FR2945683A1 - Machine vernier a aimants insires. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne une machine électrodynamique Vernier à aimants comprenant un stator et un rotor, - lequel stator comprenant des dents séparées par des encoches débouchant sur l'entrefer, lesquelles dents formant un motif périodique de pas Ps sensiblement constant, - lequel rotor comprenant des plots de largeur moyenne Lp séparés par des encoches débouchant sur l'entrefer, lesquelles plots formant un motif périodique de pas Pr sensiblement constant, Pr étant différent de Ps, - lequel rotor comprenant des aimants disposés dans lesdites encoches, lesquels aimants présentant tous le même pôle magnétique du côté de l'entrefer, Caractérisé en ce que la largeur moyenne Lp des plots du rotor est inférieure à 0,5 fois le pas Pr desdits plots, laquelle largeur moyenne Lp étant calculée sur la hauteur du plot.

Description

-1- Machine Vernier à aimants insérés

Domaine technique La présente invention concerne une machine électrodynamique Vernier à 5 aimants. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des moteurs électriques à fort couple massique pour des applications d'entraînement direct sans réducteur mécanique. Etat de la technique antérieure 10 Les machines Vernier dérivent des machines synchrones à réluctance variable. Leur particularité réside dans le fait que le pas des dents du stator est légèrement différent de celui des dents du rotor, de telle sorte que seule une partie de ces dents sont alignées simultanément. Le stator inclut des bobinages électriques, en général distribués dans les 15 encoches qui séparent les dents, qui génèrent un champ magnétique tournant. Dans les configurations les plus simples, le rotor est constitué d'un matériau magnétique et comporte simplement un certain nombre de dents faisant face à celles du stator. 20 La spécificité des machines Vernier réside dans le fait que la vitesse de rotation du rotor est plus faible que celle du champ magnétique créé par les bobinages électriques du stator. Le rapport de réduction dépend en partie du nombre de dents du rotor. Le couple mécanique est également augmenté. Le couple réluctant n'étant en général suffisant, les machines Vernier 25 comportent usuellement des générateurs de flux magnétique basés sur des aimants permanents au rotor. La nature du couplage électromagnétique est alors hybride dans le sens où il découle d'interactions entre le champ produit par les courants et le champ produit par les aimants. Dans une configuration classique hybride homopolaire, un aimant est 30 inséré au centre du rotor, et orienté parallèlement à l'axe de rotation. Le rotor se termine à ses deux extrémités par deux couronnes de dents, décalées de telle sorte qu'une dent d'un côté du rotor soit dans l'alignement d'une encoche du côté opposé. Cette configuration, relativement simple et commune dans les moteurs pas-à-pas, est néanmoins peu favorable pour 35 l'obtention de forts couples massiques du fait de la rapide saturation du circuit -2- magnétique. Cette saturation provient du fait que, d'une part l'entrefer doit être très faible pour accentuer l'effet magnétique entraîné par le décalage des dents, et d'autre part, le flux magnétique présente une composante homopolaire importante qui ne produit pas de couple. Par conséquence cette configuration entraîne des encombrements gênants. Les machines Vernier pour des applications nécessitant des forts couples massiques sont plutôt construites selon des configurations hybrides multipolaires, avec des aimants disposés radialement sur le pourtour du rotor, sur une culasse en matériau magnétique.

On connaît le document FR 2 560 461 de Pouillange et al. dans lequel les auteurs décrivent diverses configurations de machines Vernier hybrides multipolaires. Le point commun de ces configurations est que le rotor comporte une couronne continue de générateurs d'induction magnétique placés les uns à côté des autres, pour générer des flux magnétiques perpendiculaires à l'entrefer. Ces générateurs peuvent être soit des couples d'aimants placés les uns à côté des autres, avec alternativement les pôles nord et sud faisant face à l'entrefer, soit des bobinages ouverts sur l'entrefer, soit encore des aimants ou des bobinages disposés par paires face-à-face de telle sorte à générer des flux magnétiques perpendiculaires symétriques.

Les configurations décrites dans le document FR 2 560 461, et en particulier celles à base de couples d'aimants permanents dont les pôles font face à l'entrefer, ont l'avantage important de permettre la réalisation de rotors annulaires très minces. On peut ainsi réaliser des moteurs à fort couple, faible inertie et surtout un encombrement réduit qui trouvent des applications par exemple en traction (moteurs intégrés à une roue), en robotique et dans le domaine aéronautique. Dans les machines Vernier à aimants, l'interaction des champs magnétiques à l'origine d'une part importante du couple mécanique est d'origine dentaire. Il y a une interaction forte entre les aimants du rotor et les dents du stator. Les performances sont intimement liées à la fréquence de fonctionnement et donc au nombre d'aimants du rotor. Lors de l'assemblage, ces aimants qui présentent une aimantation radiale alternée et sont tous de forme identique, doivent être positionnés et collés à la périphérie du rotor. Un tel assemblage peut s'avérer délicat et coûteux. 2945683 -3- On connaît le document JP 2005198381 de Yoshitaro et al. qui présente une machine Vernier à aimants dans laquelle un aimant sur deux du rotor est remplacé par une dent ou plot en matériau magnétique. Cette configuration permet de réduire sensiblement le nombre d'aimants utilisés et donc le coût.

5 Le montage est également considérablement simplifié dans la mesure où le positionnement des aimants est guidé par les plots. Les aimants sont tous orientés dans le même sens. La périodicité de l'induction dans l'entrefer est toutefois conservée de part la présence des plots magnétiques.

10 Cependant, le simple remplacement de la moitié des aimants d'une machine Vernier à aimants par des plots magnétiques ne produit pas des performances optimales. On connaît ainsi l'article de Toba, A., T.A. Lipo, "Nove) Dual-Excitation Permanent Magnet Vernier Machine," IEEE-IAS Conference Record, Phoenix, 15 AZ, Oct. 1999, vol. 4, pp. 2539-2544 dans lequel l'auteur décrit l'accroissement important de la réaction magnétique d'induit dans cette configuration, et les deux inconvénients majeurs qui en découlent : - l'accroissement du niveau de champ dans les dents et les culasses, avec pour conséquence un accroissement de la masse de fer nécessaire pour 20 limiter les saturations et donc une diminution du couple massique ; - l'accroissement de l'effet inductif qui entraîne une diminution du facteur de puissance et nécessite un surdimensionnement de l'alimentation électronique. La présente invention a pour but d'optimiser les performances des 25 machines Vernier à réluctance variable et à aimants insérés. Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec une machine électrodynamique Vernier comprenant : - au moins un stator et au moins un rotor, au moins partiellement en 30 matériau magnétique, séparés par un entrefer, et pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre selon un axe de déplacement, - lequel stator comprenant des dents séparées par des encoches débouchant sur l'entrefer, lesquelles dents formant un motif périodique de pas Ps sensiblement constant suivant ledit axe de déplacement, 2945683 -4- - lequel stator comprenant des bobinages électriques disposés dans lesdites encoches, lesquels bobinages étant alimentés de telle sorte à générer dans l'entrefer un champ magnétique à p paires de pôles glissant suivant ledit axe de déplacement, 5 - lequel rotor comprenant des plots de largeur moyenne Lp séparés par des encoches débouchant sur l'entrefer, lesquels plots formant un motif périodique de pas Pr sensiblement constant suivant ledit axe de déplacement, Pr étant différent de Ps, - lequel rotor comprenant des aimants disposés dans lesdites encoches, 10 lesquels aimants présentant tous une direction d'aimantation sensiblement perpendiculaire à l'entrefer et présentant tous le même pôle magnétique du côté de l'entrefer, Caractérisé en ce que la largeur moyenne Lp des plots du rotor est inférieure à 0,5 fois le pas Pr desdits plots, laquelle largeur moyenne Lp étant 15 calculée sur la hauteur du plot. La largeur moyenne Lp des plots du rotor peut en outre être supérieure à 0,2 fois le pas Pr desdits plots, laquelle largeur moyenne Lp étant calculée sur la hauteur du plot. De cette manière, le couple d'origine dentaire peut être significativement 20 amélioré en comparaison avec les machines Vernier à aimants insérés de l'art antérieur. Les pas Ps et Pr peuvent être choisis de telle sorte qu'un nombre entier Ns de dents du stator couvre sensiblement la même distance le long de l'axe de déplacement qu'un nombre entier Nr de plots du rotor, et que la relation : 25 INs - NrI = p soit satisfaite. En particulier, Ns et Nr peuvent être choisis tels que Ns soit supérieur à Nr (Ns > Nr). Selon des modes de réalisation particuliers, - la hauteur Hp des plots du rotor peut être sensiblement inférieure à la 30 hauteur Ha des aimants disposés dans les encoches ; - les plots du rotor peuvent être de forme sensiblement trapézoïdale, le sommet dudit plot étant sensiblement plus étroit que sa base ; - les plots du rotor peuvent être de forme sensiblement trapézoïdale, le sommet dudit plot étant sensiblement plus large que sa base, et les aimants 35 peuvent être de forme sensiblement trapézoïdale, et être retenus 2945683 -5- mécaniquement dans les encoches par un mode d'assemblage en queues d'aronde ; - les plots du rotor peuvent être de toute autre forme que rectangulaire ou trapézoïdale ; 5 - les plots du rotor peuvent être d'une hauteur Hp sensiblement inférieure à la hauteur Ha des aimants, et en outre être de forme trapézoïdale ou de toute autre forme. Une machine électrodynamique Vernier selon l'invention peut être conformée de telle sorte que : 10 - le stator et le rotor sont de symétrie cylindrique, - le rotor tourne sur son axe à l'intérieur du stator, - le stator comprend Ns dents sur sa face intérieure et le rotor comprend Nr plots sur sa face extérieure. Une machine électrodynamique Vernier selon l'invention peut également 15 être conformée de telle sorte que : - le stator et le rotor sont de symétrie cylindrique, - le rotor tourne sur son axe à l'extérieur du stator, - le stator comprend Ns dents sur sa face extérieure et le rotor comprend Nr plots sur sa face intérieure.

20 Une machine électrodynamique Vernier selon l'invention peut également être conformée de telle sorte que le rotor soit sensiblement en forme de disque, et tourne sur son axe face au stator. Une machine électrodynamique Vernier selon l'invention peut enfin être conformée de telle sorte que le rotor se déplace linéairement le long du 25 stator. Suivant d'autres caractéristiques particulières, - les bobinages électriques du stator peuvent être de type réparti à pas diamétral ; - les bobinages électriques du stator peuvent être de type réparti à pas 30 raccourci ; - les bobinages électriques du stator peuvent être à pas dentaire, auquel cas les spires de ces bobinages sont disposées autour des dents du stator ; - les bobinages électriques du stator peuvent être alimentés par un système de tensions polyphasées ; 2945683 -6- - les bobinages électriques du stator peuvent être alimentés par un système de tensions triphasées ; - le rapport s entre la largeur Ls des dents du stator au niveau de l'entrefer et leur pas Ps peut être choisi entre 0,3 et 0,5. Cela permet de 5 favoriser encore l'effet de réluctance variable ; - les dents du stator peuvent comporter un isthme à leur extrémité dans l'entrefer ; - chaque dent du stator peut être constituée d'un groupe de petites dents sensiblement équidistantes, la largeur dudit groupe étant égale à Ls, laquelle 10 largeur Ls étant définie comme dans le cas des dents d'un seul tenant ; - chaque plot du rotor peut être constitué d'un groupe de petits plots sensiblement équidistants, la largeur dudit groupe étant égale à Lr, laquelle largeur Lr étant définie comme dans le cas des plots d'un seul tenant. Description des figures et modes de réalisation 15 D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la figure 1 illustre une vue en coupe d'une machine Vernier de l'art antérieur avec des paires d'aimants de polarité alternée au rotor, 20 - la figure 2 illustre une vue en coupe d'une machine Vernier de l'art antérieur, dans laquelle un aimant sur deux du rotor a été remplacé par un plot, - la figure 3 illustre une vue en coupe de la répartition des aimants et des plots au rotor d'une machine Vernier selon l'invention, 25 - la figure 4 illustre une vue en coupe de la structure d'une machine Vernier selon l'invention, - la figure 5 illustre une vue en coupe d'une variante d'une machine vernier selon l'invention, dans laquelle la hauteur des aimants est sensiblement supérieure à la hauteur des plots du rotor, 30 - la figure 6 illustre une variante d'une machine vernier selon l'invention, dans laquelle les aimants sont retenus mécaniquement sur le rotor par un système de queues d'arondes, - la figure 7 illustre le phénomène de saturation à la base des plots du rotor d'une machine Vernier selon l'invention, -7- - la figure 8 illustre une variante d'une machine Vernier selon l'invention, dans laquelle la géométrie des dents du rotor est adaptée pour limiter la saturation, - la figure 9 illustre des variantes d'une machine Vernier selon l'invention, 5 dans lesquelles la forme des aimants est sensiblement différente de celle des encoches. Les figures 1 et 2 présentent les dispositions mises en oeuvre dans les machines Vernier de l'art antérieur. En référence à la figure 1, ces machines comprennent : 10 - un stator 1 pourvu de dents 2 en matériau magnétique séparées par des encoches 3. L'intervalle de distance entre deux dents, ou pas statorique, est noté Ps ; - un rotor 4 constitué d'une culasse sur laquelle sont fixées des paires d'aimants 5 et 6. Les aimants sont tous de largeur sensiblement identique La 15 mais de polarité alternée. La largeur d'une paire d'aimants, ou pas rotorique, est noté Pr. Le rotor est séparé du stator par un entrefer 10 d'épaisseur sensiblement constante au cours du déplacement. En référence à la figure 2, selon une variante connue de machine Vernier de l'art antérieur dite à aimants insérés , un aimant sur deux du rotor est 20 remplacé pour des raisons de coût et de simplification de montage par un plot 7 en matériau magnétique. Les aimants restants 5, logés dans les encoches séparant les plots 7, sont tous orientés de manière identique par rapport à l'entrefer 10, de telle sorte que les pôles nord de tous les aimants ou les pôles sud de tous les aimants soient face à cet entrefer 10. Le pas rotorique Pr 25 correspond dans cette configuration à la largeur d'un aimant et d'un plot. Dans les machines Vernier à aimants insérés de l'art antérieur, la largeur Lp des plots 7 du rotor est sensiblement identique ou supérieure à la largeur La des aimants 5 ou des encoches. Cette conception permet de diminuer la quantité d'aimants et donc le coût des dispositifs.

30 En définissant le paramètre t tel que t = Lp / Pr, on a en général pour les machines Vernier à aimants insérés de l'art antérieur t 0,5. La machine Vernier à aimants insérés selon la présente invention 35 conserve une structure à aimants insérés, avec un rotor comprenant une 2945683 -8- alternance d'aimants et de plots. Par contre, la structure du rotor est optimisée de telle sorte à améliorer les performances en termes de couple mécanique notamment. Dans une machine Vernier selon l'invention représentée en figure 3, le rapport t entre la largeur moyenne Lp des plots 7 du rotor 4 et leur pas Pr est compris entre 0,2 et 0,5. Selon une mise en oeuvre préférentielle, t = 0,4. Il est à noter que dans la description, la largeur des aimants La est assimilée à la largeur des encoches dans lesquelles ils sont insérés. La description reste toutefois valable dans le cas où l'aimant est de largeur sensiblement inférieure à l'encoche dans laquelle il est inséré, car sa perméabilité magnétique est proche de celle de l'air. Selon un mode de réalisation préférentiel mais nullement limitatif, la machine Vernier selon l'invention est réalisée sous la forme d'une machine tournante, de forme cylindrique. La figure 4 présente une vue en coupe, à une position quelconque le long du rotor, d'une telle machine. Seul un quart de la coupe est représenté. Cette machine Vernier comprend un stator 1 cylindrique, avec Ns dents 2 au total débouchant sur sa face intérieure. Le stator supporte un bobinage électrique 11 à m phases à pas diamétral, réparti dans les encoches 3 entre les dents, et qui génère dans l'entrefer 10 un champ magnétique tournant à p paires de pôles. Le bobinage 11 n'est représenté à la figure 4 que dans quelques encoches pour des raisons de clarté du dessin. Les dents 2 sont évidées et donc se terminent par des isthmes 12. Cela permet de maximiser l'espace pour les bobinages sans affecter significativement ni la réluctance ni la largeur Ls de ces dents 2 au niveau de l'entrefer. Le rotor 4, également de forme cylindrique, comprend Nr plots sur sa face extérieure. Nr aimants 5 sont insérés et collés dans les encoches séparant les plots du rotor. Ils présentent tous une aimantation radiale orientée dans le même sens par rapport à l'entrefer 10 (avec par exemple le pôle nord de tous les aimants faisant face à l'entrefer, ou de manière équivalente, le pôle sud de tous les aimants faisant face à l'entrefer). Dans le sens longitudinal, les plots 7 et les aimants 5 du rotor sont sensiblement de même longueur que les dents 2 du stator. Le stator et le rotor sont réalisés dans des assemblages de tôles magnétiques. 2945683 -9- Dans les machines Vernier à aimants, l'interaction des champs magnétiques à l'origine d'une part importante du couple mécanique est d'origine dentaire. Il y a une interaction forte entre les aimants 5 du rotor et les dents 2 du stator. L'effet Vernier est réalisé par un décalage progressif des 5 aimants par rapport aux dents et il est caractérisé par la relation générale : 1 Ns - Nr 1 = p. Pour tous les cas de bobinage statorique (de type réparti à pas diamétral ou raccourci, ou à pas dentaire), la relation suivante est satisfaite : Ns = 2 x m x Ne x p, 10 où Ne est le nombre d'encoches 3 par pôle et par phase. La relation générale caractérisant l'effet Vernier peut ainsi s'écrire : Nr/p=2xmxNe 1. La machine Vernier à aimants insérés selon l'invention est particulièrement intéressante pour les bobinages répartis tels que Ne = 1, 15 Ne = 2 et Ne = 3, et les bobinages dentaires avec Ne = 0.5. Les machines Vernier à aimants sont caractérisées par une différence de vitesse de rotation entre le rotor et le fondamental du champ magnétique d'entrefer. En notant Sis la vitesse de rotation du champ magnétique et 12r la vitesse de rotation du rotor, le rapport des vitesses est défini par le coefficient 20 Kv, appelé coefficient Vernier, comme suit : IKvI = I12s/S2rl =Ps/IPs-Pr' =Nr/p. Dans le mode de réalisation préférentiel de la figure 4, Ns = 36, Nr=33,m=3,p =3, Ne =let Kv=-11. Dans une machine Vernier à aimants insérés telle que présentée à la 25 figure 4, avec un enroulement statorique 11 constitué de Nsp spires en série parcourues par un courant d'amplitude Imax, le couple mécanique C, hybride, est directement proportionnel au flux rotorique 0a traversé par chaque spire : C N I KvI x Nsp x Imax x 0a, 30 Soit, à quantité de courant constante : CNIKvIx0a. Ce flux rotorique 0a est le flux engendré par les aimants au sein du circuit magnétique. Il est obtenu par intégration de l'induction rotorique Ba(0) sur un pôle de bobinage, 6 étant la position angulaire dans la machine tournante : 2945683 -10- 0a - <Ba> x Spôle, <Ba> étant la valeur moyenne de Ba(0) sur un pôle de bobinage et Spôle étant la surface du pôle. L'induction rotorique Ba(0) dépend du potentiel magnétique des aimants Va(0) et de la densité de perméance du 5 circuit magnétique Pm(0) : Ba(0) = Va(0) x Pm(0). Dans la configuration de la figure 4, la densité de perméance du circuit magnétique peut être approximée par la fonction suivante : Pm(0) PO PA x cos((Ns-Nr) x O) PB x cos((Ns+Nr) x O) ...

10 PC x cos(Ns x O) PD x cos(Nr x O). Dans le cas d'une machine Vernier à aimants insérés de l'art antérieur, dans laquelle les aimants sont de taille sensiblement identique aux plots (t = 0,5), le potentiel magnétique Va(0) peut être approximé par la fonction suivante : 15 Va(0) V1 x sin(Nr x O). Avantageusement, dans une machine Vernier à aimants insérés selon l'invention, les aimants sont plus larges que les plots (t < 0.5). Cette disposition permet de favoriser l'apparition d'une harmonique paire additionnelle dans le potentiel magnétique Va(0), lequel peut alors être 20 approximé par la fonction suivante : Va(0) V1 x sin(Nr x O) V2 x sin(2 x Nr x O). L'amplitude de cette harmonique paire additionnelle V2 est d'autant plus importante que le rapport t est petit. En explicitant Va(0) et Pm(0) et en introduisant Kv, l'induction 25 rotorique à l'origine du couple peut s'écrire sous la forme : Ba(0) B1 x cos(p x O) B1' x cos(p x O) f Bkv x cos(I KvI x p x O). Le terme B1', lié à V2, n'apparaît pas de manière significative dans les machines Vernier de l'art antérieur, où t = 0,5. Le flux rotorique à l'origine du couple mécanique dans une machine 30 Vernier à aimants insérés peut se décomposer en une partie d'origine dentaire et une partie d'origine polaire, soit 0a (od + od') Op, où od est le terme de flux d'origine dentaire lié à B1, 0d' est le terme de flux d'origine dentaire additionnel lié à B1' obtenu dans le dispositif selon 35 l'invention, et Op est le terme de flux d'origine polaire lié à Bkv. 2945683 -11- En fonction de la configuration dentaire choisie, les flux d'origines dentaire et polaire sont additifs ou soustractifs : - Si Ns > Nr, 0a (cDd + od') + Op ; - Si Ns < Nr, 0a (cDd + od') - Op.

5 Le couple mécanique C des machines Vernier à aimants insérés, qui est proportionnel au flux 0a, résulte donc également essentiellement de la combinaison d'une composante de couple d'origine polaire Cp, et de composantes d'origine dentaires qui sont Cd uniquement pour t = 0,5 (dispositifs de l'art antérieur), ou Cd+Cd' pour t < 0,5 (dispositifs selon 10 l'invention). De manière préférentielle, on choisi Ns > Nr, condition pour laquelle les composantes du couple sont additives, et donc le couple résultant le plus élevé. Le couple mécanique devient alors pour t < 0,5 : C N (Cd + Cd') + Cp.

15 La relation caractérisant l'effet Vernier devient alors : Ns - Nr = p. Le couple des machines Vernier à aimants insérés selon l'invention résulte donc de l'association d'un couple hybride d'origine dentaire et d'un couple hybride d'origine polaire.

20 Le couple hybride d'origine dentaire est directement lié à la composante spatiale fondamentale de l'induction rotorique, laquelle provient à la fois : - de l'interaction du fondamental du potentiel magnétique des aimants avec l'harmonique de rang Ns de la densité de perméance ; et - de l'interaction de l'harmonique 2 du potentiel magnétique des aimants 25 avec l'harmonique de rang Ns + Nr de la densité de perméance. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, cette composante est d'autant plus importante que t, inférieur à 0,5, devient plus petit, et donc que la largeur des aimants 5 du rotor 4 devient supérieure à la largeur des plots 7. Le couple hybride d'origine polaire est directement lié à la composante 30 spatiale harmonique de rang IKvI de l'induction rotorique, laquelle provient de l'interaction du fondamental du potentiel magnétique des aimants avec la valeur moyenne de la densité de perméance. En référence à la figure 5, dans une variante du dispositif selon l'invention, les plots 7 du rotor peuvent être conformés de telle sorte que leur 35 hauteur Hp soit sensiblement inférieure à la hauteur Ha des aimants 5, de 2945683 -12- telle sorte à augmenter l'entrefer au niveau des plots et réduire encore sensiblement l'effet inductif. De manière habituelle, les aimants 5 en périphérie du rotor sont maintenus par collage. Cependant, pour certaines applications, étant donné 5 qu'il est difficile de prévoir la durée de vie d'une colle, il est nécessaire d'effectuer un frettage des aimants au moyen par exemple de fils en kevlar ou en fibre de verre. Le problème qui se pose alors est que cette frette augmente l'entrefer magnétique, ce qui est préjudiciable aux performances globales du dispositif.

10 En référence à la figure 6, dans une autre variante du dispositif selon l'invention, les plots 7 du rotor 4 peuvent avoir une forme trapézoïdale en queue d'aronde , avec un sommet plus large que la base. Les aimants 5, de forme adaptée, sont alors maintenus mécaniquement par le montage en queue d'aronde et ne peuvent pas s'échapper dans l'entrefer, ce qui rend la 15 frette inutile. Et dans la mesure où la largeur moyenne Lp des plots 7 est inférieure à celle des aimants 5 conformément à l'invention, l'augmentation de l'effet inductif résultant de la forme des plots reste acceptable. Les meilleures performances en termes de couple sont obtenues pour des coefficients t petits correspondant à des largeurs de plot Lp également 20 petites comparées au pas rotorique Pr. Or, il se pose souvent un problème de saturation à la base de ces plots 7 qui limite justement les possibilités de réduction de ce coefficient t. Cette saturation est principalement localisée dans la zone 8 telle qu'illustrée à la figure 7. En référence à la figure 8, dans une variante du dispositif selon 25 l'invention, les plots 7 peuvent être de forme trapézoïdale avec une base plus large que le sommet. En effet, le niveau de couple dans une machine Vernier selon l'invention est essentiellement conditionné par la valeur du coefficient t au niveau de l'entrefer. Une forme trapézoïdale des plots permet ainsi avantageusement d'optimiser cette valeur du coefficient t tout en limitant la 30 saturation 8 à la base des plots 7. En référence à la figure 9, dans des variantes du dispositif selon l'invention, les aimants 5 du rotor 4 peuvent être de forme sensiblement différente des encoches dans lesquelles ils sont logés. Par exemple, - figure 9 (a), des aimants sensiblement rectangulaires peuvent être 35 insérés entre des dents sensiblement trapézoïdales ; 2945683 -13- - figure 9 (b), les aimants peuvent être sensiblement moins large que les encoches; - figure 9 (c), les aimants peuvent être sensiblement moins large que les encoches et sensiblement plus hauts.

5 Selon des modes de réalisation particuliers : - une machine Vernier selon l'invention peut fonctionner en moteur, ou en générateur ; - une machine Vernier selon l'invention peut comporter deux stators de structure identique, avec un rotor symétrique inséré entre les deux et séparé 10 de chaque stator par un entrefer ; - une machine Vernier selon l'invention peut comporter deux rotors de structure identique, avec un stator symétrique inséré entre les deux et séparé de chaque rotor par un entrefer ; - Une machine Vernier selon l'invention peut être constituée d'une pluralité 15 d'éléments cylindriques concentriques séparés par des entrefers, certains éléments constituant des stators et certains éléments constituant des rotors ; - une machine Vernier selon l'invention peut être de forme discoïdale, avec un rotor sensiblement en forme de disque tournant en regard d'au moins un stator ; 20 - une machine Vernier selon l'invention peut être constituée d'une pluralité d'éléments de forme discoïdale séparés par des entrefers, certains éléments constituant des stators et certains éléments constituant des rotors ; - une machine Vernier selon l'invention peut être constituée d'une pluralité de stators et d'une pluralité de rotors séparés par des entrefers, les rotors se 25 déplaçant linéairement par rapport aux stators. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (17)

1. REVENDICATIONS1. Machine électrodynamique Vernier comprenant : - Au moins un stator (1) et au moins un rotor (4), au moins partiellement en matériau magnétique, séparés par un entrefer (10), et pouvant se déplacer l'un par rapport à l'autre selon un axe de déplacement, - lequel stator (1) comprenant des dents (2) séparées par des encoches (3) débouchant sur l'entrefer (10), lesquelles dents (2) formant un motif périodique de pas Ps sensiblement constant suivant ledit axe de déplacement, - lequel stator (1) comprenant des bobinages électriques (11) disposés dans lesdites encoches (3), lesquels bobinages étant alimentés de telle sorte à générer dans l'entrefer (10) un champ magnétique à p paires de pôles glissant suivant ledit axe de déplacement, - lequel rotor (4) comprenant des plots (7) de largeur moyenne Lp séparés par des encoches débouchant sur l'entrefer, lesquels plots (7) formant un motif périodique de pas Pr sensiblement constant suivant ledit axe de déplacement, Pr étant différent de Ps, - lequel rotor (4) comprenant des aimants (5) disposés dans lesdites encoches, lesquels aimants (5) présentant tous une direction d'aimantation sensiblement perpendiculaire à l'entrefer (10) et présentant tous le même pôle magnétique du côté de l'entrefer (10), Caractérisé en ce que la largeur moyenne Lp des plots (7) du rotor (4) est inférieure à 0,5 fois le pas Pr desdits plots (7), laquelle largeur moyenne 25 Lp étant calculée sur la hauteur du plot (7).
2. 2. Machine électrodynamique Vernier selon la revendication 1, caractérisée en ce que la largeur moyenne Lp des plots (7) du rotor (4) est supérieure à 0,2 fois le pas Pr desdits plots (7), laquelle largeur moyenne Lp étant 30 calculée sur la hauteur du plot (7).
3. 3. Machine électrodynamique Vernier selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les pas Ps et Pr sont choisis de telle sorte que : 2945683 -15- - un nombre entier Ns de dents (2) du stator (1) couvre sensiblement la même distance le long de l'axe de déplacement qu'un nombre entier Nr de plots (7) du rotor (4), et, - la relation INs - NrI = p est satisfaite.
4. 4. Machine électrodynamique Vernier selon la revendication 3, caractérisée en ce que Ns est supérieur à Nr (Ns > Nr).
5. 5. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des 10 revendications précédentes, caractérisée en ce que la hauteur Hp des plots (7) du rotor (4) est sensiblement inférieure à la hauteur Ha des aimants (5) disposés dans les encoches.
6. 6. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des 15 revendications précédentes, caractérisée en ce que les plots (7) du rotor (4) sont de forme sensiblement trapézoïdale, le sommet dudit plot (7) étant sensiblement plus étroit que sa base.
7. 7. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 5, caractérisée en ce que : - les plots (7) du rotor (4) sont de forme sensiblement trapézoïdale, le sommet dudit plot (7) étant sensiblement plus large que sa base, et - les aimants (5) sont de forme sensiblement trapézoïdale, et sont retenus mécaniquement dans les encoches par un mode d'assemblage en queues d'aronde.
8. 8. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que : - le stator (1) et le rotor (4) sont de symétrie cylindrique, - le rotor (4) tourne sur son axe à l'intérieur du stator (1), - le stator (1) comprend Ns dents (2) sur sa face intérieure et le rotor (4) comprend Nr plots (7) sur sa face extérieure.
9. 9. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des 35 revendications 1 à 7, caractérisée en ce que : 5 2945683 -16- - le stator (1) et le rotor (4) sont de symétrie cylindrique, - le rotor (4) tourne sur son axe à l'extérieur du stator (1), - le stator (1) comprend Ns dents sur sa face extérieure et le rotor (4) comprend Nr plots (7) sur sa face intérieure.
10. 10. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le rotor (4) est sensiblement en forme de disque, et tourne sur son axe face au stator (1). 10
11. 11. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le rotor (4) se déplace linéairement le long du stator (1).
12. 12. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des 15 revendications 8 à 11, caractérisée en ce que les bobinages électriques (11) du stator (1) sont de type réparti à pas diamétral.
13. 13. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que les bobinages électriques (11) 20 du stator (1) sont de type réparti à pas raccourci.
14. 14. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisée en ce que les bobinages électriques (11) du stator (1) sont à pas dentaire.
15. 15. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les bobinages électriques (11) du stator (1) sont alimentés par un système de tensions triphasées. 30
16. 16. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque dent (2) du stator (1) est constituée d'un groupe de petites dents sensiblement équidistantes, la largeur dudit groupe étant égale à Ls. 5 25 2945683 -17-
17. 17. Machine électrodynamique Vernier selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque plot (7) du rotor (4) est constitué d'un groupe de petits plots sensiblement équidistants, la largeur dudit groupe étant égale à Lr. 5