Cette invention se rapporte aux moteurs polyphasés , dont le rotor présente N paires de pôles à aimantation axiale.

Il existe différents types de moteurs à rotor aimanté. Celui selon la présente invention est du type dont les axes de magnétisation du ro¬ tor sont des droites parallèles à l'axe de rotation de ce dernier.

L'invention vise principalement à créer un moteur polyphasé de rendement élevé, en utilisant des matériaux existants, qui soit fabricable facilement, par des procédés industriels et dont le nombre de phases ainsi que la gamme des puissances puissent être très étendus, sans mo¬ dification de la conception du moteur. Subsidiairement, elle vise aussi à créer un moteur 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 4 , qui peut être adapté au mode pas à pas , en utilisant les moyens définis par les revendications 5 et 6.

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

la Fig. 1 est une vue de cette forme d'exécution dans la direction de l'axe de rotation du rotor;

la Fig . 2 est une vue en plan de son stator;

la Fig . 3 une vue en plan de son rotor:

la Fig . 4 une vue en perpective de ce rotor;

la Fig . 5 est une vue semblable à celle de la Fig . 4 , mais relative à la première variante;

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.

Le moteur représenté aux Fig. 1 à 4 possède un rotor 1 présen¬ tant un nombre N de paires de pôles égal à huit. Le nombre m des pha- ses .de ce moteur est égal à deux . En outre, le décalage entre ces deux

, , , , « 2- phases est égal a -r- — .

Le rotor 1 est en matériau ferromagnétique tel que le samarium- cobalt dont le champ coercitif est élevé et la masse volumique faible . Il présente huit paires de pôles dont les axes de magnétisation sont paral¬ lèles à l'axe de rotation du rotor, mais alternativement de sens opposés , et sont répartis régulièrement autour de cet axe .

Le rotor 1 est monté face à un stator 2 , qui forme deux phases r

et s . Chaque phase r, s est composée de deux pièces polaires 3 , 4 , co¬ planaires , imbriquées l'une dans l'autre , la pièce 3 étant à l'intérieur de la pièce 4. Les deux pièces polaires 3 , 4 sont séparées l'une de l'autre par un entrefer sinueux 5 dans chaque phase.

Les pièces polaires 3 , 4 sont en matériau ferromagnétique à faible champ coercitif et à induction de saturation élevée. Elles présentent des pôles 6 (Fig . 1 ) qui, pour faciliter les explications , sont désignés par p, , p ₂ . . . . , P _Q dans la Fig . 2.

Cette figure montre que les pôles p, , p, de la pièce polaire 4 de de la phase r, les pôles p _? , p . de la pièce polaire 3 de cette même phase r , les pôles p, , p„ de la pièce polaire 4 de la phase s et le pôle p- de la pièce polaire 3 de cette phase s ont chacun la même extension angu- laire . Ces différents pôles sont dits entiers , tandis que les pôles p, et Pq de la pièce polaire 3 de la phase s sont fractionnaires . La somme des extensions angulaires de ces deux pôles fractionnaires est au moins ap¬ proximativement 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 paires de pôles , les pôles des pièces polaires de m-1 phases et ceux d'u¬ ne pièce polaire de la m-ième phase sont entiers ; ils sont au nombre de

1 N

•- — par pièce polaire et sont espacés d'un intervalle angulaire au moins approximativement égal au double de celui existant entre les paires de pôles adjacentes du rotor . Quant aux pôles de la pièce polaire restante ,

1 N il y en a ? - - 1 qui sont entiers , tandis que les m pôles restants 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 o de 22 , 5° . Dans le cas gé¬ néral d'un moteur à m phases et dont le rotor a N paires de pôles , α =

2~ ^γ

-r — • L'extension angulaire de chacun des pôles fractionnaires est au moins approximativement égale à 1 /m fois celle d'un pôle entier .

2ττ Le décalage α peut être rendu différent de ~r~-— • 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 .

Les deux pièces polaires de chaque phase du stator 2 sont reliées magnétiquement entre elles par un noyau 7 en matériau ferromagnétique à faible champ coercitif et à induction de saturation élevée . Une bobine 8 est enroulée autour du noyau de chaque phase.

Les pièces polaires 3, 4 de chaque phase peuvent être position¬ nées chacune par une goupille et un pied-vis (non représentés) . Quant au montage du rotor 1 il est classique. Il peut être pivoté dans des pa¬ liers à faible frottement de contact. Son arbre (non représenté) peut porter un pignon en prise avec le premier mobile d'un train d'engrenage, afin de transmettre les rotations du rotor à ce dernier.

Dans la première variante (Fig . 5) , un disque 9 en matériau fer¬ romagnétique doux est fixé à la face du rotor opposée à celle en regard du stator.

Dans la variante de la Fig . 6 , le moteur comprend un disque fer¬ romagnétique doux, fixe, qui est monté de " ^" façon que le rotor soit dispo¬ sé entre lui et le stator. Ce disque présente des ouvertures 10 , qui sont disposées judicieusement en vue de réaliser 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

2ιτ général, d'un angle α = -τ .

^& 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 pôles du rotor 1 se trouvent exactement en regard des pôles p, , p-, , p, et p . de la phase r. Cette figure montre que les flux du rotor dirigés vers le stator sont recueillis par les pôles p ₂ et p . de la pièce polaire 3 d'où ils sont acheminés vers

le noyau 7 de la phase r, qu'ils parcourent de B en A . Ils se referment ensuite en passant par les pôles p, et p, de la pièce polaire 4 du stator. Quant aux flux du rotor dirigés en sens inverse , ils sont aussi recueillis par la pièce polaire 3 de la phase r et suivent par conséquent le même chemin que les premiers considérés . Ils parcourent donc le noyau 7 aussi de B en A avant de se refermer . 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 2π/N , il est facile de voir que le flux à travers le noyau 7 de la phase r est aussi maximum , mais de sens opposé , c'est-à-dire qu'il parcourt ce noyau de A en B . Il y a donc inversion du flux du rotor dans le noyau 7 de la phase r, chaque fois que le rotor tourne d'un angle égal à 2π/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 4π / N, et dont les positions d'équilibre correspondent aux positions du . rotor dans lesquelles des pôles de ce dernier sont exactement en regard des pôles des pièces polaires de cette phase r.

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

La position du rotor dans laquelle son flux à travers le noyau 7 de la phase s est maximum est celle de la Fig . 8. Les deux pôles frac¬ tionnaires pc et Pq recueillent chacun un flux égal à 1 /m fois le flux re¬ cueilli par un pôle entier , soit 1 /2 fois celui d'un pôle entier dans l'e¬ xemple représenté .

Les remarques faites ci-dessus à propos d'un décalage entre les

2τr phases différent de _{N #} s'appliquent ici aussi.

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

Le moteur représenté, biphasé et avec un rotor à 8 paires de pô¬ les n'est évidemment pas la seule forme d'exécution possible du moteur selon l'invention. Il suffit que le nombre N de paires de pôles du rotor et celui m des phases satisfassent la relation : m = -_ N — où n est un nom-

2-n bre entier. Le tableau suivant indique les configurations possibles du moteur selon l'invention.

Dans la première variante représentée à la Fig . 5 , la présence du disque ferromagnétique doux 9 sur le rotor a pour effet d'augmenter le flux de chaque paire de pôles du rotor en augmentant la perméance vue par celles-ci.

Le disque ferromagnétique doux, fixe, de la seconde variante re-

- ~ - présentée à la Fig . 6 a un effet analogue . En outre , il contrebalance la force d'attraction entre le rotor et le stator. Les ouvertures 10 de ce disque ont pour effet de créer un couple de positionnement. Ces ouver¬ tures sont en nombre égal à celui des paires de pôles du rotor et sont disposées selon une couronne circulaire concentrique au rotor, dans la¬ quelle elles sont réparties de façon régulière . Dans ce cas, la période du couple de positionnement est égale à 2ιτ/N . Il serait toutefois aussi pos¬ sible de créer un couple de positionnement de période 4ττ/N en suppri¬ mant une des ouvertures 10 toutes les deux.

A propos du rendement du moteur selon l'invention et sans entrer dans les détails de la théorie, l'homme du métier constatera qu'il est éle¬ vé.

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 3 , 4 , à la liaison magné¬ tique prévue entre les deux pièces polaires 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.

De plus , dans le cas où le moteur est appelé à fonctionner pas à pas, le fait que le rotor soit plein , en ce sens qu'il n'existe pas d'inter- valle angulaire entre les axes de magnétisation du rotor qui ne soit égal à 2π/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.

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- lation m = -≈ N — soit satisfaite pour n entier. Autrement dit , il suffit 2 -n ^r d'augmenter le nombre N de paires de pôles 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.

La fabrication du moteur selon l'invention est aisée, vu que son stator est entièrement défini dans un plan .

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 permet d'introduire le couple de positionnement nécessaire à ce mode de fonc¬ tionnement .