EP3172816A1 - Moteur electrique pas-a-pas - Google Patents

Moteur electrique pas-a-pas

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Publication number
EP3172816A1
EP3172816A1 EP15738095.7A EP15738095A EP3172816A1 EP 3172816 A1 EP3172816 A1 EP 3172816A1 EP 15738095 A EP15738095 A EP 15738095A EP 3172816 A1 EP3172816 A1 EP 3172816A1
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EP
European Patent Office
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coils
electrical
coil
wire
motor according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15738095.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hubert Poinceau
Alfonso Heredia
Yvan Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MMT SA
Original Assignee
MMT SA
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Filing date
Publication date
Application filed by MMT SA filed Critical MMT SA
Publication of EP3172816A1 publication Critical patent/EP3172816A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/28—Layout of windings or of connections between windings
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/46—Fastening of windings on the stator or rotor structure
    • H02K3/52—Fastening salient pole windings or connections thereto
    • H02K3/521—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only
    • H02K3/522—Fastening salient pole windings or connections thereto applicable to stators only for generally annular cores with salient poles
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K37/18—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures of homopolar type

Definitions

  • the present invention relates to the field of step-by-step electric motors and in particular hybrid stepper motors for low voltage applications, for example for applications in the field of vehicles.
  • step-by-step electric motors capable of providing high power, that is, high torque at high speed, for a small motor footprint.
  • the torque is a function of the current or the ampere turns (product of the current by the number of turns of a coil) circulating in the coils of a motor phase. Because of the rotation of the motor, each coil creates an induced voltage, proportional to the speed, which opposes the supply voltage, thus limiting the maximum current in the coils.
  • the supply voltage is low, for example for machines operating with batteries such as in embedded applications (eg vehicles, planes, boats)
  • the current can not be established or maintained at high speed due to the induced voltage.
  • the application by its constraints of maximum supply voltage, does not make it possible to counteract the effects of the induced voltage by increasing the supply voltage.
  • a conventional solution to improve the situation is to change the theoretically constant copper volume winding, especially using larger wire with fewer turns.
  • the induced voltage is decreased since it is proportional to the number of turns.
  • the resistances and inductances are proportional to the square of the number of turns and are of which very strongly diminished.
  • the current can be increased and maintained to higher rotational speeds.
  • This solution makes the manufacturing process, especially winding, more difficult as the wire diameter increases.
  • the design of the stator may limit the diameter of the wire that can pass into the spaces available for winding. Indeed, in a traditional hybrid engine, the poles are flared and the distance between two poles does not greatly increase the wire diameter used by the winding.
  • a known solution to circumvent this last limitation is to provide an articulated stator.
  • a conventional motor winding comprising a plurality of coils per electrical phase is illustrated, the coils 8a'-8d 'being connected in series.
  • a known solution for improving the high-speed torque is to put wires 11 ', 21' in parallel (bi-wire or multi-wire winding), ie several series of coils 8a'-8d 'are produced for the same phase. as schematically illustrated in Figure 1b.
  • the wires are then connected in parallel, which is equivalent to increasing the wire diameter.
  • An object of the invention is to provide a compact electric motor step by step, efficient and economical to manufacture.
  • a step-by-step electric motor having at least two electrical phases, comprising a stator with a plurality of magnetic stator poles for each electrical phase.
  • the stator comprises a magnetic armature comprising a plurality of coil cores and a plurality of coils for each electrical phase mounted on the coil cores, each coil defining one of said magnetic poles of the stator.
  • the plurality of coils of each electrical phase is formed of at least two conductive wires connected in parallel.
  • One or more of the plurality of coils of each electrical phase comprises a first of said at least two leads but not a second of said at least two leads, and one or more of said plurality of coils of each electrical phase includes the second but not the first of said at least two leads.
  • each coil is single-wire, ie it is formed of only one of the conductive wires.
  • the plurality of coils of each electrical phase is formed of more than two conductive wires connected in parallel and each coil is multifilar, ie it is formed of several conductive wires.
  • the number of turns formed by a conductive wire may be different or equal to the number of turns formed by another conductive wire of the same multi-wire coil.
  • each coil is connected in parallel with the other coils of the same electrical phase.
  • the plurality of coils of each electrical phase comprises at least two groups of coils connected in series.
  • the motor has two electrical phases.
  • the motor comprises at least eight magnetic poles distributed between the electrical phases.
  • the motor comprises four coils per electrical phase.
  • the stator comprises electrical terminals, each electrical terminal comprising one or more wire connection part (s) configured for connection with one or more ends of the conductive wires and a connection part. configured circuit for connection with a circuit board.
  • each electrical terminal comprises a single wire connection portion configured for connection to only one of the lead wires.
  • each electrical terminal includes a plurality of wire connection portions interconnected to the circuit connection portion by a bridge portion.
  • the stator comprises an insulator body mounted on the magnetic armature, the insulative body including a coil core housing portion mounted around the coil core to protect the lead wire from direct contact. with the magnetic armature, the insulating body further comprising an electrical terminal support part for mounting electrical terminals on the insulating body.
  • the magnetic armature comprises a support body, the magnetic poles extending radially inwardly of the support body and comprising an enlarged head, the coil core interconnecting the head to the support body , the heads of the adjacent magnetic poles being separated from each other by a space allowing a wire guide to wind said conductive wires around the coil core.
  • Fig. 1a is a diagram of a single-wire winding of a phase of a known step-by-step motor
  • Fig. 1b is a diagram of a two-wire winding of a phase of a known step-by-step motor
  • Fig. 2a is a diagram of a single-phase winding of a phase of a step-by-step electric motor according to a first variant of an embodiment of the invention
  • Fig. 2b is a diagram of a single-phase winding of a phase of a step-by-step electric motor according to a second variant of an embodiment of the invention
  • Fig. 2c is a diagram of a multi-wire winding of a phase of a step-by-step electric motor according to a third variant of an embodiment of the invention.
  • Fig. 2d is a diagram of a multi-wire winding of a phase of a step-by-step electric motor according to a fourth variant of an embodiment of the invention.
  • Fig. 3a is a view of a magnetic armature of a stator of an electric motor according to the invention.
  • Fig. 3b is a perspective view of the armature of FIG. 3a;
  • Fig. 4 is a perspective view of a stator of a step-by-step electric motor according to a first embodiment of the invention;
  • Fig. 5 is a perspective view of a stator of a step-by-step electric motor according to a second embodiment of the invention;
  • Fig. 6a is a perspective view of a stator of a step-by-step electric motor according to a third embodiment of the invention.
  • FIG. 6b is a plan view of the stator of FIG. 6a and FIG. 6c is a sectional view along the line A-A of Figure 6b;
  • Fig. 7 is a perspective view of a stator connected to a circuit board of a step-by-step electric motor according to one embodiment of the invention.
  • Fig. 8 is a graph showing a relationship between motor speed and torque / power for a conventional winding is windings according to embodiments of the invention.
  • a step-by-step electric motor according to various embodiments of the invention comprises a rotor (not shown) and a stator 2 comprising coils 8 and a magnetic armature 6.
  • the rotor known in itself, comprises a magnetized portion defining a plurality of rotor poles, the rotor rotating about an axis defining an axial direction.
  • Figures 4 to 7 illustrate a two-phase motor comprising eight magnetic poles P to the stator, each magnetic phase thus comprising four poles.
  • the invention can however be extended to motors comprising three or more phases, each of the phases comprising two or more poles, for example a stepper motor comprising three phases and nine poles.
  • the plurality of stator poles may be equal to or different from the number of poles of the rotor.
  • the magnetic armature 6 comprises a support body 16, for example in the form of a ring, and a plurality of magnetic poles P extending radially inwardly of the support body .
  • the magnetic poles P comprise an enlarged head 12 and a coil core 14 interconnecting the head 12 to the body of the support 16.
  • a coil 8, 9 is wound around the coil core 14.
  • the electric motor comprises eight magnetic poles P1 to P8 for a two-phase motor, that is to say four poles per phase.
  • the heads 12 of the magnetic poles P are separated from each other by a space £, the space £ allowing a wire guide to wind a conductive wire 1 1, 21, 31, 41 around the coil core 14. The width of the The space therefore limits the thickness or diameter of the wire that can be used for the coil.
  • the construction of the magnetic armature 6 is in itself known and can be formed by a stack of sheets of soft iron or other magnetically soft materials. In the case of the invention it is possible to have different outer forms of the magnetic armature, a different number of magnetic poles, and a different number of motor phases.
  • the shape of magnetic pole heads as well as coil cores may also vary depending on rotor diameter, materials used and other characteristics per se known in step motor construction.
  • the illustrated configuration including a two-phase motor with eight poles can provide, using a winding configuration according to the invention, an economical engine to manufacture with good torque / speed performance.
  • the stator 2 also includes one or more insulators 7 mounted on the magnetic armature 6, the insulative body 7 including a coil core housing portion mounted around the coil core 14 to protect the wire. 1 1, 21, 31, 41 of direct contact with the magnetic armature.
  • the insulating body 7 may for example be made in two parts assembled on either side on the magnetic armature in an axial direction.
  • the insulating body 7 may also include another electrical terminal support portion 18 for mounting electrical terminals 10 (variant of Figures 5 and 6) on the insulating body.
  • the insulating body 7 may include other aspects such as fastening means for assembling housings or other engine components around or on the stator.
  • the coils 8 of one of the phases are disposed interposed between the coils 9 of the other phase, the coils 8 being connected together to form one of the electrical phases, and the coils 9 being connected together to form another phase of the electric motor.
  • FIGS. 2a to 2d beginning with Figure 2a, the interconnection of the coils of one of the phases is illustrated.
  • the connection scheme of the other phase is identical.
  • the connection and arrangement diagrams of the coils 8, 9 according to the different variants of FIGS. 2a to 2d can be used in all the embodiments illustrated in FIGS. 4 to 7 and again in other embodiments of the invention. illustrated having more or fewer poles and / or electrical phases.
  • two coils 8a, 8b, respectively 8c, 8d are connected in series, each pair of coils being formed by a wire 11, respectively 21, connected at its ends to conductors. the corresponding electric phase PhE.
  • the first pair of coils 8a, 8b connected in series is thus wound with a wire 1 1 around two coil cores 14, and the other pair of coils 8c, 8d, connected in series is formed of a second wire 21 around of two cores of coils 14.
  • the son 1 1, 21 of the two pairs each have two ends connected to the same electrical phase PhE by means of connections disposed on the circuit board or other means otherwise known.
  • the ends of the wires may be connected to respective electrical terminals on an external connector, or to the circuit board 4.
  • the ends of the wires of the coils may be connected. directly to conductive tracks of the circuit board by soldering, soldering, or by mechanical connections, such as crimping or winding around a pin or other terminal mounted on the circuit board.
  • electrical terminals 10 are integrated in the stator 2, the terminals being housed in the insulating body 7.
  • electrical terminals 10 there are as many electrical terminals 10 as there are ends of wires. used for winding.
  • several wires can be connected to it. This can be particularly useful, especially in the case of two-wire or multi-wire windings.
  • the winding diagram corresponds to a variant according to Figure 2a comprises a wire 1 1, 21 wound around two coil cores , the two coils being connected in series. There are therefore, in this specific example, two pairs of coils for each phase.
  • each coil 8a, 8b, 8c, 8d of one phase is formed by a different conductor wire 11, 21, 31, 41.
  • a phase is thus formed by four coils having eight ends and in this case the variant of Figure 5 can be modified in that there would be sixteen electrical terminals.
  • the electrical terminals 10 of the same polarity and of the same phase may comprise a circuit connection part 25 intended to be connected to the circuit board. or another conductor of the electrical phase and a plurality of wire connection portions 24 connected to the ends of the coil wires by means of a bridge portion 26 interconnecting the plurality of wire connection portions as illustrated in FIGS. at 6c.
  • the electrical terminals are for example formed by a stamping of a metal sheet.
  • the wire connecting portions 24 may be in the form of slits having blades provided to remove the insulation of the wire and pinch the wire to establish an electrical connection between the wire and the blades, this type of electrical contact between an insulated wire and an electrical terminal being known per se.
  • the connection portions of the circuit 25 may for example be in the form of pins configured to be inserted into metallized holes of the circuit board 4.
  • the wire connection portions 24 and the circuit connection portions 25 described in connection with the variant of Figure 6a can be applied to the variant illustrated in Figure 5.
  • each coil 8a, 8b, 8c, 8d ( Figure 2d) or for each pair of coil connected in series 8a, 8b, respectively 8c, 8d ( Figure 2c)
  • several son are wound around each coil core 14.
  • three wires (a, b, c) are wound around each coil core 14, but it is of course possible to have only two wires in the case of this multi-wire winding or four wires, the number of three wires shown being only an example of a multi-wire winding.
  • the connections of the ends of the wires can be made in various ways described in connection with the single-wire configurations illustrated in FIGS. 2a and 2b above.
  • Different conductive wires of the same multi-wire coil can form a different number of turns or equal. Also, the diameter or even the materials of different conductive wires of the same coil may be different. This can be advantageous depending on the characteristics sought in relation to the winding process, the electrical, thermal and mechanical properties of the conducting wires, and the costs of materials and production.
  • the two coils connected in series can be arranged consecutively, that is to say separated by a pole of another phase. or in the opposite way.
  • the positions P1 and P5 are opposite positions and the positions P1 and P1 are consecutive positions.
  • the positions P1, P7, P5 and P3 belong to one phase and the positions P2, P4, P6, P8 belong to a second phase.
  • a relationship curve between the dynamic torque, mechanical power (vertical axis) and rotational speed of the rotor (horizontal axis) for three different coil connection configurations is illustrated.
  • the MDO and PMecO curve represents a configuration according to the state of the art represented by FIG. 1a (four coils of a phase connected in series) for a stepper motor having two phases with each four poles.
  • the torque and power curves MD1, PMed and MD2, PMec2 correspond to the configuration illustrated in FIG. 2a, namely for MD1, PMed a configuration of two consecutive coils connected in series (for example P1 and P3 in series with P5 and P7) and for MD2, PMec2 a configuration of two opposite coils connected in series (for example P1 and P5 in series with P3 and P7). It is found that at high speeds the engine torque variants according to the invention is maintained while for a configuration according to the prior art the torque decreases at high speed.
  • coils 8a, 8b, 8c, 8d phase one
  • coils 9a, 9b, 9c, 9d phase two

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)

Abstract

Moteur électrique pas-à-pas ayant au moins deux phases électriques, comprenant un stator (2) avec une pluralité de pôles magnétiques de stator (P) pour chaque phase électrique. Le stator comprend une armature magnétique (6) comprenant une pluralité de noyaux de bobines (14) et une pluralité de bobines (8, 9) pour chaque phase électrique montées sur les noyaux de bobines. Chaque bobine définit une desdites pôles magnétiques du stator. La pluralité de bobines de chaque phase électrique est formée d'au moins deux fils conducteurs (11, 21, 31, 41 ) connectés en parallèle. Une ou plusieurs bobines comprend l'un des fils conducteurs et une ou plusieurs autres bobines comprend l'autre desdits fils conducteurs.

Description

MOTEUR ELECTRIQUE PAS-A-PAS
La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques pas-à-pas et notamment les moteurs électriques pas-à-pas hybrides pour des applications basse tension, par exemple pour des applications dans le domaine des véhicules.
Dans beaucoup d'applications on cherche à avoir des moteurs électriques de type pas- à-pas capable de fournir une puissance élevée, c'est-à-dire un couple élevé à vitesse élevée, pour un encombrement de moteur faible. De manière générale, le couple est fonction du courant ou des ampères tours (produit du courant par le nombre de spires d'une bobine) circulant dans les bobines d'une phase du moteur. Du fait de la rotation du moteur, chaque bobine crée une tension induite, proportionnelle à la vitesse, qui s'oppose à la tension d'alimentation, limitant ainsi le courant maximum dans les bobines. Dans des applications où la tension d'alimentation est faible, par exemple pour des machines fonctionnant avec des batteries telles que dans les applications embarquées (e.g. véhicules, avions, bateaux), il faut pouvoir maintenir le courant à haute vitesse pour avoir plus de couple et plus de puissance mécanique. Toutefois, le courant ne peut pas s'établir ou se maintenir à haute vitesse du fait de la tension induite. Par ailleurs, l'application, par ses contraintes de tension maximale d'alimentation, ne permet pas de contrecarrer les effets de la tension induite en augmentant la tension d'alimentation.
Une solution conventionnelle pour améliorer la situation est de changer le bobinage à volume de cuivre théoriquement constant, notamment en utilisant du fil plus gros avec moins de spires. La tension induite est diminuée puisqu'elle est proportionnelle au nombre de spires. Les résistances et inductances sont proportionnelles au carré du nombre de spires et sont dont très fortement diminuées. Il s'ensuit que le courant peut être augmenté et maintenu jusqu'à des vitesses de rotation plus élevées. Cette solution rend le processus de fabrication, notamment le bobinage, plus difficile lorsque le diamètre de fil augmente. D'autre part, le design du stator peut limiter le diamètre du fil pouvant passer dans les espaces disponibles pour le bobinage. En effet, dans un moteur hybride traditionnel, les pôles sont évasés et la distance entre deux pôles ne permet pas d'augmenter beaucoup le diamètre de fil utilisé par le bobinage.
Une solution connue pour contourner cette dernière limitation est de fournir un stator articulé. Faisant référence à la figure 1 a, un bobinage conventionnel d'un moteur comprenant une pluralité de bobines par phase électrique est illustrée, les bobines 8a'-8d' étant connectées en série. Une solution connue pour améliorer le couple à haute vitesse, est de mettre des fils 1 1 ', 21 ' en parallèle (bobinage bi-filaire ou multifilaire), à savoir plusieurs séries de bobines 8a'-8d' sont réalisées pour une même phase, telle qu'illustrée schématiquement dans la figure 1 b. Les fils sont ensuite connectés en parallèle, cela étant équivalent à augmenter le diamètre de fil. Pour les pôles d'une même phase, on peut mettre beaucoup de fils en parallèles, pour augmenter l'effet. Cela peut être difficile à gérer en termes de nombre de fils et de connexions électriques entre fils.
Un objet de l'invention est de fournir un moteur électrique pas-à-pas compact, performant et économique à fabriquer.
Il est avantageux de fournir un moteur électrique pas-à-pas ayant un grand couple à vitesse élevée.
Il est avantageux de fournir un moteur électrique pas-à-pas ayant un haut rendement. Dans la présente invention, on décrit un moteur électrique pas-à-pas ayant au moins deux phases électriques, comprenant un stator avec une pluralité de pôles magnétiques de stator pour chaque phase électrique. Le stator comprend une armature magnétique comprenant une pluralité de noyaux de bobines et une pluralité de bobines pour chaque phase électrique montées sur les noyaux de bobines, chaque bobine définissant une desdites pôles magnétiques du stator. La pluralité de bobines de chaque phase électrique est formée d'au moins deux fils conducteurs connectés en parallèle. Une ou plusieurs de la pluralité de bobines de chaque phase électrique comprend un premier desdits au moins deux fils conducteurs mais pas un deuxième desdits au moins deux fils conducteurs, et une ou plusieurs autres de ladite pluralité de bobines de chaque phase électrique comprend le deuxième mais pas le premier desdits au moins deux fils conducteurs.
Dans une forme d'exécution, chaque bobine est unifilaire, à savoir qu'elle est formée d'un seul des fils conducteurs.
Dans une forme d'exécution, la pluralité de bobines de chaque phase électrique est formée de plus de deux fils conducteurs connectés en parallèle et chaque bobine est multifilaire, à savoir qu'elle est formée de plusieurs fils conducteurs. Le nombre de spires formées par un fil conducteur peut être différent, ou égal, au nombre de spires formées par un autre fil conducteur d'une même bobine multifilaire.
Dans une forme d'exécution, chaque bobine est connectée en parallèle avec les autres bobines de la même phase électrique.
Dans une forme d'exécution, la pluralité de bobines de chaque phase électrique comprend au moins deux groupes de bobines connectées en série. Dans une forme d'exécution avantageuse, le moteur a deux phases électriques.
Dans une forme d'exécution avantageuse, le moteur comprend au moins huit pôles magnétiques répartis entre les phases électriques.
Dans une forme d'exécution avantageuse, le moteur comprend quatre bobines par phase électrique.
Dans une forme d'exécution avantageuse, le stator comprend des bornes électriques, chaque borne électrique comprenant une ou plusieurs partie(s) de connexion de fil configurée(s) pour une connexion avec une ou plusieurs extrémités des fils conducteurs et une partie de connexion de circuit configurée pour une connexion avec une plaquette de circuit. Dans une forme d'exécution, chaque borne électrique comprenant une seule partie de connexion de fil configurée pour une connexion avec un seul des fils conducteurs.
Dans une forme d'exécution, chaque borne électrique comprend plusieurs parties de connexion de fil interconnectées à la partie de connexion de circuit par une partie de pont.
Dans une forme d'exécution avantageuse, le stator comprend un corps isolant monté sur l'armature magnétique, le corps isolant comprenant une partie de logement de noyau de bobine monté autour du noyau de bobine afin de protéger le fil conducteur d'un contact direct avec l'armature magnétique, le corps isolant comprenant en outre une partie de support de bornes électriques pour le montage de bornes électriques sur le corps isolant. Dans une forme d'exécution avantageuse, l'armature magnétique comprend un corps de support, les pôles magnétiques s'étendant radialement vers l'intérieur du corps de support et comprenant une tête élargie, le noyau de bobine interconnectant la tête au corps de support, les têtes des pôles magnétiques adjacentes étant séparées entre elles par un espace permettant à un guide fil d'embobiner lesdits fils conducteur autour du noyau de bobine.
D'autres buts et aspects avantageux de l'invention apparaîtront à la lecture des revendications et/ou de la description détaillée ci-après de formes d'exécution de l'invention en relation avec les figures, dans lesquelles :
La Fig. 1 a est un schéma d'un bobinage unifilaire d'une phase d'un moteur pas-à-pas connu ;
La Fig. 1 b est un schéma d'un bobinage bifilaire d'une phase d'un moteur pas-à-pas connu;
La Fig. 2a est un schéma d'un bobinage unifilaire d'une phase d'un moteur électrique pas-à-pas selon une première variante d'une forme d'exécution de l'invention ;
La Fig. 2b est un schéma d'un bobinage unifilaire d'une phase d'un moteur électrique pas-à-pas selon une deuxième variante d'une forme d'exécution de l'invention ;
La Fig. 2c est un schéma d'un bobinage multifilaire d'une phase d'un moteur électrique pas-à-pas selon une troisième variante d'une forme d'exécution de l'invention ;
La Fig. 2d est un schéma d'un bobinage multifilaire d'une phase d'un moteur électrique pas-à-pas selon une quatrième variante d'une forme d'exécution de l'invention ;
La Fig. 3a est une vue d'une armature magnétique d'un stator d'un moteur électrique selon l'invention ;
La Fig. 3b est une vue en perspective de l'armature de la figure 3a ; La Fig. 4 est une vue en perspective d'un stator d'un moteur électrique pas-à-pas selon une première forme d'exécution de l'invention ; La Fig. 5 est une vue en perspective d'un stator d'un moteur électrique pas-à-pas selon une deuxième forme d'exécution de l'invention ;
La Fig. 6a est une vue en perspective d'un stator d'un moteur électrique pas-à-pas selon une troisième forme d'exécution de l'invention ;
La Fig. 6b est une vue plane du stator de la figure 6a et la Fig. 6c est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 6b ;
La Fig. 7 est une vue en perspective d'un stator connecté à une plaquette de circuit d'un moteur électrique pas-à-pas selon une forme d'exécution de l'invention ; et
La Fig. 8 est une graphique montrant une relation entre la vitesse moteur et le couple / puissance pour un bobinage classique est des bobinages selon des formes d'exécution de l'invention. Faisant référence aux figures, un moteur électrique pas-à-pas, selon différentes formes d'exécution de l'invention comprend un rotor (non-illustré) et un stator 2 comprenant des bobinages 8 et une armature magnétique 6. Le rotor, connu en soi, comprend une partie aimantée définissant une pluralité de pôles de rotor, le rotor tournant autour d'un axe définissant une direction axiale. Les figures 4 à 7 illustrent un moteur à deux phases comprenant huit pôles magnétiques P au stator, chaque phase magnétique comprenant donc quatre pôles. L'invention peut toutefois être étendue à des moteurs comprenant trois ou plus de phases, chacune des phases comprenant deux ou plus de pôles, par exemple un moteur pas-à-pas comprenant trois phases et neuf pôles magnétiques. La pluralité de pôles de stator peut être de nombre égal ou différent du nombre de pôles du rotor.
Faisant référence plus particulièrement aux figures 3a, 3b, l'armature magnétique 6 comprend un corps de support 16, par exemple sous forme d'un anneau, et une pluralité de pôles magnétiques P s'étendant radialement vers l'intérieur du corps de support. Les pôles magnétiques P comprennent une tête élargie 12 et un noyau de bobine 14 interconnectant la tête 12 au corps du support 16. Une bobine 8, 9 est embobinée autour du noyau de bobine 14. Dans l'exemple illustré, le moteur électrique comprend huit pôles magnétiques P1 à P8 pour un moteur diphasé, c'est-à-dire quatre pôles par phase. Les têtes 12 des pôles magnétiques P sont séparées entre elles par un espace £, l'espace £ permettant à un guide fil d'embobiner un fil conducteur 1 1 , 21 , 31 , 41 autour du noyau de bobine 14. La largeur de l'espace £ limite donc l'épaisseur ou le diamètre du fil qui peut être utilisé pour la bobine.
La construction de l'armature magnétique 6 est en soi connue et peut être formée par un empilement de tôles en fer doux ou d'autres matériaux magnétiquement doux. Dans le cas de l'invention il est possible d'avoir différentes formes extérieures de l'armature magnétique, un nombre différent de pôles magnétiques, et un nombre différent de phases du moteur. La forme des têtes des pôles magnétiques ainsi que des noyaux de bobines peut également varier en fonction du diamètre du rotor, des matériaux utilisés et d'autres caractéristiques en soi connues dans la construction des moteurs pas-à-pas. Pour un moteur pas-à-pas utilisé dans des applications embarquées travaillant à basse tension (par exemple 12 volts, 24 volts ou 48 volts) la configuration illustrée comprenant un moteur diphasé avec huit pôles permet de fournir, en utilisant une configuration de bobinage selon l'invention, un moteur économique à fabriquer avec de bonnes performances couple/vitesse. Le stator 2 comprend également un ou plusieurs corps isolant(s) 7 monté(s) sur l'armature magnétique 6, le corps isolant 7 comprenant une partie de logement de noyau de bobine monté autour du noyau de bobine 14 afin de protéger le fil 1 1 , 21 , 31 , 41 d'un contact direct avec l'armature magnétique. Le corps isolant 7 peut par exemple être fait en deux parties assemblées de part et d'autre sur l'armature magnétique dans une direction axiale. Le corps isolant 7 peut aussi comprendre une autre partie de support de borne électrique 18 pour le montage de bornes électriques 10 (variante des figures 5 et 6) sur le corps isolant. Le corps isolant 7 peut comprendre d'autres aspects tels que des moyens de fixation pour l'assemblage de boîtiers ou d'autres composants du moteur autour ou sur le stator. Dans l'exemple illustré d'un moteur diphasé les bobines 8 d'une des phases sont disposées de manière interposée entre les bobines 9 de l'autre phase, les bobines 8 étant connectées entre elles pour former une des phases électriques, et les bobines 9 étant connectées entre elles pour former une autre phase du moteur électrique. Faisant référence aux figures 2a à 2d, en commençant par la figure 2a, l'interconnexion des bobines d'une des phases est illustrée. Le schéma de connexion de l'autre phase est identique. Les schémas de connexion et d'arrangement des bobines 8, 9 selon les différentes variantes des figures 2a à 2d peuvent être utilisés dans toutes les formes d'exécution illustrées dans les figures 4 à 7 et encore dans d'autres formes d'exécution non illustrées comprenant plus ou moins de pôles et/ou de phases électriques.
Dans la variante de connexion des bobines de la figure 2a, deux bobines 8a, 8b, respectivement 8c, 8d sont connectées en série, chaque paire de bobines étant formée par un fil 1 1 , respectivement 21 , connecté à ses extrémités à des conducteurs de la phase électrique PhE correspondante. La première paire de bobines 8a, 8b connectées en série est donc bobinée avec un fil 1 1 autour de deux noyaux de bobines 14, et l'autre paire de bobines 8c, 8d, connectées en série est formée d'un deuxième fil 21 autour de deux noyaux de bobines 14. Les fils 1 1 , 21 des deux paires présentent chacun deux extrémités connectées à la même phase électrique PhE au moyen de connexions disposées sur la plaquette de circuit ou d'un autre moyen par ailleurs connu. Les extrémités des fils peuvent être connectées à des bornes électriques respectives se trouvant sur un connecteur externe, ou sur la plaquette de circuit 4. Dans une variante, les extrémités des fils des bobines, tels qu'illustrés dans la figure 4, peuvent être connectés directement à des pistes conductrices de la plaquette de circuit par soudure, brasage, ou par des connexions mécaniques, de type par exemple de sertissage ou d'enroulement autour d'un pin ou autre terminal monté sur la plaquette de circuit.
Dans la forme d'exécution de la figure 5, des bornes électriques 10 sont intégrées dans le stator 2, les bornes étant logées dans le corps isolant 7. Dans la configuration illustrée, il y autant de bornes électriques 10 que d'extrémités de fils utilisés pour le bobinage. Selon la réalisation des bornes électriques 10, plusieurs fils peuvent y être connectés. Cela peut être particulièrement utile, notamment dans le cas de bobinages bifilaires ou multifilaires. Dans l'exemple illustré, il y a huit pôles magnétiques P1 à P8 et huit bornes électriques 10, cela impliquant que le schéma de bobinage correspond à une variante selon la figure 2a comprend un fil 1 1 , 21 bobiné autour de deux noyaux de bobines, les deux bobines étant connectées en série. Il y a donc, dans cet exemple spécifique, deux paires de bobines pour chaque phase.
La forme d'exécution illustrée à la figure 5 peut toutefois varier en fonction du nombre de fils utilisés pour le bobinage et le nombre de bobines connectées en série. Par exemple, si on se réfère à la configuration illustrée schématiquement dans la figure 2b, chaque bobine 8a, 8b, 8c, 8d d'une phase est formée par un fil conducteur 1 1 , 21 , 31 , 41 différent. Une phase est donc formée par quatre bobines présentant huit extrémités et dans ce cas la variante de la figure 5 peut être modifiée en ce qu'il y aurait seize bornes électriques. Dans une variante, il est possible de réduire le nombre de bornes électriques en connectant une borne électrique à deux extrémités de fils conducteurs, voire même à trois ou à quatre extrémités de fils conducteurs, par exemple en fournissant une borne ayant un moyen de sertissage, ou en soudant les deux, voire plus d'extrémités ensemble.
Afin de diminuer le nombre de bornes électriques connectées à un connecteur externe ou à la plaquette de circuit 4, les bornes électriques 10 de même polarité et de même phase peuvent comprendre une partie de connexion de circuit 25 destinée à être connectée à la plaquette de circuit ou à un autre conducteur de la phase électrique et plusieurs parties de connexion de fils 24 connectées aux extrémités des fils des bobines au moyen d'une partie de pont 26 interconnectant la pluralité de partie de connexion de fils telle qu'illustrée dans les figures 6a à 6c. Dans cette dernière forme d'exécution, les bornes électriques sont par exemple formées par un estampage d'une tôle de métal. Les parties de connexion de fils 24 peuvent être sous forme de fentes présentant des lames prévues pour enlever l'isolation du fil et pincer le fil pour établir une connexion électrique entre le fil et les lames, ce type de contact électrique entre un fil isolé et une borne électrique étant en soi connu. Les parties de connexion du circuit 25 peuvent par exemple être sous forme de pins configurés pour être insérés dans des trous métallisés de la plaquette de circuit 4. Les parties de connexion de fils 24 et les parties de connexion de circuit 25 décrites en relation avec la variante de la figure 6a peuvent s'appliquer à la variante illustrée dans la figure 5.
Faisant référence aux figures 2c et 2d, pour chaque bobine 8a, 8b, 8c, 8d (figure 2d) ou pour chaque paire de bobine connectée en série 8a, 8b, respectivement 8c, 8d (figure 2c), plusieurs fils sont embobinés autour de chaque noyau de bobine 14. Dans ces exemples, trois fils (a, b, c) sont embobinés autour de chaque noyau de bobine 14, mais il est bien entendu possible de n'avoir que deux fils dans le cas de ce bobinage multifilaire ou quatre fils, le nombre de trois fils illustré n'étant qu'à titre d'exemple d'un bobinage multifilaire. Les connexions des extrémités des fils peuvent être effectuées de différentes manières décrites en relation avec les configurations unifilaires illustrées dans les figures 2a et 2b ci-dessus. Différents fils conducteurs d'une même bobine multifilaire peuvent former un nombre de spires différents ou égal. Aussi, le diamètre ou même les matériaux de différents fils conducteurs d'une même bobine peuvent être différents. Cela peut être avantageux en fonction de caractéristiques recherchées en relation avec le procédé de bobinage, les propriétés électriques, thermiques et mécaniques des fils conducteurs, et les coûts des matériaux et de production.
Dans une configuration ou deux bobines sont connectées en série, telle qu'illustrée dans la figure 2a, les deux bobines connectées en série peuvent être disposées de manière consécutive, c'est-à-dire séparées par un pôle d'une autre phase, ou de manière opposée. Par exemple, en faisant référence à la figure 3a, les positions P1 et P5 sont des positions opposées et les positions P1 et PI sont des positions consécutives. Les positions P1, P7, P5 et P3 appartiennent à une phase et les positions P2, P4, P6, P8 appartiennent à une deuxième phase. Faisant référence à la figure 8, une courbe de relation entre le couple dynamique, respectivement la puissance mécanique (axe vertical) et la vitesse de rotation du rotor (axe horizontal) pour trois différentes configurations de connexion de bobine est illustrée. La courbe MDO et PMecO représente une configuration selon l'état de l'art représenté par la figure 1 a (quatre bobines d'une phase connectées en série) pour un moteur pas-à-pas ayant deux phases avec chacune quatre pôles. Les courbes de couple et de puissance MD1, PMed et MD2, PMec2, correspondent à la configuration illustrée dans la figure 2a, à savoir pour MD1, PMed une configuration de deux bobines consécutives connectées en série (par exemple P1 et P3 en série avec P5 et P7) et pour MD2, PMec2 une configuration de deux bobines opposées connectées en série (par exemple P1 et P5 en série avec P3 et P7). On constate qu'à des vitesses élevées le couple moteur des variantes selon l'invention est maintenu alors que pour une configuration selon l'art antérieur le couple diminue à haute vitesse.
Liste des références dans les figures
Moteur
Stator 2
Armature magnétique 6
Pôle magnétique P, P1 à P8
Tête 12
Noyau de bobine 14
Corps (anneau) de support 16
Corps isolant 7
Partie de support de borne électrique 18
Partie de logement de noyau de bobine Bobinages 8, 9
bobines 8a, 8b, 8c, 8d (phase une) bobines 9a, 9b, 9c, 9d (phase deux) Fil conducteur 1 1 , 21 , 31 , 41
Borne électrique 10
Partie de connexion de fil 24
Partie de connexion de circuit 25 Partie de pont 26
Plaquette de circuit 4
Direction axiale
Espace entre pôles E

Claims

Revendications
1. Moteur électrique pas-à-pas ayant au moins deux phases électriques, comprenant un stator (4) avec une pluralité de pôles magnétiques de stator (P) pour chaque phase électrique, le stator comprenant une armature magnétique (6) comprenant une pluralité de noyaux de bobines (14) et une pluralité de bobines (8, 9) pour chaque phase électrique montées sur les noyaux de bobines, chaque bobine définissant un desdits pôles magnétiques du stator, caractérisé en ce que ladite pluralité de bobines de chaque phase électrique est formée d'au moins deux fils conducteurs (1 1 , 21 , 31 , 41 ) connectés en parallèle, et en ce que une ou plusieurs de ladite pluralité de bobines de chaque phase électrique comprend un premier desdits au moins deux fils conducteurs mais pas un deuxième desdits au moins deux fils conducteurs, et une ou plusieurs autres de ladite pluralité de bobines de chaque phase électrique comprend le deuxième mais pas le premier desdits au moins deux fils conducteurs.
2. Moteur électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque bobine est unifilaire, étant formée d'un seul desdits au moins deux fils conducteurs.
3. Moteur électrique selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la pluralité de bobines de chaque phase électrique est formée de plus de deux fils conducteurs connectés en parallèle et chaque bobine est multifilaire, étant formée de plusieurs desdits fils conducteurs.
4. Moteur selon revendication précédente, caractérisé en ce que le nombre de spires formées par au moins un desdits fils conducteurs d'une bobine multifilaire est différent du nombre de spires formées par au moins un autre desdits fils conducteurs de ladite bobine multifilaire.
5. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque bobine est connectée en parallèle avec les autres bobines de la même phase électrique.
6. Moteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite pluralité de bobines de chaque phase électrique comprend au moins deux groupes de bobines connectées en série.
7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il a deux phases électriques.
8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins huit pôles magnétiques (P1-P8) répartis entre les phases électriques.
9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur comprend quatre bobines par phase électrique.
10. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator comprend des bornes électriques (10), chaque borne électrique comprenant une ou plusieurs partie(s) de connexion de fil (24) configurée(s) pour une connexion avec une ou plusieurs extrémités des fils conducteurs et une partie de connexion de circuit (25) configurée pour une connexion avec une plaquette de circuit (4).
1 1 . Moteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que chaque borne électrique comprenant une seule partie de connexion de fil configurée pour une connexion avec un seul des fils conducteurs.
12. Moteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que chaque borne électrique comprend plusieurs parties de connexion de fil (24) interconnectés à la partie de connexion de circuit par une partie de pont (26).
13. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le stator comprend un corps isolant (7) monté sur l'armature magnétique, le corps isolant comprenant une partie de logement de noyau de bobine monté autour du noyau de bobine afin de protéger le fil conducteur d'un contact direct avec l'armature magnétique, le corps isolant comprenant en outre une partie de support de bornes électriques (18) pour le montage de bornes électriques (10) sur le corps isolant.
14. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'armature magnétique comprend un corps de support (16), les pôles magnétiques (P) s'étendant radialement vers l'intérieur du corps de support et comprenant une tête (12) élargie, le noyau de bobine (14) interconnectant la tête au corps de support, les têtes des pôles magnétiques adjacentes étant séparées entre elles par un espace (£) permettant à un guide fil d'embobiner lesdits fils conducteur autour du noyau de bobine.
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