CH653189A5

CH653189A5 - Moteur pas a pas electrique.

Info

Publication number: CH653189A5
Application number: CH1913/83A
Authority: CH
Inventors: Claude Oudet
Original assignee: Portescap
Priority date: 1983-04-08
Filing date: 1983-04-08
Publication date: 1985-12-13
Also published as: GB2139013B; JPS6043058A; JPH072002B2; FR2544138B1; FR2544138A1; DE3412265C2; GB2139013A; DE3412265A1; US4517478A; GB8408631D0

Description

L'invention concerne un moteur pas-à-pas électrique du type correspondant au préambule de la revendication 1. Un tel moteur est décrit par exemple dans le brevet suisse N° 637508.

Dans les moteurs de ce type, il est souhaitable de pouvoir minimiser les harmoniques du couple dus au courant et ceux du couple existant en absence de courant.

Dans ce but, on a notamment déjà proposé de diviser chaque groupe de circuits magnétiques élémentaires associés à une phase d'un moteur diphasé en deux sous-groupes et de décaler ces sous-groupes l'un par rapport à l'autre de manière à compenser l'harmonique 4 du couple en absence de courant.

Il se révèle toutefois que dans certaines applications, et notamment lorsque le moteur est commandé de façon à effectuer des pas fractionnés (microstepping), d'autres harmoniques, en particulier les harmoniques trois et cinq du couple dus au courant, sont également gênants, de sorte que l'on a cherché à utiliser le même principe de décalage de sous-groupes de circuits élémentaires pour compenser ces harmoniques. Dans le moteur décrit dans la demande de brevet PCT/CH N° 82.00127, des exemples ont été donnés pour illustrer l'application de telles mesures à un moteur présentant des circuits magnétiques du type décrit dans ce brevet. Le même principe est également applicable à un moteur présentant des circuits magnétiques tels que décrits dans le brevet suisse susmentionné N° 637508.

Toutefois, dans ce cas, si l'on cherche à appliquer un décalage entre les deux moitiés de stator disposées de part et d'autre du plan transversal contenant le disque aimanté, les pertes de flux résultant d'un tel décalage, dans les différents circuits élémentaires qui sont de faible épaisseur, deviennent pratiquement prohibitives. Or, ledit décalage constitue une mesure de compensation d'harmonique particulièrement efficace qui permet en outre d'utiliser simultanément la subdivision en sous-groupes entre eux pour compenser d'autres harmoniques.

L'invention vise notamment à fournir un moteur du type susmentionné, permettant de réaliser une compensation d'harmonique par un décalage angulaire des deux moitiés de stator sans perte notable de flux.

A cet effet, le moteur selon l'invention est caractérisé par les mesures énumérées dans la partie caractéristique de la revendication 1. La revendication 2 décrit une forme d'exécution particulière de l'invention.

L'invention sera expliquée avec plus de détails en référence à une forme d'exécution préférentielle, décrite à titre d'exemple et illustrée dans les dessins annexés, dans lesquels:

la fig. 1 est une vue en coupe axiale d'un moteur pas-à-pas diphasé selon l'invention, la coupe suivant la ligne I-I de la fig. 2;

la fig. 2 est une coupe du moteur selon la ligne II-II de la fig. 1, et la fig. 3 est une vue en direction axiale d'un circuit magnétique élémentaire sans bobine, montrant schématiquement une partie de l'organe rotatif coopérant avec ce circuit.

Le moteur pas-à-pas représenté aux fig. 1 et 2 comporte un organe rotatif 1 en forme de disque annulaire monté sur un arbre 2 au moyen de deux parties de support 3, 4. Les parties 3, 4 sont chassées sur l'arbre 2 et supportent à leur partie périphérique un aimant permanent mince constituant l'organe 1. Celui-ci est aimanté axialement et présente de chaque côté du disque 2N pôles magnétiques de polarité alternante, disposés régulièrement le long d'une zone annulaire.

Comme le montre la fig. 1, la présente forme d'exécution du moteur est pratiquement symétrique par rapport à un plan transversal contenant l'organe rotatif 1. Deux supports de stator 5, 6 en matériau non magnétique, par exemple en matière plastique, sont disposés en regard l'un de l'autre et assemblés au moyen de flasques annulaires 7, 8 et de vis 9, 9', etc. L'arbre 2 du moteur est monté de façon rotative par rapport aux supports 5, 6 au moyen de paliers 10, 11. Plusieurs circuits magnétiques élémentaires 12 ainsi que des bobines électriques 13', 13", 13'", 13,v (non représentée) et 14' (non représentée), 14", 14"', 14'" (non représentée) sont supportés par les supports 5, 6.

Chaque circuit magnétique élémentaire 12 comporte deux parties de stator 12', 12" en forme de U, réalisées en un matériau de grande perméabilité magnétique, et disposées radialement, l'une en face de l'autre dans le sens axial. Plus particulièrement, une première branche, extérieure, du U de chaque première partie de stator 12' est en contact, par son extrémité, avec l'extrémité correspondante d'une première branche du U d'une deuxième partie de stator 12", alors que les deuxièmes branches des U, intérieures, de ces mêmes parties de stator, présentent des extrémités espacées l'une de l'autre de manière à former un entrefer 15 entre celles-ci. Les parties de stator peuvent être réalisées en une pièce de fer doux ou, pour améliorer la qualité du circuit, sous forme lamellaire.

Ainsi qu'il ressort de lr fig. 2, les circuits magnétiques élémentaires sont divisés en quatre groupes, comprenant chacun quatre circuits magnétiques élémentaires, deux groupes étant associés à chacune des phases et les groupes associés à une même phase étant disposés de façon diamétralement opposée. Chaque phase comporte ainsi deux paires de bobines à savoir 13', 14' et 13"', 14"' pour l'une, et 13", 14" et 13'v, 14'v pour l'autre phase. Les bobines associées à

s

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chaque phase sont disposées de façon diamétralement opposée dans chaque moitié de stator complet du moteur. Ces moitiés de stator sont constituées par les parties disposées de part et d'autre du plan contenant l'organe rotatif 1. Deux bobines diamétralement opposées dans la moitié de stator comportant le support 6 sont visibles partiellement dans la fig. 2 et ont été désignées par 13' et 13"', respectivement.

Les circuits magnétiques élémentaires sont espacés angulairement l'un par rapport à l'autre d'un angle au moins égal à 2kjc/N, approximativement, où k est un nombre entier et N le nombre de paires de pôles du rotor.

Comme le montrent les fig. 1 et 2, deux bobines électriques sont couplées avec chaque circuit magnétique élémentaire 12, et les circuits de chaque groupe sont couplés, dans leur ensemble, avec deux bobines correspondantes telles que 13', 14'. Les bobines sont disposées autour des branches de U formant les entrefers des circuits élémentaires, et leur forme, montrée à la fig. 2, assure que les spires sont placées relativement près de ces branches du U. De plus, la section des bobines remplit pratiquement entièrement l'espace entre les deux branches du U de chaque partie de stator. Seules deux bagues 16, 17 sont placées également dans cet espace pour maintenir les bobines en place et pour guider les fils de connexion de celles-ci.

La disposition décrite ci-dessus fournit un excellent couplage entre les bobines et les circuits élémentaires correspondants, une longueur minimale des lignes de flux magnétique à l'intérieur des circuits et un couplage extrêmement faible entre les bobines associées respectivement aux deux phases.

La fig. 3 montre un circuit magnétique élémentaire isolé 12 réalisé par exemple sous forme lamellaire, une branche de U de chaque partie de stator formant l'entrefer de la manière décrite ci-dessus. La fig. 3 montre également, de façon schématique, une zone périphérique annulaire du disque 1 en matériau magnétique dur, aimanté axialement de façon à présenter lesdits 2N pôles magnétiques de polarité alternante de chaque côté du disque annulaire, ces pôles étant indiqués par N et S.

La fig. 2 illustre la particularité du présent moteur. Elle montre la répartition des deuxièmes parties de stator 12" des circuits magnétiques élémentaires, les premières parties correspondantes étant disposées comme décrit plus haut. Les centres des extrémités des première et deuxième branches du U d'une de ces deuxièmes parties de stator ont été désignés et indiqués dans le plan de ces extrémités par S et R respectivement.

Les centres R et S sont décalés angulairement l'un par rapport à l'autre d'un angle dj correspondant à la moitié du décalage angulaire fournissant une compensation de l'harmonique voulu. Avec les désignations de la fig. 2, l'angle est l'angle entre les plans axiaux n et p. Le décalage est analogue et dans le même sens pour toutes les parties de stator d'une même moitié de stator. En ce qui concerne la deuxième moitié de stator, le décalage a la même valeur, et il a lieu dans un sens tel que, lors de l'assemblage des deux moitiés de stator, les deux décalages s'ajoutent. Plus précisément, les extrémités des premières branches du U ou branches extérieures seront superposées dans les deux moitiés de stator lors de l'assemblage, alors que les centres des deuxièmes branches intérieures correspondantes sont décalés d'un angle de 2aj l'un par rapport à l'autre. On obtient ainsi pour les pôles actifs du stator, c'est-à-dire les pôles qui forment l'en653 189

trefer, un décalage réalisant la compensation de l'harmonique voulu. Par exemple, dans le cas de l'harmonique 4 du couple résiduel, c'est-à-dire du couple s'exerçant sur le rotor en absence de courant électrique dans les bobines, du fait de l'interaction des pôles magnétiques du disque aimanté avec les parties polaires du stator, on choisira 2aj sensiblement égal à 7t/4N. D'une manière générale, le décalage 2a 1 est choisi sensiblement égal à jt/hN, où h est l'ordre de l'harmonique à compenser. Il s'est révélé préférable, par expérience, d'augmenter le décalage d'environ 10% par rapport à la valeur théorique pour assurer une très bonne compensation, compte tenu des distorsions réelles du champ magnétique.

Cette mesure de compensation peut être combinée avantageusement avec des mesures de compensation à l'intérieur de chaque moitié de stator, par un décalage des plans de symétrie axiaux respectifs des parties polaires de chaque groupe de parties polaires. Par exemple, dans le cas de la fig. 2, l'harmonique d'ordre 3 du couple dû au courant électrique est compensé par un décalage des plans axiaux indiqués par q et p par rapport à un plan axial m qui est un plan de symétrie pour les extrémités des branches extérieures des parties de stator. Dans le cas représenté, les centres S' et S sont situés dans des plans q et p tels que, par rapport à m, les angles a2 = tc/N et a3 = 3rc/N + it/6N, c'est-à-dire que le plan axial de symétrie entre les deux centres est décalé par rapport au plan m de 7t/6N, soit de la moitié de l'angle de compensation de l'harmonique 3, l'autre moitié étant obtenue par un décalage analogue des centres symétriques à S' et S par rapport au plan m.

Pour compenser à la fois les harmoniques 3 et 5 à l'intérieur d'un groupe de quatre parties polaires, on décale entre eux les plans de symétrie axiaux tels que p et q de deux parties polaires consécutives, dans le sens circonférentiel du moteur, formant des sous-groupes 125, 126 et 127, 128, 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, on décale les plans de symétrie des parties polaires 125,126 et 127, 128 de + rc/5N par rapport à leur position théorique, correspondant par exemple à un angle de 2n/N entre ces plans de symétrie, et l'on décale les plans de symétrie axiaux des sous-groupes 125,126 et 127,128, considérés chacun comme un tout, l'un par rapport à l'autre d'un angle de ± 7t/3N. L'ensemble de ces décalages est effectué de telle façon que les écarts résultant, par rapport à la position 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 (2k — Jt/5)/N, (2n — n/3 + tc/5)/N et (2n — jt/5)/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.

Il est à noter que l'inclinaison des extrémités intérieures des branches du U des parties de stator, par rapport à un plan axial, procure une certaine réduction d'harmoniques d'ordre 5 et supérieur, ce qui permet de limiter, dans la plupart des cas, la compensation à l'intérieur de chaque moitié de stator à celle de l'harmonique 3.

3

5

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R

1 feuille dessins

Claims

653 189 2 REVENDICATIONS

1. Moteur pas-à-pas électrique comportant un organe rotatif formé essentiellement d'un disque (1) en matériau magnétique aimanté axialement de manière à présenter de chaque côté du disque 2N pôles magnétiques de polarité alternante, disposés régulièrement le long d'une zone annulaire, ledit organe rotatif étant monté sur l'axe (2) du moteur, le moteur comportant en outre plusieurs circuits magnétiques élémentaires (12) dont l'ensemble forme au moins deux groupes, et au moins deux bobines électriques (13', 13") couplées chacune avec plusieurs circuits élémentaires appartenant à un même groupe, chacun de ces circuits magnétiques élémentaires présentant un entrefer (15), tous les entrefers étant formés à la même distance radiale de l'axe du moteur et chaque entrefer étant en outre sensiblement symétrique par rapport au plan transversal contenant le disque aimanté, chaque circuit magnétique élémentaire comportant une première (12') et une seconde (12") parties de stator, plates, en forme de U, de perméabilité magnétique élevée, disposées essentiellement radialement par rapport à l'axe du moteur, l'extrémité d'une première branche du U d'une première partie de stator de chaque circuit étant disposée en contact avec l'extrémité de la première branche du U d'une seconde partie de stator du même circuit, les extrémités des deuxièmes branches du U des premières et secondes parties de stator étant disposées essentiellement en regard, à une certaine distance axiale l'une de l'autre, de manière à former un desdits entrefers, lesdites bobines électriques étant disposées respectivement autour des deuxièmes branches du U desdites premières et secondes parties de stator des circuits magnétiques élémentaires avec lesquels elles sont couplées, caractérisé en ce que le centre (S) de l'extrémité de la deuxième branche du U de chaque partie de stator (12', 12") d'un circuit magnétique élémentaire (12) est décalé angulairement par rapport au centre (R) de l'extrémité de la première branche du U, et que les deux parties de stator d'un circuit magnétique élémentaire sont disposées de façon que les centres (R) des extrémités des premières branches du U coïncident et que les centres (S) des extrémités des deuxièmes branches du U soient décalés angulairement, l'un par rapport à l'autre, d'un angle sensiblement égal à.jt/hN, où h est l'ordre de l'harmonique à compenser.

2. Moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les centres (R, S) des extrémités des premières ou des deuxièmes branches du U des parties de stator de deux circuits magnétiques élémentaires (125,126), couplés avec la ou les bobines (13", 14") d'une même phase, sont décalés angulairement de manière à compenser une harmonique voulue.