Cette invention se rapporte aux moteurs polyphasés à rotor ai¬ manté présentant sur chacune de ses deux faces N/2 paires de pôles.

Suivant l'aimantation du rotor, il est possible de définir plusieurs types de moteurs.

Un premier type est celui pour lequel le rotor présente N paires de pôles, ces paires étant définies, par exemple , par des axes de ma¬ gnétisation qui sont parallèles à l'axe de rotation du rotor, de sorte que ce dernier présente N pôles sur chacune de ses deux faces.

Un deuxième type est celui pour lequel le rotor présente , sur chacune de ses deux faces , N/2 paires de pôles , ces paires étant défi¬ nies , par exemple, par des courbes de magnétisation qui sont contenues dans des plans parallèles à l'axe de rotation du rotor, de sorte que ce dernier présente aussi N pôles sur chacune de ses deux faces .

Le moteur de la présente invention appartient essentiellement à ce deuxième type.

L'invention vise principalement à créer un moteur polyphasé de rendement optimum , en utilisant des matériaux existants , qui soit fabri- cable par des procédés industriels et dont le nombre de phases ainsi que la gamme des puissances puissent être très étendus , sans modification de la conception du moteur. Subsidiairement, elle vise aussi à créer un mo-

teur polyphasé qui puisse être adapté facilement au mode pas à pas.

Le domaine d'application du moteur selon la présente invention est donc très vaste. Ce moteur peut être utilisé, en particulier, dans les systèmes d'entraînement pour la bureautique, la robotique, l'industrie aéronautique et spatiale, l'appareillage photographique, les garde-temps.

Plus généralement, le moteur selon la présente invention convient à tous les systèmes utilisant la technique digitale, et, plus particulièrement, à tous ceux où les critères d'encombrement, de rendement, de puissance et de vitesse sont déterminants .

L'invention a pour objet un moteur polyphasé qui est caractérisé par la structure définie par la revendication 1, dont certaines formes spéciales d'exécution sont définies par les revendications 2 à 14 , qui peut être adapté au mode pas à pas, en utilisant les moyens définis par les revendications 15 et 16 et qui peut être monté de la façon définie par la revendication 17.

Une forme d'exécution du moteur selon l'invention et deux varian- tes sont représentées schématiquement et à simple titre d'exemple au dessin, dans lequel:

la Fig. 1 en est une vue dans la direction de l'axe de rotation du rotor;

la Fig . 2 la montre en pièces détachées , pour en illustrer la structure ;

la Fig. 3 est une coupe illustrant le positionnement des stators;

la Fig . 4 est une coupe illustrant le montage du rotor;

la Fig . 5 est une vue en perspective du rotor de la première va¬ riante ;

la Fig . 6 est une vue en plan d'une pièce de la seconde variante;

les Fig . 7 et 8 sont des déroulements linéaires du moteur, qui il¬ lustrent son mode de fonctionnement.

- 3 -

Le moteur représenté possède un rotor 1 dont chacune des deux faces a un nombre N de pôles égal à huit. Le nombre m des phases de ce moteur est égal à deux. En outre, le décalage entre ces deux phases est égal à ^ .

La structure de ce moteur est illustrée spécialement à la Fig. 2, conjointement avec la Fig. 1.

Le rotor 1 est en matériau ferromagnétique tel que le samarium- cobalt dont le champ coercitif est élevé et la masse volumique faible. Chacune de ses deux faces présente N/2 paires de pôles. Sur chaque face, ces pôles sont répartis régulièrement autour de l'axe de rotation du rotor et ils sont alternativement de noms contraires. En outre, les pôles d'une face sont situés exactement en regard des pôles de même nom de l'autre face.

Un stator est monté en regard de chacune des faces du rotor: un premier a et un second b.. Les stators a, b forment deux phases r et s. Chaque phase r, s est composée de deux pièces polaires 2, 3, coplanai- res de chacun des deux stators a, b et les deux pièces polaires 2, 3 de chacune des phases r, s du stator a ont respectivement la même forme que les deux pièces polaires 2, 3 de chacune des deux phases r, s du stator b. En outre, dans la vue de la Fig. 1, les pièces polaires 2, 3 du stator b sont superposées aux pièces polaires , 3 de même forme du stator a.

Les deux pièces polaires coplanaires de chacune des deux phases r, s de chaque stator a, b sont imbriquées l'une dans l'autre, la pièce 2 étant à l'intérieur de la pièce 3. Par ailleurs, ces deux pièces 2, 3 sont séparées, chacune, par un entrefer sinueux 4. Chaque phase a ainsi deux paires de pièces polaires de même forme en regard les unes des au¬ tres et deux paires de pièces polaires coplanaires imbriquées les unes dans les autres.

Les pièces polaires sont en matériau ferromagnétique à faible champ coercitif et à induction de saturation élevée. Elles présentent des pôles 5 (Fig. 1) qui, pour faciliter les explications, sont désignés par p _1? p _2> ..., p ₉ dans la Fig. 2,

Cette figure montre que les pôles p-, , p, des pièces polaires 3 de de la phase r des stators a, b , les pôles P2 , p ₄ des pièces polaires 2 de cette même phase r des stators a , b , les pôles p, , p„ des pièces polaires 3 de la phase s des stators a, b et le pôle p_ des pièces polaires 2 de cette phase s des stators a, b ont respectivement la même extension an¬ gulaire. Ces différents pôles sont dits entiers , tandis que les pôles p- et Pq des pièces polaires 2 de la phase s des stators a, b sont fractionnai¬ res. La somme des extensions angulaires de ces deux pôles fractionnaires est au moins approximativement égale à l'extension angulaire d'un pôle entier.

^• Dans le cas général d'un moteur à m phases et dont le rotor a N pôles , les pôles des pièces polaires de m-1 phases et ceux de deux piè¬ ces polaires en regard l'une de l'autre, des stators a, b de la m-ième

1 N phase sont entiers ; ils sont au nombre de — par pièce polaire et sont espacés d'un intervalle angulaire au moins approximativement égal au double de celui existant entre les pôles adjacents de chaque face du ro- tor . Quant aux pôles des deux pièces polaires restantes , il y en a

1 N

"2 — - 1 par pièce polaire qui sont entiers , tandis que les m pôles res- tants par pièce polaire sont fractionnaires , la somme de leurs extensions angulaires étant au moins approximativement égale à l'extension angulaire d'un pôle entier .

Dans la forme d'exécution représentée , les phases r , s sont déca- lées l'une par rapport à l'autre d'un angle α de 22 , 5° . Dans le cas gé¬ néral d'un moteur à m phases et dont le rotor a N pôles par face , α =

2τr ^" ^

T; — r L'extension angulaire de chacun des pôles fractionnaires est au

N ^« m ^{β c} moins approximativement égale à 1/m fois celle d'un pôle entier.

Le décalage α peut être rendu différent de — — . Dans ce cas , la somme des extensions angulaires des pôles fractionnaires reste au moins approximativement égale à l'extension angulaire d'un pôle entier, mais ces pôles fractionnaires n'ont plus tous la même extension angulaire.

Pour chaque phase, chaque pièce polaire du stator a est reliée magnétiquement à la pièce polaire du stator b qui est en regard d'elle . Ces liaisons magnétiques sont telles que, pour chaque phase , les deux pièces polaires extérieures 3 sont reliées à l'une des extrémités d'un no¬ yau 6 , dont l'autre extrémité est reliée aux deux pièces polaires intéri-

eures 2 de la même phase. Ainsi pour la phase r, les deux pièces polai¬ res extérieures 3 sont reliées à l'extrémité A du noyau 6 de cette phase, dont l'autre extrémité B est reliée aux deux pièces polaires intérieures 2 de cette même phase. De même, pour la phase s , les deux pièces polaires extérieures 3 sont reliées à l'extrémité D du noyau 6 de cette phase, dont l'autre extrémité C est reliée aux deux pièces polaires intérieures 2.

Le noyau 6 de chaque phase est en matériau ferromagnétique à faible champ coercitif et à induction de saturation élevée. Une bobine 7 est enroulée autour du noyau de chaque phase. L'ensemble est monté de la façon illustrée par la Fig . 3.

Le stator a repose contre une pièce en matériau non ferromagnéti- que 8. Pour chaque phase , les pièces polaires 2 , 3 des stators respectifs a, b sont positionnées par quatre pieds-vis 9. Deux de ces pieds-vis présentent un épaulement 10 , contre lequel appuient les pièces polaires du stator b . Deux entretoises 11 , en matériau ferromagnétique doux, sont intercalées dans l'espace compris entre chacune des extrémités du noyau et chaque pièce polaire du stator b.

Le dispositif décrit assure, d'une part, le positionnement correct dans leurs plans des pièces polaires , grâce aux pieds-vis , et, d'autre part , le positionnement correct en hauteur de ces pièces polaires , grâce aux épaulements 10 et aux entretoises 11.

Le rotor 1 est monté de la façon illustrée à la Fig . 4. Il pivote dans des paliers 12 à faible frottement de contact. Ces paliers sont faits de préférence en rubis . Un pignon 13 est solidaire de l'arbre la du ro- tor afin de transmettre les rotations de ce dernier à un premier mobile

14 d'un train d'engrenage (non représenté) .

Dans la variante de la Fig . 5 , le rotor est fait en deux parties séparées par un disque lb en matériau ferromagnétique doux . Chaque partie de ce rotor présente N axes de magnétisation de directions alter¬ nativement opposées. Ces axes de magnétisation sont parallèles à l'axe de rotation du rotor et ils sont régulièrement répartis autour de ce der¬ nier. Les pôles de la face externe de l'une des parties du rotor sont di¬ rectement en regard de ceux de même nom de la face externe de l'autre

partie du rotor.

Dans la variante de la Fig . 6 , le moteur comprend un disque fer¬ romagnétique doux, fixe, qui est monté en lieu et place d'un stator. Ce disque présente des ouvertures 15 , qui sont disposées de façon à réali¬ ser un couple de positionnement.

Les Fig . 7 et 8 illustrent le fonctionnement du moteur. Ce sont des développements linéaires de celui-ci. Il s'agit plus particulièrement de coupes schématiques du moteur déroulé au préalable de façon linéaire. Le décalage des phases r, s est de 22 ,5° .

La Fig . 8 représente l'état du moteur lorsque le rotor s'est dépla¬ cé de 22 , 5° par rapport à celui représenté à la Fig . 7 , soit, dans le cas général, d'un angle et = -r .

^& Y N -m

En vue de faciliter la compréhension du fonctionnement du moteur représenté , la manière de créer la caractéristique appelée couple mutuel est exposée en premier lieu . Ce couple mutuel est celui qui provient de l'interaction entre les flux du rotor aimanté et ceux des bobines.

Dans la position de la Fig . 7 , des paires de pôles du rotor 1 se trouvent exactement en regard des pôles p-, , p ₂ , P-j et p , de la phase r des stators a, b . Cette figure montre que les flux issus des pôles de la face du rotor tournée vers le stator a sont recueillis par les pôles p-, et p, de la pièce polaire 3 de ce stator a, d'où ils sont acheminés vers le noyau 6 de la phase r, qu'ils parcourent de A en B . Ils se referment ensuite en passant par les pôles p ₂ et p ₄ de la pièce polaire 2 du stator a. Quant aux flux issus de la face du rotor tournée vers le stator b , ils sont recueillis par les pôles p, et p, de la pièce polaire 3 du stator b , puis acheminés vers le noyau 6 de la phase r , qu'ils parcourent aussi de A en B avant de se refermer en passant par les pôles p ₂ et p . de la pièce polaire 2 du stator b . Dans la position considérée du rotor , le flux du rotor à travers le noyau 6 de la phase r est donc maximum.

En décalant le rotor à partir de cette position d'un angle α égal à 2τr/N , il est facile de voir que le flux à travers le noyau 6 de la phase r est aussi maximum , mais de sens opposé , c'est-à-dire qu'il parcourt ce noyau de B en A . Il y a donc inversion du flux du rotor dans le noyau

6 de la phase r, chaque fois que le rotor tourne d'un angle égal à 2τr / N , soit de 45° dans l'exemple représenté.

Lorsque la bobine de la phase r est alimentée , il en résulte , selon les lois de l'électromécanique , un couple d'interaction entre la bobine et et le rotor aimanté , le couple mutuel, dont la période est égale à 4-tr/ N , et dont les positions d'équilibre correspondent aux positions du rotor dans lesquelles les paires de pôles de ce dernier sont exactement en re¬ gard des pôles des pièces polaires de cette phase r des stators .

En ce qui concerne les pôles p. , p, , p ₇ , p _s et p„ de la phase s , entre lesquels se trouvent les paires de pôles du rotor dans la Fig . 7 , il est facile de voir que cette phase s présente également un couple mutuel de période 4τr/N , mais décalé par rapport au couple mutuel de la phase r d'un angle α = ^• -^ — , soit de 22 , 5° dans l'exemple représenté .

La position du rotor dans laquelle son flux à travers le noyau 6 de la phase s est maximum est celle de la Fig . 8. Les deux pôles frac¬ tionnaires Pc et pg recueillent chacun , pour chaque face du rotor , un flux égal à 1 /m fois le flux recueilli par un pôle entier, soit 1 /2 fois ce¬ lui d'un pôle entier dans l'exemple représenté .

Les remarques faites ci-dessus à propos d'un décalage entre les phases différent de - , s'appliquent ici aussi.

Le comportement du moteur avec les couples mutuels indiqués , lorsque les bobines sont alimentées , est connu et ne sera donc pas dé¬ crit .

Le moteur représenté , biphasé et avec un rotor à 8 pôles par fa¬ ce , n'est évidemment pas la seule forme d'exécution possible du moteur selon l'invention . Il suffit que le nombre de pôles N par face du rotor et

N celui m des phases satisfassent la relation : m = s 2- —« n où n est un nombre entier. Le tableau de la page suivante indique les configurations possi- blés du moteur selon l'invention.

Le rotor l' de la variante représentée à la Fig . 5 comprend deux parties aimantées. A la différence du rotor de la forme d'exécution dé¬ crite ci-dessus , l'aimantation de ces deux parties est axiale, partant plus facile à réaliser, et un disque ferro-magnétique doux 1b est fixé entre elles . Comme les pôles de ces deux parties en regard les uns des autres sont de même nom, le fonctionnement du moteur selon cette variante est le même que celui de la forme d'exécution décrite ci-dessus .

Une autre variante (non représentée) du moteur selon l'invention consiste à décaler identiquement à la fois les pôles de l'une des faces du rotor et ceux du stator en regard de ces pôles par rapport aux pôles de l'autre face du rotor et du stator en regard de cette autre face. Dans ce

cas également , le fonctionnement du moteur est le même que celμi de la forme d'exécution décrite précédemment.

Il est également possible , dans d'autres variantes (également non représentées) , de prévoir deux noyaux par phase au lieu d'un seul, l'un reliant entre elles les deux pièces polaires coplanaires d'un stator et l'autre , celles de l'autre stator. Il serait ainsi possible de doubler le nombre des phases du moteur, par exemple en décalant les pôles de l'une des faces du rotor par rapport à ceux de l'autre face ou l'un des stators par rapport à l'autre. Dans l'un et l'autre cas , au lieu d'une position du rotor, dans laquelle un groupe de ses pôles , en regard les uns des au¬ tres , se trouvent se trouvent en face des pôles d'une phase des stators , il y aurait , en effet , une première position du rotor, dans laquelle seuls les pôles du dit groupe , situés sur l'une des faces du rotor, se trouve- raient en regard des pôles de la dite phase de l'un des stators, et une seconde position du rotor, dans laquelle ce seraient les pôles du dit groupe , situés sur l'autre face du rotor, qui seraient en regard des pô¬ les de la dite phase de l'autre stator. Cela permet de doubler les phases du moteur sans devoir modifier la forme des pièces qui le composent. Les deux décalages indiqués , des pôles du rotor et des stators , pourraient même être conjoints . Ces deux décalages pourraient naturellement être identiques , comme dans une variante décrite ci-dessus , à la différence qu'il y aurait, dans ce dernier cas, deux noyaux par phase au lieu d'un seul. Chacun de ces noyaux serait cependant monophasé et le moteur ne présenterait donc que m phases . Suivant la fonction assignée à certaines phases , il pourrait enfin être avantageux de décaler différemment , d'une part , les phases de l'un des stators les unes par rapport aux autres , et, d'autre part , celles de l'autre stator.

Le moteur selon l'invention fonctionnerait encore si l'un des sta¬ tors était supprimé . Dans ce cas , le rotor pourrait ne présenter N /2 pai¬ res de pôles que sur sa face en regard du stator restant. Comme le flux passant dans les noyaux serait réduit de moitié , le rendement du moteur serait naturellement moins bon .

L'un des stators pourrait aussi être remplacé par un disque fer¬ romagnétique doux, afin de contrebalancer la force d'attraction entre le rotor et le stator restant . La Fig . 6 montre un tel disque , qui présente des ouvertures 15 , afin de créer un couple de positionnement . Ces ouver-

tures sont en nombre égal à celui des pôles de l'une des faces du rotor et sont disposées selon une couronne circulaire concentrique au rotor, dans laquelle elles sont réparties de façon régulière. Dans ce cas, la pé¬ riode du couple de positionnement est égale à 2τr/N. Il serait toutefois aussi possible de créer un couple de positionnement de période 4τr/N en supprimant une des ouvertures 15 toutes les deux. Un déphasage entre le couple de positionnement et les couples mutuels pourrait être créé en décalant les ouvertures 15 par rapport aux tronçons radiaux de l'entre¬ fer sinueux 4 du stator. Un tel déphasage pourrait aussi être créé en décalant les pôles de l'une des faces du rotor par rapport à ceux de l'autre face, les ouvertures 15 étant alors disposées symétriquement par rapport aux tronçons radiaux de l'entrefer sinueux du stator.

Dans toutes les exécutions comprenant un stator en regard de chaque face du rotor , le positionnement des stators est réalisé de la fa¬ çon décrite en référence à la Fig. 3.

A propos du rendement du moteur selon l'invention et sans entrer dans les détails de la théorie , Fhomme du métier constatera qu'il est op- timum.

Tout d'abord, les flux de toutes les paires de pôles du rotor sont acheminés dans le même sens à travers chaque noyau des bobines, cela grâce à l'imbrication décrite des pièces polaires 2 , 3 , à la liaison magné- tique prévue entre les deux stators et à la disposition des pôles entiers et fractionnaires . Il n'existe en effet aucune paire de pôles du rotor dont le flux soit perdu, en ce sens qu'il ne se refermerait pas par les noyaux et ne participerait pas de façon additive au flux mutuel. C'est là une première condition nécessaire à l'obtention d'un rendement optimum.

De plus , le flux de chaque paire de pôles du rotor est maximisé , puisque ces flux sont recueillis et se referment par les pôles de pièces polaires qui sont directement en regard des pôles de chacune des paires du rotor . C'est là une deuxième condition nécessaire à l'obtention d'un rendement optimum, et en voici une troisième, qui est relative au mode de fonctionnement pas à pas .

Le fait que le rotor soit plein , en ce sens qu'il n'existe pas d'in¬ tervalle angulaire entre les pôles de chaque face du rotor qui ne soit

égal à 2τr/N , optimise , du point de vue du rendement , la relation entre le flux total des paires de pôles du rotor et l'inertie de ce dernier. Cela provient du fait que le rendement est une fonction croissante du flux et décroissante de l'inertie , mais que la puissance à laquelle cette fonction croît avec le flux est plus grande que celle à laquelle elle décroît avec l'inertie .

La conjonction de ces conditions nécessaires permet d'affirmer que le moteur selon l'invention , dans sa structure complète, est optimum du point de vue du rendement . Il s'ensuit, a contrario, que les moteurs du même type ne satisfaisant pas les conditions nécessaires énoncées n'ont pas un rendement optimum .

Le nombre des phases du moteur selon l'invention peut être très étendu sans modifier la conception du moteur , puisqu'il suffit que la re-

N lation m = -y-— soit satisfaite pour n entier. Autrement dit , il suffit d'augmenter le nombre N de pôles par face du rotor pour augmenter le nombre m de phases .

Le moteur selon l'invention a aussi l'avantage d'offrir une gamme de puissances très étendue , sans avoir à modifier la conception du mo¬ teur. Sans entrer dans les détails de la théorie, il est , en effet, intuitif de remarquer que la puissance mécanique d'un moteur de ce type est une fonction croissante du nombre de paires de pôles du rotor ainsi que du diamètre de ce dernier .

Le moteur selon l'invention a enfin l' avantage de se prêter au mo¬ de de fonctionnement pas à pas , puisque le disque de la Fig . 6 introduit le couple de positionnement nécessaire à ce mode de fonctionnement .

OMPI