FR2884069A1 - Machine electrique tournante acyclique a courant continu - Google Patents

Abstract

Machine électrique tournante acyclique à courant continu comprenant :- une pluralité de conducteurs électriques d'excitation ou induit bobiné, et- au moins un cylindre magnétique (5) dont l'axe principal est colinéaire avec l'axe de rotation (Delta) de la machine tournante, comportant sur sa périphérie externe, au voisinage de chacune de ses extrémités, une couronne d'aimants (A1, A2) de pôles magnétiques de polarité identique, la polarité de chacune desdites couronnes d'aimants étant opposée,sachant que la pluralité de conducteurs électriques ont des parties actives (Cn, C'n) s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de rotation (Delta) de la machine tournante, et déposées entre des tôles minces (6), lesquelles sont disposées radialement, les parties actives (Cn, C'n) de ladite pluralité de conducteurs électriques d'excitation ou induit bobiné, sont alimentées en parallèle et de sens opposé respectivement en regard desdites couronnes d'aimants (A1, A2).

Description

La présente invention concerne une machine électrique tournante acyclique

à courant continu.

Elle s'applique notamment mais non exclusivement au domaine des moteurs à induction électromagnétique et, par complément, au domaine des générateurs 15 à induction électromagnétique.

D'une manière générale, on sait que les machines électriques tournantes classiques comprennent un rotor ou induit en mouvement relatif dans des champs magnétiques créés par le stator ou inducteur.

On distingue deux catégories de machines tournantes: É les machines à induction, É les machines à collecteur.

Concernant la première catégorie, l'inducteur ou stator, toujours alimenté en courant alternatif, produit un champ tournant qui induit dans le rotor en court-circuit (ou cage d'écureuil) des courants qui, par interaction sur le champ statorique, engendrent un couple moteur.

La vitesse du moteur est liée, entre autre, à la fréquence du courant alternatif et au nombre de pôles du stator; lequel stator peut être alimenté en courant triphasé, ou en courant monophasé moyennant l'adjonction d'un élément déphaseur afin de permettre le démarrage du moteur à induction.

Concernant la deuxième catégorie, l'inducteur comporte des pièces polaires 5 supportant soit des enroulements d'excitation soit des aimants permanents qui ont une induction rémanente.

Ainsi, au niveau de l'inducteur, la force magnétomotrice qui résulte du passage du courant dans les enroulements d'excitation produit le flux principal qui parcourt l'ensemble du circuit magnétique.

Le circuit magnétique de l'induit est constitué d'un empilage de tôles découpées de manière à obtenir des rainures dans lesquelles sera logé l'enroulement induit, et est soumis au flux d'induction magnétique de l'inducteur.

Le circuit magnétique inducteur et le circuit magnétique induit sont séparés par un entrefer qui fait également partie du circuit magnétique de la machine.

Enfin le rotor possède un organe de redressement des courants alternatifs 20 induits, appelé collecteur, dans le cas d'un générateur, ou permet d'alimenter en courant continu l'induit, dans le cas d'un moteur.

Afin d'améliorer les performances mécaniques du moteur, notamment en terme de variations rapides de la vitesse de rotation, on peut diminuer l'inertie de l'induit en donnant à celui-ci un grand allongement (rapport important entre la longueur et le diamètre) ; on peut également donner à l'induit la forme d'un disque mince et éliminer ainsi le fer rotorique, les conducteurs actifs étant alors radiaux.

Hormis ces solutions, essentiellement applicables aux petits moteurs électriques destinés notamment aux servomécanismes, les moteurs classiques 2884069 3 ont l'inconvénient de manquer de couple par rapport à leur volume, les conducteurs actifs devant être concentrés dans un faible espace, voisin de l'axe rotatif On connaît maintenant des moteurs à induction électromagnétique dans lesquels la partie mobile, rotative, correspond à la partie externe inductrice qui constitue alors le rotor, tandis que la partie axiale interne bobinée est fixe et constitue le stator.

Une telle structure nécessite des entrefers d'épaisseur importante pour loger 10 les conducteurs bobinés du stator; la mise en oeuvre reste délicate et risque de nuire à l'efficacité électromagnétique de la structure proposée.

On connaît également des moteurs à induction électromagnétique, proche de la structure générale précédente, dans lesquels la partie axiale interne fixe, constituant le stator, comprend une série de tôles minces planes entre lesquelles sont déposées les conducteurs d'excitation ou d'induit, les conducteurs ayant des parties actives s'étendant sensiblement radialement ou parallèlement à l'axe du moteur; quant à la culasse externe de rotation, constituant la partie inductrice, elle comprend une pluralités de cavaliers aimantés en matériau magnétique disposés dans une pluralité de secteurs angulaires; ainsi, selon un mode de réalisation, le circuit magnétique circule dans un demi-plan radial et comporte deux entrefers traversés par un flux magnétique radial.

Une telle structure est également de mise en oeuvre délicate du fait de la limitation en volume disponible pour le bobinage de l'induit; en outre, elle nécessite l'adjonction d'une pièce assurant le positionnement précis et régulier des tôles; cette pièce, de réalisation complexe, obère de manière importante les coûts de fabrication d'une telle structure.

D'une manière générale, on sait que les moteurs ou générateurs électriques fonctionnent en absorption de champ magnétique; en effet un pôle, créé 2884069 4 magnétiquement, par exemple un stator, attirera en vis-à-vis de lui-même un pôle de nom contraire du rotor de manière à absorber la plus grande quantité de flux généré par ce pôle; ce qui explique notamment la complexité des bobinages, l'augmentation du fer, et par conséquent celle du poids.

Compte tenu des éléments cités, une autre démarche, proposée par la demanderesse, a permis d'aboutir à une structure du dispositif actionneur électrique ou générateur électrique réagissant à la force de répulsion magnétique; cette démarche a consisté à disposer une pluralité de paires de pôles de nom contraire, chacune des dites paires de pôles étant portée par un même barreau magnétique, à proximité de conducteurs cuivre parcourus par des courants de sens opposé sous leur pôle respectif; ceci nécessite pour bobiner un tel circuit avec un conducteur électrique unique de décaler d'une course d'aimant le sens de passage des conducteurs entre les tôles successives.

Du fait que les pôles soient discrets et successivement alternés, le courant dans les conducteurs doit être inversés par commutation pour assurer un sens de rotation donné.

Ainsi dans une machine cyclique à courant continu, chaque conducteur élémentaire se déplace dans une induction normale variant avec le temps de manière périodique; les forces électromotrices engendrées sont également périodiques, et par l'artifice du collecteur, on recueille entre les balais une force électromotrice à peu près constante.

On peut également imaginer de faire déplacer les conducteurs à vitesse constante et dans une induction constante; le champ électromoteur sera alors constant; il en sera de même de la force électromotrice; c'est le principe de la roue de BARLOW et de la dynamo de POIRSON.

A cet effet, il convient de remarquer que le handicap essentiel interdisant le développement industriel de la dynamo de POIRSON est dû en grande partie à 30 la structure unipolaire de cette machine interdisant la mise en série des 2884069 5 conducteurs qui pourraient l'équiper en remplacement du cylindre massique qui la constituait.

La force électromotrice est limitée à une faible valeur, l'induction est en effet limitée à cause de la saturation du cylindre massique, réduit à un disque de faible épaisseur, placé dans l'entrefer d'un électro-aimant dans le cas de la roue de BARLOW, ou dans une carcasse magnétique, portant des enroulements inducteurs dans le cas de la dynamo de POIRSON.

Par contre, le courant débité peut atteindre des valeurs élevées, à condition de disposer de contacts glissants suffisamment dimensionnés; la périphérie de l'induit étant équipotentielle, elle sera, par conséquent, recouverte d'un maximum de balais.

L'invention a plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients en proposant une sectorisation de la machine dite de POIRSON.

A cet effet, la machine électrique tournante acyclique à courant continu selon l'invention comprend: une pluralité de conducteurs électriques d'excitation ou induit bobiné, et, au moins un cylindre magnétique dont l'axe principal est colinéaire avec l'axe de rotation de la machine tournante, comportant sur sa périphérie externe, au voisinage de chacune de ses extrémités, une couronne d'aimants de pôles magnétiques de polarité identique, la polarité de chacune desdites couronnes d'aimants étant opposée, de sorte que le flux magnétique circule sensiblement selon le plan radial contenant l'axe de rotation de la machine tournante, caractérisée en ce que la pluralité de conducteurs électriques ont des parties actives s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de rotation de la machine tournante, et déposées entre des tôles minces de perméabilité magnétique suffisante et de susceptibilité magnétique élevée, espacées étroitement, lesquelles sont disposées radialement, de sorte que le flux 2884069 6 magnétique généré par les susdites couronnes d'aimants circulant dans le plan radial se referme dans les tôles minces formant l'induit bobiné, les parties actives de ladite pluralité de conducteurs électriques d'excitation ou induit bobiné, sont alimentées en parallèle et de sens opposé respectivement en regard desdites couronnes d'aimants, l'ensemble constitué de la pluralité de conducteurs électriques d'excitation ou induit bobiné et des couronnes d'aimants forme des circuits magnétiques à entrefers dans lesquels le flux magnétique circule selon le plan radial contenant l'axe de rotation de la machine tournante.

Grâce à ces dispositions, les parties actives des conducteurs étant situées par exemple dans un plan horizontal, le champ magnétique produit par les paires de pôles magnétiques étant perpendiculaire audit plan horizontal, la force dite de LORENTZ ou la force dite de LAPLACE, respectivement dans le cas du déplacement relatif des parties actives des conducteurs par rapport au champ magnétique (dispositif générateur électrique) ou dans le cas d'un courant circulant dans les parties actives des conducteurs (dispositif actionneur électrique), seront perpendiculaires au plan défini respectivement par les vecteurs vitesse de déplacement et champ magnétique d'une part, et par les vecteurs courant et champ magnétique d'autre part.

Ainsi ces dites forces concourent dans la même direction si les directions des courants circulant dans les parties actives sont en opposition pour des pôles magnétiques de polarité opposée.

Ces conditions étant respectées en tout point, le dispositif selon l'invention pourra être tantôt générateur électrique dans le cas du déplacement relatif des parties actives des conducteurs par rapport au champ magnétique ou tantôt actionneur électrique dans le cas d'un courant circulant dans les parties actives des conducteurs.

Dans les deux cas, il s'agit de forces de répulsion magnétique appliquées à la 30 pluralité de conducteurs d'excitation ou induit bobiné.

Un mode d'exécution sera décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une première représentation schématique déroulée à plat du principe de la machine électrique tournante, - la figure 2 représente une demi-coupe sagittale d'un premier mode de réalisation d'une machine électrique tournante selon l'invention, la figure 3 représente une coupe transversale du premier mode de réalisation, la figure 4 est une seconde représentation schématique déroulée à plat 10 du principe de la machine électrique tournante, la figure 5 représente une demi-coupe sagittale du premier mode de réalisation amélioré, la figure 6 est une représentation schématique déroulée à plat d'un second mode de réalisation, la figure 7 représente une demi-coupe sagittale du second mode de réalisation, la figure 8 est une représentation schématique d'une amélioration du premier mode de réalisation, la figure 9 représente une demi-coupe sagittale du premier mode de 20 réalisation amélioré, la figure 10 représente une coupe transversale du premier mode de réalisation amélioré, et la figure 11 représente une demi-coupe sagittale d'un troisième mode de réalisation.

Dans l'exemple représenté sur la figure 1, une première nappe de conducteurs électriques, CI, C2, C3, C _2, C _1, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, sont alimentés par deux bus, respectivement BUA, BUB. Une seconde nappe de conducteurs électriques, C'I, C'2, C'3,..., C' _2, C'n, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, et dans la même 2884069 8 direction que celle associée à la susdite première nappe, sont alimentés par le susdit bus BUA et un bus BUc.

Les susdits bus BUB, BUc, sont reliés électriquement par une liaison L; ainsi l'alimentation électrique de ces deux nappes est effectuée entre le bus BUB ou le bus BUc d'une part, et le bus BUA d'autre part; la source de courant étant continue, les courants circulant dans les conducteurs C1, C2, C3, Cn_2, Cn_1, Cn, ainsi que les courants circulant dans les conducteurs C'1, C'2, C'3,..., C'n, convergent vers le bus BUA, ou divergent du bus BUA, selon la polarité de ladite source de courant.

En supposant qu'une première pluralité d'aimants, non représentés, de polarité nord PN soient disposés parallèlement sous les conducteurs C1, C2, C3, Cn_ 2, Cn-1, Cn, et qu'une seconde pluralité d'aimants, non représentés, de polarité sud PS soient disposés parallèlement sous les conducteurs C'1, C'2, C'3,..., C'n, une force F, dite de Laplace, s'exerce sur les susdits conducteurs C1, C2, C3 Cn-2, Cn-1, Cn, C'1, C'2, C'3,..., C'n-2, Con-1, Con, égale à : F=Î.LAH, I, étant le courant circulant dans chacun des conducteurs C1, C2, C3, Cn-2, L, étant la longueur de chacun des conducteurs C1, C2, C3, Cn-2, Cn-1, Cn, H, étant l'intensité du champ magnétique créé par les susdits aimants.

Les conditions de champ magnétique étant homogènes sous les susdites deux nappes, les forces élémentaires de Laplace s'additionnent, provoquant un mouvement relatif des susdites nappes de conducteurs par rapport à la pluralités d'aimants, dans le plan contenant les susdites nappes.

Grâce à ces dispositions, les parties actives des conducteurs étant situées par exemple dans un plan horizontal, le champ magnétique produit par les aimants 2884069 9 étant perpendiculaire audit plan horizontal, la force dite de LORENTZ ou la force dite de LAPLACE, respectivement dans le cas du déplacement relatif des parties actives des conducteurs par rapport au champ magnétique (dispositif générateur électrique) ou dans le cas d'un courant circulant dans les parties actives des conducteurs (dispositif actionneur électrique), seront perpendiculaires au plan défini respectivement par les vecteurs vitesse de déplacement et champ magnétique d'une part, et par les vecteurs courant et champ magnétique d'autre part.

Ainsi ces dites forces concourent dans la même direction si les directions des 10 courants circulant dans les parties actives sont en opposition.

Ces conditions étant respectées en tout point, le dispositif selon l'invention pourra être tantôt générateur électrique dans le cas du déplacement relatif des parties actives des conducteurs par rapport au champ magnétique ou tantôt actionneur électrique dans le cas d'un courant circulant dans les parties actives des conducteurs.

Dans les deux cas, il s'agit de forces de répulsion magnétique appliquées à la pluralité de conducteurs d'excitation ou induit bobiné.

La figure 1 est une représentation schématique déroulée à plat du principe de 20 la machine électrique acyclique tournante selon l'invention.

Dans l'exemple représenté sur les figures 2 et 3, la machine tournante est constituée d'une culasse externe comprenant deux flasques 1, 1' et un cylindre 7, solidaire desdits flasques 1, 1' qui forme une cage globalement cylindrique et constitue une sorte de stator externe ST.

A l'intérieur de la culasse, un noyau interne est monté rotatif autour d'un axe central 0; ledit noyau interne comprend un arbre 2, réalisé en matériau amagnétique, tel de l'aluminium, monté en rotation sur deux paliers 3, 4, à glissement ou à roulement, et immobilisé en translation; ledit noyau constitue une sorte de rotor interne RO.

2884069 - 10 - Le susdit noyau interne est constitué d'un cylindre 5 entourant le susdit arbre 2, lequel cylindre 5 est réalisé en matériau magnétique, présentant une perméabilité élevée, tel du fer doux.

Des aimants A1, A2, de polarité magnétique opposée, lesquels aimants A1, A2, sont solidaires du cylindre 5, au niveau de chacune de ses extrémités. La conception des aimants permet d'obtenir une très forte aimantation avec des aimants de masse et de dimensions réduites. L'adoption de tels aimants puissants et légers permet avantageusement d'envisager de disposer les pôles d'aimantation permanente sur la partie rotative de la machine tournante avec une inertie réduite.

La culasse 1, l', 7 porte au niveau de son pourtour intérieur, une série de tôles 6 en forme de lettre U renversé, disposées radialement comme des ailettes rayonnantes; chaque tôle 6 est disposée suivant un demi-plan sagittal, c'est-à- dire un demi-plan radial passant par l'axe A; lesdites tôles 6 sont réalisées en matériau magnétique présentant une perméabilité la plus élevée possible, comme des tôles en fer étamé ou en ferrite; selon une variante, les tôles 6 sont en alliage fer silicium à grains orientés. Les tôles 6 en forme de lettre U, ont leurs deux branches du U dirigées vers l'axe A. De même, l'ensemble constitué du susdit cylindre 5 et des aimants A1, A2, situés à chaque extrémité dudit cylindre 5, ont une forme de lettre U, les deux branches du U étant dirigées vers les tôles 6.

Les longueurs des tôles 6, suivant l'axe A, sont équivalentes à la longueur du cylindre 5; la largeur de chacune des branches du U desdites tôles 6 est égale à la longueur des aimants A1, A2, disposés aux extrémités du cylindre 5; ainsi les deux branches polaires du rotor RO sont disposées vis-à-vis des deux extrémités correspondantes des tôles 6 du stator ST; la distance radiale qui sépare l'extrémité des branches du U des tôles 6 et la face libre des aimants A1, A2, constitue l'entrefer entre le rotor RO et le stator ST; cet entrefer est par conséquent égale à la moitié de l'écart entre le diamètre interne de l'induit 2884069 -11que constitue le stator ST, et le diamètre extérieur de l'inducteur que constitue le rotor RO.

Entre les différentes tôles, des tronçons actifs Cn, C'n, sont disposés sensiblement parallèlement à l'axe A et remplissent l'espace tronconique défini par les deux tôles adjacentes, le diamètre interne de l'induit que constitue le stator ST, et le diamètre interne de la culasse 1, l', 7. Lesdits tronçons Cn, C'n, sont alimentés par les bus BUA, BUB, BUc, selon la représentation schématique déroulée à plat, décrite précédemment.

Ainsi, en entraînant le rotor RO, c'est-à-dire en entraînant les aimants A1, A2, pour une vitesse donnée, la machine électrique tournante devient un générateur, des forces électromotrices équivalentes apparaîtront respectivement entre les bus BUA et BUB d'une part, et entre les bus BUA et BUc d'autre part. Par conséquent, en alimentant le bus BUA d'une part et les bus BUB, BUc électriquement reliés, d'autre part, la machine électrique tournante devient un moteur possédant un couple double pour un courant identique dans chacun des conducteurs.

Dans l'exemple représenté sur la figure 4, une première nappe de conducteurs électriques, C1, C2, C3, C _2, C _1, C,,, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, sont alimentés par deux bus, respectivement BUA1, BUB. Une seconde nappe de conducteurs électriques, C'1, C'2, C'3,..., C'n, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, et dans la même direction que celle associée à la susdite première nappe, sont alimentés par deux bus, respectivement BUA2, BUc.

Les susdits bus BUB, BUA2, sont reliés électriquement par une liaison L; ainsi l'alimentation électrique de ces deux nappes est effectuée entre le bus BUc d'une part, et le bus BUA1 d'autre part; la source de courant étant continue, les courants circulant dans les conducteurs C1, C2, C3, Cn_2, Cn_1, Cri, ainsi que les courants circulant dans les conducteurs C'1, C'2, C'3,..., C'n, 2884069 - 12- convergent respectivement vers les bus BUA1, BUA2, ou divergent des bus BUA1, BUA2, selon la polarité de ladite source de courant.

En supposant qu'une première pluralité d'aimants, non représentés, de polarité nord PN soient disposés parallèlement sous les conducteurs C1, C2, C3, Cn_ 2, Cn_], Cn, et qu'une seconde pluralité d'aimants, non représentés, de polarité sud PS soient disposés parallèlement sous les conducteurs C'1, C'2, C'3,..., C'n_2, C'n, une force F, dite de Laplace, s'exerce sur les susdits conducteurs C1, C2, C3, Cn-2, Cn-], Cn, C' 1, C'2, C'3,..., C'n, égale à : 10 F=Î LAH, I, étant le courant circulant dans chacun des conducteurs C1, C2, C3, Cn_2, Cn-1, Cn, C'l, C'2, C'3,..., C'n-2, C'n, L, étant la longueur de chacun des conducteurs C1, C2, C3, Cn-2, Cn_1, Cn, C'2, c'3,..., C'n-2, C'n-1, C'n, et H, étant l'intensité du champ magnétique créé par les susdits aimants.

Les conditions de champ magnétique étant homogènes sous les susdites deux nappes, les forces élémentaires de Laplace s'additionnent, provoquant un mouvement relatif des susdites nappes de conducteurs par rapport à la pluralités d'aimants, dans le plan contenant les susdites nappes.

La figure 4 est une seconde représentation schématique déroulée à plat du principe de la machine électrique tournante selon l'invention; il est ainsi possible de doubler la force contre-électromotrice (cas du moteur) ou de doubler la force électromotrice (cas du générateur) par rapport au schéma équivalent de la dynamo de POIRSON en alimentant en série les conducteurs électriques associés à chacune des branches du U que constituent les susdites tôles 6.

2884069 - 13 - Dans l'exemple représenté sur les figures 5 et 3, la machine tournante est constituée d'une culasse externe comprenant deux flasques 1, 1', un cylindre 7, et une couronne 8, solidaires desdits flasques 1, 1' qui forme une cage globalement cylindrique et constitue une sorte de stator externe ST.

A l'intérieur de la culasse, un noyau interne est monté rotatif autour d'un axe central A; ledit noyau interne comprend un arbre 2, réalisé en matériau amagnétique, tel de l'aluminium, monté en rotation sur deux paliers 3, 4, à glissement ou à roulement, et immobilisé en translation; ledit noyau constitue une sorte de rotor interne RO.

Le susdit noyau interne est constitué d'un cylindre 5 entourant le susdit arbre 2, lequel cylindre 5 est réalisé en matériau magnétique, présentant une perméabilité élevée, tel du fer doux.

Des aimants A1, A2, de polarité magnétique opposée, lesquels aimants A1, A2, sont solidaires du cylindre 5, au niveau de chacune de ses extrémités. 15 La culasse 1, 1', 7, 8, porte au niveau de son pourtour intérieur, une série de tôles 6 en forme de lettre U renversé, disposées radialement comme des ailettes rayonnantes; chaque tôle 6 est disposée suivant un demi-plan sagittal, c'est-à-dire un demi-plan radial passant par l'axe A; lesdites tôles 6 sont réalisées en matériau magnétique présentant une perméabilité la plus élevée possible, comme des tôles en fer étamé ou en ferrite; selon une variante, les tôles 6 sont en alliage fer silicium à grains orientés. Les tôles 6 en forme de lettre U, ont leurs deux branches du U dirigées vers l'axe A. De même, l'ensemble constitué du susdit cylindre 5 et des aimants A1, A2, situés à chaque extrémité dudit cylindre 5, ont une forme de lettre U, les deux branches du U étant dirigées vers les tôles 6.

Les longueurs des tôles 6, suivant l'axe A, sont légèrement supérieures à la longueur du cylindre 5, lesquelles tôles 6 ont chacune, de part et d'autre des branches du U, un épaulement 6a, 6b, reposant sur la susdite couronne 8; ainsi, 2884069 - 14 - lors du montage desdites tôles 6, celles-ci seront immobilisées radialement, notamment en présence des aimants A1, A2.

La largeur de chacune des branches du U desdites tôles 6 est égale à la longueur des aimants A1, A2, disposés aux extrémités du cylindre 5; ainsi les deux branches polaires du rotor RO sont disposées vis-à-vis des deux extrémités correspondantes des tôles 6 du stator ST; la distance radiale qui sépare l'extrémité des branches du U des tôles 6 et la face libre des aimants A1, A2, constitue l'entrefer entre le rotor RO et le stator ST; cet entrefer est par conséquent égale à la moitié de l'écart entre le diamètre interne de l'induit que constitue le stator ST, et le diamètre extérieur de l'inducteur que constitue le rotor RO.

Entre les différentes tôles, des tronçons actifs C,,, sont disposés sensiblement parallèlement à l'axe A et remplissent l'espace tronconique défini par les deux tôles adjacentes, le diamètre interne de l'induit que constitue le stator ST, et le diamètre interne de la culasse 1, 1', 7, 8. Lesdits tronçons C,,, C',,, sont alimentés par les bus BUA, BUB, BUc, selon la représentation schématique déroulée à plat, décrite précédemment.

Ces machines électriques tournantes constituent des moteurs électriques ou des générateurs électriques fiables et de bon rendement; elles peuvent être assimilées à la dynamo de Poirson-Faraday, en ayant des possibilités électriques similaires, c'est-à-dire des forts courants et des faibles forces contre-électromotrices, étant donné la mise en parallèle des parties actives des conducteurs électriques.

Néanmoins, elles présentent par rapport à la dynamo de Poirson-Faraday, un certain nombre d'avantages: les contacts glissants nécessaires aux deux extrémités du cylindre de Poirson sont supprimés, étant donné que l'ensemble des conducteurs électriques, disposés entre les susdites tôles 6, sont alimentés en deux points, soit entre les bus BUB, BUc, reliés électriquement, d'une part et 2884069 - 15 - le bus BUA d'autre part, selon la première configuration, soit entre le bus BUc d'une part et le BUA1 d'autre part, les bus BUA2 et BUB étant reliés électriquement, selon la deuxième configuration, le seul cylindre massique est le cylindre 5 sur lequel sont disposés les 5 aimants A1, A2, de faible épaisseur.

Ainsi, le feuilletage des tôles permet une sectorisation du cuivre et une mise en série des parties actives des conducteurs électriques, ce qui autorise le réglage du rapport force contre-électromotrice à courant; par ailleurs, les inerties engendrées par les pièces mobiles qui constituent le rotor sont considérablement réduites.

Il est donc possible d'envisager des machines électriques tournantes de toute taille avec une grande simplicité de montage; ainsi des sousensembles, en forme de secteur, de tôles et de conducteurs cuivre, préalablement assemblés et imprégnés ou collés, pourront constitués le stator.

Dans l'exemple représenté sur la figure 6, une première nappe de conducteurs électriques, Cla, C2a, Ch"-, Cn-2a, Cn-la, Cna, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, sont alimentés par deux bus, respectivement BUAa, BUBa.

Une seconde nappe de conducteurs électriques, C'la, C'2a, C'3a,..., C'n2a, la, C'na, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, et dans la même direction que celle associée à la susdite première nappe, sont alimentés par le susdit bus BUAa et un bus BUca.

L'alimentation électrique de ces deux nappes est effectuée entre le bus BUBa ou le bus BUca d'une part, et le bus BUAa d'autre part; la source de courant étant continue, les courants circulant dans les conducteurs Cl a, C2a, C3a, Cn-2a, Cn_la, Cna, ainsi que les courants circulant dans les conducteurs C' la, C'2a, C'3a,..., Con-2a, C'n-la, C'na, convergent versle bus BUAa, ou divergent du bus BUAa, selon la polarité de ladite source de courant.

Ces deux premières nappes constituent ainsi un premier secteur SEa.

- 16 - Une troisième nappe de conducteurs électriques, Clb, C2b, C3b Cn2b, Cn-lb, Cab, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, sont alimentés par deux bus, respectivement BUAb, BUBb.

Une quatrième nappe de conducteurs électriques, C'lb, C'2b, C'3b,É É É, C'n-2b, Con-lb, C'nb, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, et dans la même direction que celle associée à la susdite troisième nappe, sont alimentés par le susdit bus BUAb et un bus BUcb.

Les susdits bus BUBa, BUca, sont reliés électriquement au bus BUAb respectivement par des liaisons électriques Lab, L'ab; ainsi l'alimentation électrique de ces deux nappes est effectuée entre le bus BUBb ou le bus BUcb d'une part, et le bus BUAb d'autre part.

Ces troisième et quatrième nappes constituent un second secteur SEb.

Une cinquième nappe de conducteurs électriques, Clc, C2c, C3c, Ca_2c, Ca_, Cnc, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, sont alimentés par deux bus, respectivement BUAc, BUBc.

Une sixième nappe de conducteurs électriques, C'1, C'2c, 1,, C'ne, disposés parallèlement les uns par rapport aux autres, et dans la même 20 direction que celle associée à la susdite cinquième nappe, sont alimentés par le susdit bus BUAC et un bus BUce.

Les susdits bus BUBb, BUcb, sont reliés électriquement au bus BUAC respectivement par des liaisons électriques Lbc, L'bc; ainsi l'alimentation électrique de ces deux nappes est effectuée entre le bus BUBC ou le bus BUc, d'une part, et le bus BUAc d'autre part.

D'autre part, les bus BUBc, BUce, sont reliés électriquement respectivement par des liaisons électriques LCd, L'cdÉ Ces cinquième et sixième nappes constituent un troisième secteur SE,.

2884069 -17- La même démarche pouvant se déduire aisément pour les secteurs suivants, on s'aperçoit ainsi que ceux-ci sont alimentés en série, dans le cas présent entre le bus BUAa et le point commun des liaisons Lad, L'cd.

Dans l'exemple représenté sur la figure 7, la machine tournante est constituée d'une culasse externe comprenant deux flasques 1, 1' et un cylindre 7, solidaire desdits flasques 1, 1' qui forme une cage globalement cylindrique et constitue une sorte de stator externe ST.

A l'intérieur de la culasse, un noyau interne est monté rotatif autour d'un axe central A; ledit noyau interne comprend un arbre 2, réalisé en matériau amagnétique, tel de l'aluminium, monté en rotation sur deux paliers 3, 4, à glissement ou à roulement, et immobilisé en translation; ledit noyau constitue une sorte de rotor interne RO.

Le susdit noyau interne est constitué d'une couronne 5 entourant le susdit 15 arbre 2, lequel cylindre 5 est réalisé en matériau magnétique, présentant une perméabilité élevée, tel du fer doux.

Des aimants A1, A2, de polarité magnétique opposée, lesquels aimants A1, A2, sont solidaires de la couronne 5, au niveau de chacune de ses faces latérales.

La culasse 1, l', 7 porte au niveau de son pourtour intérieur, une série de tôles 6 en forme de lettre C couché dont le dos du C est parallèle à l'axe central A le long de la face interne de la susdite culasse, disposées radialement comme des ailettes rayonnantes; chaque tôle 6 est disposée suivant un demi-plan sagittal, c'est-à-dire un demi-plan radial passant par l'axe A; lesdites tôles 6 sont réalisées en matériau magnétique présentant une perméabilité la plus élevée possible, comme des tôles en fer étamé ou en ferrite; selon une variante, les tôles 6 sont en alliage fer silicium à grains orientés. Les tôles 6 en forme de lettre C, ont leurs deux branches du C au voisinage de l'ouverture du C dirigées vers les aimants A1, A2, situés sur chaque face latérale de ladite couronne 5.

2884069 -18- Les deux branches polaires du rotor RO que constituent les aimants A1, A2, sont disposées vis-à-vis des deux extrémités correspondantes des tôles 6 du stator ST; la distance axiale qui sépare l'extrémité des branches du C des tôles 6 et la face libre des aimants A1, A2, constitue les deux entrefers entre le rotor RO et le stator ST.

Entre les différentes tôles, des tronçons actifs Cna, Cnb, Cne, sont disposés sensiblement et respectivement parallèlement à l'axe A, perpendiculairement à l'axe A, et parallèlement à l'axe A, sur les trois branches du C, et remplissent l'espace tronconique défini par les deux tôles adjacentes, Lesdits tronçons Cna, Cnb, Cnc, sont alimentés respectivement par les bus BUAa, BUBa, BUAb, BUBb, BUAC, BUBc selon la représentation schématique déroulée à plat, décrite précédemment.

Ainsi, dans cette configuration, les forces contre-électromotrices individuelles sont ajoutées et les couples sont multipliés d'autant; ce type de structure permet de minimiser le volume de fer utilisé.

Par ailleurs, compte tenu de l'encombrement réduit qu'une telle structure présente, il est aisément envisageable de juxtaposer plusieurs moteurs sur un même arbre en mettant les inducteurs en série et d'éviter des pièces à fermeture de champ pour obtenir une force contre-électromotrice correcte.

Une des caractéristiques des machines électriques tournantes acycliques réside dans la nécessité d'obtenir un flux magnétique constant dans l'entrefer ce qui exige une homogénéité du flux magnétique ou des pôles d'excitation (aimants permanents ou électro-aimants), ainsi qu'une épaisseur constante de l'entrefer.

La nécessité pour obtenir une force contre-électromotrice multiple de la force contre-électromotrice de base (celle équivalente à la dynamo de POIRSON), avec tous les conducteurs actifs des secteurs reliés entre eux à chacune de leur extrémité, oblige à relier des nappes de conducteurs actifs afin que leurs forces 2884069 - 19 - contre-électromotrice s'ajoutent. Cela nécessite un passage du conducteur central entre des tôles, lequel présente une épaisseur non négligeable; il doit être isolé donc recouvert d'un isolant et cet ensemble constitué du conducteur électrique et de son isolant doit être entouré d'un blindage d'épaisseur suffisante pour atténuer le champ magnétique généré par le courant qui parcourt ce conducteur. Pour conserver un positionnement radial des tôles dans ces conditions, il est nécessaire d'introduire dans l'espace réservé au passage du conducteur blindé, une pièce magnétique pour conserver une homogénéité de champ dans l'entrefer. Cette pièce magnétique d'épaisseur suffisante et de profil en forme de secteur peut être aisément obtenue par fonderie ou par découpe.

Dans l'exemple représenté sur la figure 8, la tôle 6 ainsi que ses deux épaulements 6a, 6b, est représentée en pointillé. Une pièce magnétique 9, représentée en trait fort, comprend un profil externe en correspondance de forme avec le profil de la susdite tôle 6; sa largeur, dans le plan contenant la tôle 6 est sensiblement constante et sa forme générale est donc voisine d'un U; par ailleurs, au voisinage de la base du U, un décrochement, symétrique de part et d'autre de l'axe de symétrie de la pièce 9, permet de maintenir la tôle 6 à mi-hauteur au voisinage de sa découpe centrale, tout en laissant un passage pour les conducteurs électrique de liaison.

La section transversale de cette pièce 9 sera avantageusement en forme de secteur, c'est-à-dire de faible épaisseur au voisinage de sa base, et de forte épaisseur au voisinage de sa partie supérieure, de manière à compenser la variation du périmètre correspondant aux diamètres externe et interne de la couronne constituée de tôles et de conducteurs électriques.

Dans l'exemple représenté sur la figure 9, la machine tournante est constituée d'une culasse externe comprenant deux flasques 1, 1', un cylindre 7, et une couronne 8, solidaires desdits flasques 1, 1' qui forme une cage globalement cylindrique et constitue une sorte de stator externe ST.

2884069 - 20 - A l'intérieur de la culasse, un noyau interne est monté rotatif autour d'un axe central A; ledit noyau interne comprend un arbre 2, réalisé en matériau amagnétique, tel de l'aluminium, monté en rotation sur deux paliers 3, 4, à glissement ou à roulement, et immobilisé en translation; ledit noyau constitue une sorte de rotor interne RO.

Le susdit noyau interne est constitué d'un cylindre 5 entourant le susdit arbre 2, lequel cylindre 5 est réalisé en matériau magnétique, présentant une perméabilité élevée, tel du fer doux.

Des aimants AI, A2, de polarité magnétique opposée, lesquels aimants AI, A2, 10 sont solidaires du cylindre 5, au niveau de chacune de ses extrémités.

La culasse 1, 1', 7, 8, porte au niveau de son pourtour intérieur, une série de tôles 6 en forme de lettre U renversé, disposées radialement comme des ailettes rayonnantes; chaque tôle 6 est disposée suivant un demi-plan sagittal, c'est-à-dire un demi-plan radial passant par l'axe A; lesdites tôles 6 sont réalisées en matériau magnétique présentant une perméabilité la plus élevée possible, comme des tôles en fer étamé ou en ferrite; selon une variante, les tôles 6 sont en alliage fer silicium à grains orientés. Les tôles 6 en forme de lettre U, ont leurs deux branches du U dirigées vers l'axe A. De même, l'ensemble constitué du susdit cylindre 5 et des aimants AI, A2, situés à chaque extrémité dudit cylindre 5, ont une forme de lettre U, les deux branches du U étant dirigées vers les tôles 6.

Les longueurs des tôles 6, suivant l'axe A, sont légèrement supérieures à la longueur du cylindre 5, lesquelles tôles 6 ont chacune, de part et d'autre des branches du U, un épaulement 6a, 6b, reposant sur la susdite couronne 8; ainsi, lors du montage desdites tôles 6, celles-ci seront immobilisées radialement, notamment en présence des aimants AI, A2.

La largeur de chacune des branches du U desdites tôles 6 est égale à la 30 longueur des aimants AI, A2, disposés aux extrémités du cylindre 5; ainsi les deux branches polaires du rotor RO sont disposées vis-à-vis des deux 2884069 -21- extrémités correspondantes des tôles 6 du stator ST; la distance radiale qui sépare l'extrémité des branches du U des tôles 6 et la face libre des aimants AI, A2, constitue l'entrefer entre le rotor RO et le stator ST; cet entrefer est par conséquent égale à la moitié de l'écart entre le diamètre interne de l'induit que constitue le stator ST, et le diamètre extérieur de l'inducteur que constitue le rotor RO.

Entre les différentes tôles, des tronçons actifs Cn, C'n, sont disposés sensiblement parallèlement à l'axe 0 et remplissent l'espace tronconique défini par les deux tôles adjacentes, le diamètre interne de l'induit que constitue le stator ST, et le diamètre interne de la culasse 1, 1', 7, 8. Lesdits tronçons Cn, C'n, sont alimentés par les bus BUA, BUB, BUc, selon la représentation schématique déroulée à plat, décrite précédemment.

De manière à obtenir une force contre-électromotrice multiple de la force contre-électromotrice de base (celle équivalente à la dynamo de POIRSON), les paquets de conducteurs actifs seront reliés en série de manière à ce que les forces contre-électromotrices s'ajoutent; comme indiqué précédemment, cela nécessite le passage d'un conducteur central entre les susdits paquets, lequel conducteur doit être isolé et entouré d'un blindage magnétique de manière à limiter le champ magnétique généré par le courant électrique circulant dans ledit conducteur.

Ainsi, un conducteur Cno et un blindage Bno sont disposés radialement en direction de la périphérie interne du stator ST; le conducteur Cno étant relié 25 électriquement au bus BUA.

Dans l'exemple représenté sur la figure 10, la machine tournante est constituée d'une culasse externe comprenant un cylindre 7, associé aux flasques 1, l', non représentés, qui forme une cage globalement cylindrique et constitue une sorte de stator externe ST.

2884069 - 22 - A l'intérieur de la culasse, un noyau interne est monté rotatif autour d'un axe central A; ledit noyau interne comprend un arbre 2, réalisé en matériau amagnétique, tel de l'aluminium, monté en rotation sur deux paliers 3, 4, non représentés, à glissement ou à roulement, et immobilisé en translation; ledit noyau constitue une sorte de rotor interne RO.

Le susdit noyau interne est constitué d'un cylindre 5 entourant le susdit arbre 2, lequel cylindre 5 est réalisé en matériau magnétique, présentant une perméabilité élevée, tel du fer doux.

Des aimants Al non représenté, A2, de polarité magnétique opposée, lesquels 10 aimants A1, A2, sont solidaires du cylindre 5, au niveau de chacune de ses extrémités.

La culasse 1, l', 7 porte au niveau de son pourtour intérieur, une série de tôles 6 en forme de lettre U renversé, disposées radialement comme des ailettes rayonnantes; chaque tôle 6 est disposée suivant un demi-plan sagittal, c'est-à- dire un demi-plan radial passant par l'axe A; par ailleurs, lesdites tôles 6 sont regroupées en paquets; un paquet Pa est constitué des tôles 61a, 62a,..., 6 a; un paquet Pb est constitué des tôles 61b, 62b,..., 6nb; ces différents paquets de tôles Pa, Pb, sont séparés par des pièces magnétiques 9a, 9b, 9c, dont les sections sont en forme de secteur, c'est-à-dire de faible épaisseur au voisinage de sa base, et de forte épaisseur au voisinage de sa partie supérieure, de manière à compenser la variation du périmètre correspondant aux diamètres externe et interne de la couronne constituée de tôles et de conducteurs électriques.

Entre les différentes tôles, des tronçons actifs sont disposés sensiblement parallèlement à l'axe A et remplissent l'espace tronconique défini par les deux tôles adjacentes, le diamètre interne de l'induit que constitue le stator ST, et le diamètre interne de la culasse 1, l', 7. Lesdits paquets Pa, Pb, sont alimentés en série, selon la représentation schématique déroulée à plat, décrite précédemment.

Avantageusement, une telle structure est simple de réalisation: 2884069 23 - le rotor, constitué de son axe 2, du cylindre 5 et des aimants A1, A2, peut être introduit préalablement entre les deux flasques 1, 1', de manière à éviter par la suite la pénétration des tôles 6, les paquets de tôles 6 et conducteurs C,,, associés aux pièces 5 magnétiques 9, peuvent être préalablement assemblés et imprégnés d'une résine.

Ainsi, une automatisation du montage est envisageable compte tenu de la conception générale de la machine électrique tournante acyclique selon l'invention.

Dans l'exemple représenté sur la figure 11, la machine tournante est constituée d'une culasse externe comprenant deux flasques 1, 1' et un cylindre 7, solidaire desdits flasques 1, 1' qui forme une cage globalement cylindrique et constitue une sorte de rotor ou de carcasse tournante RO.

A l'intérieur de la culasse, une couronne 5, en correspondance de forme avec la forme interne de ladite culasse, réalisée en matériau magnétique, est solidaire de ladite culasse; la section radiale de ladite couronne 5 est en forme de lettre U renversé, épousant ainsi la section radiale de ladite carcasse tournante en forme de lettre U renversé.

Des aimants A1, A2, de polarité magnétique opposée, sont solidaires de ladite couronne 5 au voisinage des extrémités des branches du U de ladite couronne 5, sur leur face interne.

Ladite culasse est montée rotative autour d'un axe central A par l'intermédiaire d'un arbre 2, réalisé en matériau amagnétique, et de deux 25 paliers 3, 4, à glissement ou à roulement, et immobilisée en translation.

Ledit arbre 2 comporte, au voisinage de la zone centrale, une couronne permettant, au voisinage de sa périphérie de supporter des tôles 6 en forme de lettre I couché, disposées radialement comme des ailettes rayonnantes; chaque tôle 6 est disposée suivant un demi-plan sagittal, c'est-à-dire un demi-plan radial passant par l'axe A; lesdites tôles 6 sont réalisées en matériau 2884069 - 24 - magnétique présentant une perméabilité la plus élevée possible, comme des tôles en fer étamé ou en ferrite; selon une variante, les tôles 6 sont en alliage fer silicium à grains orientés.

De manière à assurer le maintien desdites tôles 6, une couronne 10, dont l'axe principal est colinéaire avec l'axe A, et dont la largeur est proche de la largeur de la susdite couronne associée à l'arbre 2, entoure les tôles 6, de part et d'autre du montant de la lettre I que constitue la forme desdites tôles 6. Entre les différentes tôles, des tronçons actifs C,,, C',,, sont disposés sensiblement radialement, perpendiculairement à l'axe 0, et remplissent l'espace tronconique défini par deux tôles adjacentes. Lesdits tronçons Cn, C',,, sont alimentés par des bus selon les configurations précédemment décrites. Une pièce magnétique 9, représentée en pointillé, en forme de lettre U renversé, est disposée entre les paquets de tôles 6; ladite pièce 9 est en forme de secteur, c'est-à-dire de forte épaisseur au voisinage de sa base, et de faible épaisseur au voisinage de sa partie supérieure, de manière à compenser la variation du périmètre correspondant aux diamètres externe et interne de la couronne constituée de tôles et de conducteurs électriques.

L'ensemble comprenant l'axe 2, la couronne 10, les tôles 6, les conducteurs électriques C,,, C',,, et les pièces magnétiques 9, constitue un stator ST. 20 Ainsi, la machine électrique tournante acyclique selon l'invention peut s'appliquer au domaine des moteurs à induction magnétique ou au domaine des générateurs à induction électromagnétique; avantageusement elle s'applique au machine à carcasse fixe ou à carcasse tournante; elle peut être configurée en champ magnétique axial ou radial, au moyen de tôles rectangulaires ou carrées, en forme de lettre U ou en forme de lettre I. Grâce à la mise en paquets des tôles, il est possible de maîtriser les forces électromotrice ou contre-électromotrice et le courant circulant dans les bobinages.

2884069 - 25 - Enfin, la conception générale permet une automatisation du montage des différents éléments constitutifs de la machine électrique tournante acyclique selon l'invention.

Claims (8)

- 26 - Revendications

1. Machine électrique tournante acyclique à courant continu comprenant: o une pluralité de conducteurs électriques d'excitation ou induit bobiné, et, o au moins un cylindre magnétique (5) dont l'axe principal est colinéaire avec l'axe de rotation (A) de la machine tournante, comportant sur sa périphérie externe, au voisinage de chacune de ses extrémités, une couronne d'aimants (A1, A2) de pôles magnétiques de polarité identique, la polarité de chacune desdites couronnes d'aimants étant opposée, de sorte que le flux magnétique circule sensiblement selon le plan radial contenant l'axe de rotation (A) de la machine tournante, caractérisée en ce que la pluralité de conducteurs électriques ont des parties actives (Cn, C'n) s'étendant sensiblement parallèlement à l'axe de rotation (0) de la machine tournante, et déposées entre des tôles minces (6) de perméabilité magnétique suffisante et de susceptibilité magnétique élevée, espacées étroitement, lesquelles sont disposées radialement, de sorte que le flux magnétique généré par les susdites couronnes d'aimants (A1, A2) circulant dans le plan radial se referme dans les tôles minces formant l'induit bobiné, les parties actives (Cn, C'n) de ladite pluralité de conducteurs électriques d'excitation ou induit bobiné, sont alimentées en parallèle et de sens opposé respectivement en regard desdites couronnes d'aimants (A1, A2), l'ensemble constitué de la pluralité de conducteurs électriques d'excitation ou induit bobiné et des couronnes d'aimants forme des circuits magnétiques à entrefers dans lesquels le flux magnétique circule selon le plan radial contenant l'axe de rotation (A) de la machine tournante.

2884069 - 27 -

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque tôle mince (6) a une forme de lettre U, les deux branches du U étant dirigées vers les susdites couronnes d'aimants (A1, A2), les susdites parties actives (Cn, C'n) de ladite pluralité de conducteurs électriques d'excitation sont disposées sur chacune des deux branches du U.

3. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque tôle mince (6) a une forme de lettre C couché dont le dos du C est parallèle au susdit axe de rotation (A), les deux branches du C au voisinage de l'ouverture du C étant dirigées vers les susdites couronnes d'aimants (A1, A2), lesquelles couronnes d'aimants (A1, A2), sont disposées radialement autour de l'axe de rotation (A), les susdites parties actives (Ca, C'n) de ladite pluralité de conducteurs électriques d'excitation sont disposées sur chacune des trois branches du C.

4. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque tôle mince (6) a une forme de I couché, les deux extrémités du I étant dirigées vers les susdites couronnes d'aimants (A1, A2), lesquelles couronnes d'aimants (A1, A2), sont disposées radialement autour de l'axe de rotation (A), les susdites parties actives (Ca, C'n) de ladite pluralité de conducteurs électriques d'excitation sont disposées radialement, perpendiculairement au susdit axe de rotation (A).

5. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les susdites 25 tôles (6) et la susdite pluralité de conducteurs électriques d'excitation constituent des paquets (Pa, Pb) en forme de secteurs.

6. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que les susdits paquets (Pa, Pb) en forme de secteurs sont connectés en série par des 30 conducteurs (Cn0).

2884069 - 28 -

7. Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que les susdits paquets (Pa, Pb) en forme de secteurs sont séparés par des pièces magnétiques (9a, 9b, 9c), en forme de U, dont les sections transversales sont en forme de secteur, c'est-à-dire de faible épaisseur au voisinage de la base, et de forte épaisseur au voisinage de la partie supérieure.

8. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que les susdits conducteurs (Cao) sont entourés de blindages magnétiques (B o).