on the same face of the magnetized disc, a series of poles is predominant over the other.
- the motor of FIGS. 1 and 2 is a two-phase motor in which the magnetic stator circuits associated with one of the phases are arranged so as to alternate with the magnetic circuits associated with the other phase of the motor; in this case, each phase comprises two diametrically opposite stator circuits.
- the residual torque that is to say the torque exerted on the rotor in the absence of electric current in the coils, due to the interaction of magnetic poles of the magnetic disc with the polar parts of the stator, is greatly reduced. Indeed, its fundamental component is offset by the arrangement of the two groups of pole parts in each magnetic stator circuit. The effects of the second order harmonic are compensated for by the two-phase structure.
- each group of pole parts by shifting the respective axial planes of symmetry of the pole parts of subgroups formed by two consecutive pole parts in the circumferential direction of the motor; this offset is such that the axial planes of symmetry of the consecutive polar parts concerned form between them an angle of (27tT + 7 ⁇ 4) / N; in the case where each group comprises an even number of polar parts in the circumferential direction, all the consé ⁇ cut axial planes of symmetry of the polar parts of the group form between them this angle of (2 ⁇ z ⁇ T / 4) / N;
- the pole parts located on either side of the plane of the magnetic disc can indeed be considered as forming half-stators; the desired compensation for the harmonic components 4 is thus obtained by shifting these two half-stators, in other words the respective axial planes of symmetry of the pole portions of each pair, one with respect to the other, by an angle of + 7C / 4N.
- This latter compensation mode can also be applied to component compensation due to third or fifth order harmonics of the torque due to the electric current.
- the two half-stators are offset by + ⁇ T / 3N or by + 7C / 5N, depending on the harmonic 3 or 5 whose effect is to be eliminated.
- these harmonic components 3 and 5 are compensated within each group of pole parts, such compensation can also be advantageously combined with compensation for the harmonic components 4 of the co residual ple by the above-mentioned offset of the half-stators.
- the axial planes of symmetry of the consecutive polar parts are offset between them, in the circumferential direction of the motor, forming groups 115, 116 and 117, 118 of two polar parts each, so as to compensate for the effects of harmonic 5, and, on the other hand, the two subgroups are offset relative to each other by way to compensate for the effect of harmonic 3.
- the planes of symmetry of the polar parts 115, 116 and 117, 118 are offset by + 7f / 5N relative to their theoretical position corresponding to an angle of 2 f / T N between these planes of symmetry, and the axial planes of symmetry of the subgroups 115, 116 and 117, 118 are offset, each considered as a whole, one with respect to the other by an angle of + / 3N. All these shifts is performed so that the differences arising in relation to the theoretical tion posi ⁇ polar parts are as small *.
- the signs of the offset angles are chosen so as to bring the polar parts within each subgroup closer together and to bring the two subgroups closer to one another, which results in respective angles of (2 T - 7C / 5) / N, (2 HT - -7T / 3 + Tû / 5) / N and (27T - TU / S) / N between the consecutive planes of symmetry inside of the group of four polar parts.
- FIGS. 3 and 4 A particularly favorable embodiment of the sensor is illustrated in FIGS. 3 and 4.
- a part of the motor is shown in top view, showing in particular the magnetized part of the rotor 2 with its support 3, and the carcasses 171 , 172 of the two coils of circuit 9 in FIG. 1.
- the sensor member comprises a coil 326 indicated by dotted lines in a carcass 334 and two magnetic circuits 325, 327 coupled with this coil. These circuits are constituted by sheets or by an assembly of sheets and have a C shape as shown in FIG. 4 for the circuit 325.
- Each C-shaped circuit is made in two parts to allow, in this example, the positioning of the coil carcass 324, the coil 326 surrounding the continuous vertical bran ⁇ ches of the C as shown in FIG. 3 and the open branches of the C forming two polar parts such as the polar part. upper indicated by the reference 328 in figure 4.
- the polar parts form an air gap in which a portion of the magnetized part 2 of the rotor passes.
- the two magnetic circuits 325 and 327 which each have a plane of symmetry parallel to the axis of the rotor, are arranged so that these planes of symmetry form an acute angle 332 open towards the axis , this angle being symmetrical with respect to an axial plane and chosen as follows. If designated by 330 and 331 respectively . the midpoints of the polar surfaces such as 328 and 329 of the circuits 325 and 327, the angular distance 333 between these midpoints, defined by the angle formed with the axis of the rotor, is at least approximately equal to (2 i + ⁇ c / 3) / N.
- HALL effect sensors can be used with the same advantage resulting from the location in a magnetically neutral area of the stator.
- FIG. 5 shows the axial section of a two-part motor housing 507, 508, similar to that of FIG. 2, with a rotary member designated as a whole by 501.
- the magnetic stator circuits and the coils have no not shown to simplify the drawing.
- the axis of the motor 504 is produced, in this example, in the form of a tube
- the interior of the tube 504 is provided with an endless helical thread 510.
- the tubular axis 504 is intended to cooperate with an axis 511 which is provided with a thread 512 corresponding to the thread 510 and which, by means not shown, well known to those skilled in the art, is guided longitudinally so that it cannot rotate around its axis.
- a longitudinal translational movement of the axis 511 is thus obtained.
- the motor described in the various preceding examples is particularly well suited for such use of its axis, because that the active parts of the engine occupy only a space relatively distant from the axis, so that this axis can have a fairly large diameter without leading to an increase in the external dimensions of the engine.
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
Abstract
Le moteur comporte un rotor en forme de disque à aimantation permanent multipolaire le long d'une zone annulaire et un stator comprenant plusieurs circuits magnétiques (9, 10, ...) agencés de façon que le champ magnétique soit compris dans les deux portions d'espace cylindriques ayant pour base la zone annulaire aimantée et située de part et d'autre du rotor. Des moyens de compensation des harmoniques du couple sans courant et du couple dû au courant sont prévus, ainsi que l'agencement d'organes capteurs magnétiques (25, 26). L'invention s'applique aux moteurs synchrones à usage industriel pouvant fonctionner comme moteurs pas à pas.
Description
MOTEUR PAS A PAS ELECTRIQUE
La présente invention concerne un moteur pas à pas électri¬ que comportant d'une part une partie rotative aimantée montée sur l'axe du moteur et présentant une symétrie de révolution autour de celui-ci, cette partie ayant une épaisseur faible par rapport à son diamètre extérieur et étant aimantée dans le sens de son épaisseur de manière à présenter sur chacune de ses faces opposées 2N pôles magnétiques de polarité alternante, N étant un nombre natu¬ rel, ces pôles étant disposés régulièrement le long d'une zone annulaire, et comportant, d'autre part, au moins un circuit magnétique de stator et au moins deux bobines électriques couplées avec ce circuit magnétique, chaque circuit présentant au moins un entrefer dans lequel est disposée la partie aimantée, et au moins deux parties polaires à plan de symétrie axial agencées de façon à coopérer avec les pôles magnétiques de la partie aimantée.
ϋe tels moteurs sont décrits par exemple dans le brevet USA No 4330727 de la titulaire. La configuration des circuits magnétiques de ces moteurs connus ne permet généralement pas d'obtenir un rendement optimal ou un rapport optimal entre le rendement, le prix de revient et l'encombrement du moteur. D'autre part, des défauts d'aimantation de la partie rotative peuvent avoir une influence défavorable sur la précision du fonctionnement du moteur.
La présente invention vise à améliorer les performances d'un moteur du type susmentionné et notamment à améliorer le rendement d'un tel moteur en réduisant les pertes dans les circuits magnétiques, ainsi qu'à obtenir une réduction
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du poids et de l'encombrement du moteur, tout en permet¬ tant une fabrication en grande série à un prix de revient relativement bas. L'invention vise en outre à améliorer le fonctionnement du moteur par un équilibrage de l'influence des pôles magnétiques de la partie aimantée.
A cet effet, le moteur selon l'invention est caractérisé en ce que chaque circuit magnétique de stator comporte un premier et un deuxième groupe de parties polaires comprenant chacun au moins deux parties polaires, les plans de symétrie axiaux des parties polaires de chaque groupe formant entre eux, au moins approximativement, un angle de 2k ÎC/N, k étant un nombre naturel, et les plans de symétrie axiaux respec¬ tifs d'une partie polaire du premier groupe et d'une partie polaire du deuxième groupe formant entre eux, au moins approximativement, un angle de (2r + 1) TC/N, r étant un nombre naturel, les parties polaires dudit premier groupe étant couplées avec au moins une desdites bobines et les parties polaires dud±t deuxième groupe étant couplées avec au moins une autre desdites bobines, les bobines couplées respectivement avec les parties polaires des deux groupes étant agencées pour produire, en réponse à un courant d'exci¬ tation donné, des champs magnétiques ayant, pour chacun des deux groupes, des directions opposées dans le sens trans¬ versal de la partie aimantée, chaque circuit magnétique de stator comportant ou étant couplé avec deux parties de culasse disposées de part et d'autre de la partie aimantée, de façon que le champ magnétique engendré dans ces circuits soit essentiellement compris dans les deux portions d'espace s'élevant respectivement au-dessus des pôles magnétiques de chaque face de la partie aimantée.
La partie aimantée peut se présenter essentiellement sous la forme d'un disque mince annulaire aimanté dans le sens
axial du moteur, les parties polaires de stator étant dispo¬ sées au moins dans la portion d'espace s'élevant au-dessus de la zone annulaire aimantée de l'une des surfaces du disque.
Selon une forme d'exécution préférée, les parties polaires de chaque circuit de stator sont disposées par paires, les parties polaires de chaque paire ayant des plans de symé¬ trie axiaux respectifs confondus ou décalés, l'un par rap¬ port à l'autre, au maximum d'un angle de ir/3N, deux extré¬ mités des parties polaires de chaque paire étant disposées en regard de manière à former un entrefer dans lequel est disposée la partie aimantée, les extrémités opposées à celles qui forment l'entrefer étant reliées entre elles par des parties de culasse respectives et des bobines étant placées respectivement autour de chaque ensemble de parties polaires d'un même groupe situées d'un même côté du disque aimanté.
Les plans de symétrie axiaux respectifs des parties polaires de chaque paire peuvent en particulier être décalés l'un par rapport à l'autre, d'un angle de 7T/4 N ou de 7C/5N. D'autre part, les plans de symétrie axiaux des parties polaires de chaque groupe peuvent être disposés de façon que les plans de symétrie axiaux d'au moins deux parties polaires consécutives, dans le sens circonférentiel du moteur, forment entre eux un angle de ( 2 x + rτr/4)/N, de (2 rr+ τ /5)/N ou de (2îT+ τr/3)/N. Par ailleurs, les plans de symétrie axiaux respectifs d'une partie polaire du premier groupe et d'une partie polaire du deuxième groupe, située du même côté de la partie aimantée, peuvent former entre eux un angle de [(2r + 1) TT + 7T/4]/N. Dans un moteur diphasé selon l'inven¬ tion, des premier et deuxième groupes de parties polaires du ou des circuits magnétiques de stator associés à une
première phase du moteur alternent, de préférence, respecti¬ vement avec les premier et deuxième groupes de parties polaires du ou des circuits associés à l'autre phase du moteur. Le moteur selon l'invention comporte avantageuse¬ ment au moins un organe capteur magnétique agencé pour être influencé par les pôles magnétiques de la partie aiman¬ tée et disposé entre les premier et deuxième groupes de parties polaires d'un circuit magnétique de stator correspondant, et l'organe capteur comporte de préférence une bobine captrice et deux parties ou ensembles de cir¬ cuits magnétiques capteurs couplés avec cette bobine, ces deux circuits magnétiques présentant chacun un entrefer dans lequel passe la partie aimantée rotative, et ayant chacun un plan de symétrie parallèle à l'axe de rotation du moteur, ces plans de symétrie formant entre eux un angle aigu ouvert vers l'axe de rotation et les milieux des entrefers des deux circuits magnétiques capteurs étant espacés d'une distance angulaire, définie par rapport au dit axe de rotation, au moins approximativement égale à (2τC+ îT/3)/N.
D'autres particularités de l'invention, ainsi que les propriétés et avantages procurés par celle-ci ressortiront .de la description donnée ci-dessous, de différentes formes d'exécution du moteur, indiquées à titre d'exemple et illustrées dans le dessin annexé dans lequel :
La figure 1 est une vue de dessus partielle de la partie inférieure du stator d'une forme d'exécution du moteur selon l'invention,
la figure 2 est une coupe axiale du moteur partiellement représenté à la figure 1, selon la ligne brisée A - B - C - D - E - F,
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la figure 3 est une vue de dessus partielle du rotor et d'une partie du stator montrant une variante d'exécution d'un capteur dans un moteur selon les figures 1 et 2,
la figure 4 est une vue latérale d'un circuit magnétique du capteur selon la figure 3, et
la figure 5 est une coupe axiale, partielle, d'une variante d'exécution du moteur selon la figure 1.
Les figures 1 et 2 représentent un moteur pas .à pas dont l'organe rotatif 1 comporte un disque annulaire 2 en un matériau magnétique dur et un flasque de support 3 en un matériau non magnétique par exemple en un alliage léger ou une matière plastique. L'organe rotatif 1 est monté sur un axe de moteur 4, cet axe étant supporté par deux paliers 5, 6 solidaires d'un boîtier 7, 8 du moteur. Le disque 2 est aimanté axialement de façon à présenter sur chacune de ses faces 2N pôles magnétiques de polarité alternante, disposées régulièrement le long de la zone annulaire libre du disque, N étant un nombre naturel par exemple égal à 50 dans le cas du moteur de la figure 1.
Le stator du moteur selon les figures 1-et 2 comporte quatre circuits magnétiques de stator de même forme, la partie inférieure d'un seul de ces circuits 9 étant visible entièrement sur la figure 1, celle-ci montrant en outre une moitié de la partie inférieure d'un circuit adjacent 10.
Chaque circuit de stator comprend plusieurs paires de parties polaires telles que la paire 116, 126 de la figure 2, cons¬ tituées par .des tôles en matériau magnétiquement perméable ou par un assemblage de lamelles de tôles. Les parties polaires ont un plan de symétrie axial indiqué par la référence 100
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pour la partie polaire 116, et les extrémités libres 13, 14 d'une paire de parties polaires tellesque 116, 126 forment un entrefer étroit dans lequel évolue le disque aimanté 2. D'une façon générale, plusieurs paires de parties polaires, en l'occurrence 4, forment un groupe de parties polaires, les parties polaires situées de part et d'autre du disque aimanté étant couplées respectivement avec des bobines électriquestelles que 152, 162. Ces bobines sont supportées chacune par une carcasse telle que 172 et 182, ces carcasses constituant par ailleurs un support pour les parties polaires correspondantes.
Chaque circuit de stator comporte ainsi un premier et un deuxième groupe de parties polaires tels que les groupes 91, 92 représentés à la figure 1, sur laquelle les parties polaires inférieures respectives de ces groupes, 111, 112, 113, 114 et 115, 116, 117, 118, sont visibles. De chaque côté du disque aimanté, les extrémités des parties polaires opposées aux extrémités qui forment l'entrefer, c'est-à-dire les extrémités 19, 20 visibles sur la figure 2, sont reliées entre elles par une partie de culasse respective en matière magnétiquement perméable telle que les parties de culasse 21, 22.
Dans la forme d'exécution préférentielle du moteur selon les figures 1 et 2, chaque circuit de stator 9, 10, ... comporte des culasses séparées et celles-ci s'étendent entre les parties polaires extrêmes de l'ensemble des deux groupes de chaque circuit, soit les parties polaires 111 et 118 pour le circuit 9. Les différentes parties de culasse sont fixées au boîtier 1 , 8 du moteur par l'intermédiaire de parties de fixation respectives, telles que 23, 24, les carcasses de bobine étant fixées par des moyens conventionnels aux parties de culasse correspondantes. Sur la figure 1 est
également visible la carcasse 171 de la bobine inférieure 151 du groupe 91.
Une variante de construction utilisant des parties de culasse mécaniquement continues, consiste à prévoir entre les différents circuits des isthmes saturables,de manière à pratiquement séparer ces circuits du point de vue magnétique.
Les plans de symétrie axiaux des paires de parties polaires d'un groupe forment entre eux un angle au moins approxima¬ tivement égal à 2ksr/N, k étant un nombre naturel de préfé¬ rence égal à 1, ce qui correspond à la périodicité des pôles de même nom apparaissant sur les faces du disque aimanté de l'organe rotatif. Les plans de symétrie axiaux respectifs d'une partie polaire du premier groupe de parties polaires et d'une partie polaire du deuxième groupe du même circuit forment entre eux un angle au moins approximativement égal à (2r + 1) ΉΓ/N, OÙ r est un nombre naturel, ce qui corres¬ pond à un décalage angulaire tel que, par exemple, les parties polaires du premier groupe 91 et les parties polaires du deuxième groupe 92 coopèrent respectivement avec des pôles de nom différent du disque aimanté et ceci de chaque côté de ce disque. Dans le cas de la figure 1, r prend des valeurs de 1 à 4 selon les parties polaires considérées dans chaque groupe.
Dans chaque circuit magnétique de- stator les bobines sont alimentées de façon que le champ magnétique engendré dans la direction axiale du moteur soit de sens contraire dans les deux groupes de paires de parties polaires. Ainsi, dans la vue de dessus de la partie inférieure du stator selon la figure 1, apparaissent par exemple les pôles N et S indi¬ qués sur les faces telles que 13 des parties polaires du
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circuit 9 supposé excité. Le champ magnétique se referme dans chaque circuit de stator, par les deux parties de culasse, c'est-à-dire dans des plans parallèles à celui du disque aimanté. Ce champ est essentiellement compris dans les deux portions d'espace cylindriques annulaires ayant comme base la partie aimantée 2 et situées de part et d'autre de celle-ci.
La présente configuration conduit ainsi à des circuits ma¬ gnétiques d'une longueur minimale et comportant une masse de fer minimale. Par conséquent, les pertes d'énergie magnétique par hystérésis et courants de Foucault se trouvent considérablement réduites, de même que le poids du moteur et son encombrement, notamment dans le sens radial. Il est à noter également que la présente structure permet de bénéficier pleinement de l'avantage d'une orientation magné¬ tique des parties polaires des circuits magnétiques.
La disposition décrite permet en outre de réaliser aisément une compensation d'éventuels défauts d'aimantation par lesquels, par exemple, sur une même face du disque aimanté, une série de pôles est prédominante sur l'autre.
Le moteur des figures 1 et 2 est un moteur diphasé dans lequel les circuits magnétiques de stator associés à l'une des phases sont disposés de façon à alterner avec les circuits magnétiques associés à l'autre phase du moteur; en l'occurrence, chaque phase comprend deux circuits de stator diamétralement opposés.
Dans le présent moteur, le couple résiduel, c'est-à-dire le couple s 'exerçant sur le rotor en absence de courant élec¬ trique dans les bobines, du fait de l'interaction des
pôles magnétiques du disque aimanté avec les parties polaires du stator, est fortement réduit. En effet, sa composante fondamentale se trouve compensée par la disposi¬ tion des deux groupes de parties polaires dans chaque circuit magnétique de stator. Les effets de l'harmonique d'ordre 2 sont compensés par la structure diphasée.
De plus, une compensation des composantes dues à l'harmonique d'ordre 4 du couple résiduel peut être obtenue de différentes façons alternatives. notamment :
- à l'intérieur de chaque groupe de parties polaires, par un décalage des plans de symétrie axiaux respectifs des parties polaires de sous-groupes formés de deux parties polaires consécutives dans le sens circonférentiel du moteur; ce décalage est tel que les plans de symétrie axiaux des parties polaires consécutives concernées forment entre eux un angle de (27tT+ 7^ 4) /N; dans le cas où chaque groupe comporte un nombre pair de parties polaires dans le sens circonférentiel, tous les plans de symétrie axiaux consé¬ cutifs des parties polaires du groupe forment entre eux cet angle de ( 2 ~z ± T/4)/N;
- au niveau de chaque circuit de stator, par le décalage des deux groupes de parties polaires qui le forment.
Ce décalage des deux groupes, pris chacun dans son ensemble, l'un par rapport à l'autre, résulte en ce que les plans de symétrie axiaux respectifs d'une partie polaire du premier groupe tel que 111 et d'une partie polaire du deuxième groupe, située du même côté que la partie aimantée, tel que 115, forment entre eux un angle de [(2r + 1) Z + ~~~ /4 ] /N; une telle compensation s'effectue évidemment au détriment de la compensation de l'effet de la composante fonda¬ mentale qui exigerait un angle précis de (2r + 1) TC/N;
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- au niveau des deux moitiés du moteur dans le cas où celui-ci comporte des paires de parties polaires comme la paire 116, 126 de la figure 2; les parties polaires situées de part et d'autre du plan du disque aimanté peuvent en effet être considérées comme formant des demi-stators; on obtient ainsi la compensation voulue des composantes d'harmonique 4 en décalant ces deux demi-stators, autrement dit les plans de symétrie axiaux respectifs des parties polaires de chaque paire, l'un par rapport à l'autre, d'un angle de + 7C/4N.
Ce dernier mode de compensation peut également s'appliquer à la compensation des composantes due aux harmoniques d'ordre 3 ou 5 du couple dû au courant électrique. Dans ces cas, les deux demi-stators sont décalés de + ΗT/3N ou de + 7C/5N, selon l'harmonique 3 ou 5 dont on souhaite éliminer l'effet.
Selon une autre forme d'exécution du moteur ces composantes d'harmoniques 3 et 5 sont compensées à l'intérieur de chaque groupe de parties polaires, une telle compensation pouvant en outre être avantageusement combinée avec une compensation des composantes d'harmonique 4 du co ple résiduel par le décalage susmentionné des demi-stators.
Pour compenser les harmoniques 3 et 5 à l'intérieur d'un groupe de quatre parties polaires tel que 92 par exemple, on décale entre eux les plans de symétrie axiaux des parties polaires consécutives, dans le sens circonférentiel du moteur, formant des sous-groupes 115, 116 et 117, 118 de deux parties polaires chacun, de façon à compenser les effets de l'harmonique 5, et, d'autre part, on décale les deux sous-groupes l'un par rapport à l'autre de façon à
compenser l'effet de l'harmonique 3. Autrement dit, l'on décale les plans de symétrie des parties polaires 115, 116 et 117, 118 de + 7f/5N par rapport à leur position théorique correspondant à un angle de 2 fïT/N entre ces plans de symétrie, et l'on décale les plans de symétrie axiaux des sous-groupes 115, 116 et 117, 118, considérés chacun comme un tout, l'un par rapport à l'autre d'un angle de + /3N. L'ensemble de ces décalages est effectué de telle façon que les écarts résultant par rapport à la posi¬ tion théorique des parties polaires soient les plus* petits. Ainsi, dans le présent exemple, on choisit les signes des angles de décalage de façon à rapprocher les parties polaires à l'intérieur de chaque sous-groupe et à rapprocher les deux sous-groupes l'un de l'autre ce qui résulte en des angles respectifs de (2 T - 7C/5)/N, (2 HT - -7T/3 + Tû/5) /N et (27T - TU/S ) /N entre les plans de symétrie consécutifs à l'intérieur du groupe de quatre parties polaires.
Il est clair pour l'homme de métier que la compensation souhaitée peut être réalisée de façon similaire dans le cas d'un nombre différent de parties polaires, et que cette compensation sera optimale si l'on dispose d'un nombre pair de sous-groupes et d'un nombre pair de parties polaires dans chaque sous-groupe.
Dans une forme d'exécution préférentielle, le moteur selon les figures 1 et 2 est muni d'organes capteurs magnétiques tels que celui indiqué en traits pointillés sur la figure 1 constitué par un circuit magnétique 25 et par une bobine captrice 26 couplée avec ce circuit. Le circuit magnétique 25 peut avoir, dans le plan axial, une forme usuelle C, formant un.entrefer disposé de façon à coopérer avec la zone aimantée du disque 2, des parties polaires du circuit étant placées de part et d'autre de ce disque.
Le circuit 25 et la bobine 26 forment ainsi un capteur magnétique dans lequel des signaux sont engendrés par induction lors du passage des pôles magnétiques du disque 2. Un avantage important de la structure du moteur selon les figures 1 et 2 réside dans le fait que ce capteur magnétique peut être disposé entre les deux groupes de parties polaires d'un circuit magnétique de stator, c'est-à-dire dans une zone où il n'existe pratiquement pas de champ .magnétique pouvant perturber le fonctionnement du capteur. Il ressort de la figure 1 qu'un tel capteur peut aisément être placé à l'endroit indiqué, le circuit et la bobine pouvant être de dimensions réduites et la présence du capteur n'augmen¬ tant pas, dans la pratique, l'encombrement de l'ensemble du moteur.
Une forme de réalisation particulièrement favorable du capteur est illustrée dans les figures 3 et 4. Dans la figure 3, une partie du moteur est représentée en vue d dessus, montrant notamment la partie aimantée du rotor 2 avec son support 3, et les carcasses 171, 172 des deux bobines du circuit 9 de la figure 1. L'organe capteur comporte une bobine 326 indiquée en traits pointillés dans une carcasse 334 et deux circuits magnétiques 325, 327 couplés avec cette bobine. Ces circuits sont constitués par des tôles ou par un assemblage de tôles et ont une forme en C telle que montrée à la figure 4 pour le circuit 325. Chaque circuit en forme de C est réalisé en deux parties pour permettre, dans cet exemple, la mise en place de la carcasse de bobine 324, la bobine 326 entourant les bran¬ ches' verticales continues du C comme le montre la figure 3 et les branches ouvertes du C formant deux parties polaires telle que la partie polaire. supérieure indiquée par la référence 328 dans la figure 4. Les parties polaires forment
un entrefer dans lequel passe une portion de la partie aimantée 2 du rotor.
Dans la présente forme de réalisation, les deux circuits magnétiques 325 et 327 qui ont chacun un plan de symétrie parallèle à l'axe du rotor, sont disposés de façon que ces plans de symétrie forment un angle aigu 332 ouvert en direction de l'axe, cet angle étant symétrique par rapport à un plan axial et choisi de la façon suivante. Si l'on désigne par 330 et 331 respectivement.les milieux des surfaces polaires tels que 328 et 329 des circuits 325 et 327, la distance angulaire 333 entre ces milieux,définie par l'angle formé avec l'axe du rotor, est au moins approxi¬ mativement égale à (2 i + τc/3)/N. Ceci permet de réaliser une compensation satisfaisante de l'harmonique d'ordre 3 dans la force électromotrice induite dans la bobine 226. D'autre part, l'inclinaison des plans de symétrie des circuits magnétiques par rapport à un plan axial de référence est déterminée de telle façon que l'harmonique d'ordre 5 est également sensiblement réduite par compensation entre les deux circuits magnétiques.
Bien entendu, d'autres types de capteurs magnétiques, par exemple des capteurs à effet HALL, peuvent être utilisés avec le même avantage résultant de l'emplacement dans une zone magnétiquement neutre du stator.
La figure 5 montre la coupe axiale d'un boîtier de moteur en deux parties 507, 508, similaire à celui de la figure 2, avec un organe rotatif désigné dans son ensemble par 501. Les circuits magnétiques de stator et les bobines n'ont pas été représentés pour simplifier le dessin. L'axe du moteur 504 est réalisé, dans cet exemple, sous forme d'un tube
O
cylindrique supporté dans le boîtier par des paliers 505, 506.
L'intérieur du tube 504 est muni d'un filetage hélicoïdal sans fin 510. L'axe tubulaire 504 est destiné à coopérer avec un axe 511 qui est muni d'un filetage 512 corres¬ pondant au filetage 510 et qui, par des moyens non repré¬ sentés, bien connus de l'homme de métier, est guidé longitudinalement de façon à ne pas pouvoir tourner autour de son axe. Lors d'une rotation de l'axe tubulaire 504 du moteur, on obtient ainsi un mouvement de translation longitudinal de l'axe 511. Le moteur décrit dans les différents exemples précédents est particulièrement bien adapté pour une telle utilisation de son axe, du fait que les parties actives du moteur n'occupent qu'un espace relativement éloigné de l'axe, de sorte que cet axe peut avoir un diamètre assez grand sans conduire à une augmenta¬ tion des dimensions extérieures du moteur.
Claims
1. Moteur pas à pas électrique comportant d'une part une partie rotative aimantée montée sur l'axe du moteur et présentant une symétrie de révolution autour de celui-ci, cette partie ayant une épaisseur faible par rapport à son diamètre extérieur et étant aimantée dans le sens de son épaisseur de manière à présenter sur chacune de ses faces opposées 2N pôles magnétiques de polarité alternante, N étant un nombre naturel, ces pôles étant disposés régu¬ lièrement le long d'une zone annulaire, et comportant, d'autre part, au moins un circuit magnétique de stator et au moins deux bobines électriques couplées avec ce circuit magnétique, chaque circuit présentant au moins un entrefer dans lequel est disposée la partie aimantée, et au moins deux parties polaires à plan de symétrie axial agencées de façon à coopérer avec les pôles magnétiques de la partie aimantée, caractérisé en ce que chaque circuit magnétique de stator (9,10, ...) comporte un premier (91) et un deuxième (92) groupe de parties polaires comprenant chacun au moins deux parties polaires (111 , 112; 115, 116), les plans de symétrie axiaux des parties polaires de chaque groupe formant entre eux, au moins approximativement, un angle de 2krr/N, k étant un nombre naturel, et les plans de symétrie axiaux respectifs d'une partie polaire (111) du premier groupe et d'une partie polaire (115) du deuxiè¬ me groupe formant entre eux, au moins approximativement, un angle de (2r + 1) 7 /N, r étant un nombre naturel, les parties polaires dudit premier groupe étant couplées avec au moins une desdites bobines (151) et les parties polaires dudit deuxième groupe étant couplées avec au moins une autre desdites bobines (152) , les bobines couplées respec¬ tivement avec les parties polaires des deux groupes étant agencées pour produire, en réponse à un courant d'excita¬ tion donné, des champs magnétiques ayant, pour chacun des
O P - lb -
deux groupes, des directions opposées dans le sens trans¬ versal de la partie aimantée, chaque circuit magnétique de stator comportant ou étant couplé avec deux parties de culasse (21,22) disposées de part et d'autre de la partie aimantée (2) , de façon que le champ magnétique engendré dans ces circuits soit essentiellement compris dans les deux portions d'espace s*élevant respectivement au-dessus des pôles magnétiques de chaque face de la partie aimantée.
2 . Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie aimantée se présente essentiellement sous la forme d'un disque mince annulaire (2) aimanté dans le sens axial du moteur, les parties polaires de stator (111, ..., 115, ...) étant disposées au moins dans la portion d'espace s'élevant au-dessus de la zone annulaire aimantée de l'une des surfaces du disque.
3. Moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les parties polaires de chaque circuit de stator sont disposées par paires, les parties polaires de chaque paire (...; 116, 126; ...) ayant des plans de symétrie axiaux respectifs confondus ou décalés, l'un par rapport à l'autre, au maximum d'un angle de τc/3N, deux extrémités (13, 14) des parties polaires de chaque paire étant disposées en regard de manière à former un entrefer dans lequel est disposée la partie aimantée (2), les extrémités (19, 20) opposées à celles qui forment l'entrefer étant reliées entre elles par des parties de culasse respectives (21, 22) et des bobines (152, 162) étant placées respectivement autour de chaque ensemble de parties polaires d'un même groupe situées d'un même côté du disque aimanté.
4. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plans de symétrie axiaux respectifs des parties polaires de chaque paire sont décalés l'un. par rapport à l'autre d'un angle de τ<V4N.
5. Moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les plans de symétrie axiaux de chaque paire sont décalés l'un par rapport à l'autre d'un angle de ~/5N.
6. Moteur selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou 5, caractérisé en ce que les plans de symétrie axiaux des parties polaires de chaque groupe sont disposés de façon que les plans de symétrie axiaux d'au moins deux parties polaires consécutives, dans le sens circonférentiel du moteur, forment entre eux un angle de { 2 ~ ± πr/4)/N.
7. Moteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque groupe comporte un nombre pair de parties polaires dans le sens circonférentiel du moteur et les plans de symé¬ trie axiaux des parties polaires consécutives forment entre eux des angles de (2<c± -πr/4)/N.
8. Moteur selon l'une des revendications 1-4, caractérisé en ce que les plans de symétrie axiaux des parties polai¬ res de chaque groupe sont disposés de façon que les plans de symétrie axiaux d'au moins deux parties polaires consé¬ cutives, dans le sens circonférentieldu moteur, forment entre eux un angle de { 2 ~~ ± *τr/5)/N.
9. Moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque groupe comporte un nombre pair de parties polaires dans le sens circonférentieldu moteur et les plans de symé¬ trie axiaux des parties polaires consécutives forment entre eux des angles de (2τc ± πr/5)/N.
10. Moteur selon l'une des revendications 1 à 5, carac¬ térisé en ce que les plans de symétrie axiaux des parties polaires de chaque groupe sont disposés de façon que les plans de symétrie axiaux d'au moins deux parties polaires consécutives, dans le sens circonférentiel du moteur, forment entre eux un angle de (2 ~~ + ? /3)/N.
11. Moteur selon l'une des revendication 1 à 4, caracté¬ risé en ce que chaque groupe comporte quatre parties polaires dans le sens circonférentiel du moteur et les plans de symétrie axiaux de chaque groupe de quatre parties polaires consécutives forment entre eux des angles res¬ pectifs de ( 2 -~ - τr/5)/N, (27C- 7T/3 + fiT/5)/N et
12. Moteur selon l'une des revendications 1 à 3 ou 8 à 11, caractérisé en ce que les plans de symétrie axiaux res¬ pectifs d'une partie polaire (111) du premier groupe et d'une partie polaire (115) du deuxième groupe, située du même côté de la partie aimantée, forment entre eux un* angle de [(2r + 1) TU ± 7C/4]/N.
13. Moteur selon l'une des revendications précédentes, constituant un moteur diphasé, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux circuits magnétiques de stator par phase, les circuits magnétiques associés à l'une des phases du moteur étant disposés de façon à alterner avec les circuits magnétiques associés à l'autre phase du moteur.
14. Moteur selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les parties de culasse s'étendent entre les parties polaires extrêmes des deux groupes de parties polaires de chaque circuit magnétique de stator correspondant.
15. Moteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que les parties de culasse présentent une structure lamellaire.
16. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que son axe est réalisé sous forme d'un tube cylindrique dont la paroi intérieure est munie d'un filetage hélicoïdal sans fin.
17. Moteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un organe capteur magnétique (25, 26) agencé pour être influencé par les pôles magnétiques de la partie aimantée et disposé entre les premier et deuxième groupes de parties polaires (91,92) d'un circuit magnétique de stator correspondant (9) .
18. Moteur selon la revendication 17, caractérisé en ce que l'organe capteur comporte une bobine captrice (326) et deux parties ou ensembles de circuits magnétiques capteurs (325, 327) couplés avec cette bobine, ces deux circuits magnétiques présentant chacun un entrefer dans lequel passe la partie aimantée rotative (2) , et ayant chacun un plan de symétrie parallèle à l'axe de rotation du moteur, ces plans de symétrie formant entre eux un angle aigu (332) ouvert vers l'axe de rotation et les milieux (330, 331) des entrefers des deux circuits magnétiques capteurs étant espacés d'une distance angulaire (333) , définie par rapport au dit axe de rotation, au moins approximativement égale à ( 2 ~z. ± c /3) /N.
OMP
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-
1982
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Non-Patent Citations (1)
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