FR2730873A1 - Machine electrique heteropolaire a bobinage global - Google Patents

Abstract

Machine électrique hétéropolaire (1) à bobinage global comprenant un rotor comportant des aimants permanents (A1, A'1, A2, A'2, A3, A'3) disposés pour fournir une aimantation alternée radiale et un stator comportant un premier circuit magnétique (CM1) comprenant: (i) un premier ensemble d'éléments de circuit magnétique en forme de U (C1, C2, C3) sous la forme de tores roulés-collés, disposés régulièrement et radialement autour d'un axe de rotation, (ii) un second ensemble d'éléments de circuits magnétiques en forme de U (C'1, C'2, C'3) plus petits, disposés régulièrement et radialement autour de cet axe et intercalés entre les éléments du second ensemble, et (iii) une première pièce ferromagnétique de forme sensiblement torique (10) disposée pour relier magnétiquement les extrémités respectives des branches des seconds groupes de branches des éléments de circuit des premier et second ensembles. Le bobinage global (2) est disposé entre les deux ensembles d'éléments de circuit magnétique. Utilisation pour la motorisation d'équipements industriels, en vue d'en réduire le poids et le rapport coût/performance.

Description

"Machine électrique hétéropolaire à bobinage global"
DESCRIPTION
La présente invention concerne une machine électrique hétéropolaire à bobinage global.

Dans le domaine de la conception des machines électriques, la recherche de hautes performances en termes de couple massique (couple moteur par unité de masse de la machine) a conduit à concevoir des structures particulièrement élaborées, à reluctance variable avec ou sans aimants permanents, ainsi que des machines à commutation de flux, c'est à dire dans lesquelles les pôles rotoriques prennent alternativement, par rapport aux pôles statoriques, deux configurations de coincidence différentes, définissant pour le flux d'un aimant permanent, par exemple statorique, deux sens de circulation contraires à travers le rotor, et ceci en phase avec des inversions de courant dans un bobinage.

Les aimants permanents réalisent une économie notable en volume de cuivre par rapport aux structures mettant en oeuvre des excitations bobinées.

On connaît déjà des machines électriques hétéropolaires à bobinage global comprenant, pour un module monophasé
- une première partie comportant au moins un bobinage
global et un premier circuit magnétique comportant
un ensemble de pôles magnétiques autour d'un axe de
rotation, et
- une seconde partie mobile par rapport à la première
partie, comprenant un second circuit magnétique
comportant des aimants permanents disposés pour
fournir une aimantation alternée radiale par
rapport à l'axe de rotation.

Parmi les machines à bobinage global, il existe notamment des machines synchrones mono-entrefers de structure dite à griffes, de petites dimensions et ne pouvant fonctionnant qu'à basse vitesse du fait de l'absence de feuilletage de leurs circuits magnétiques.

On peut également citer des structures discoides de machine synchrone bi-entrefer, telles que celles décrites dans le DE 4125779, qui permettent l'obtention de couples spécifiques très élevés. Cependant, de telles structures s'avèrent de réalisation fort coûteuse, du fait de la complexité des pièces mises en oeuvre et d'un montage relativement délicat. De plus les circuits statoriques sont feuilletés suivant des plans de feuilletage radiaux.

On connaît également par le FR 2685566 des structures de machine hétéropolaire à bobinage global présentant un circuit magnétique statorique composé d'éléments modulaires tels que des circuits sous la forme de tores roulés-collés. Cependant, les structures divulguées sont bi-entrefers et impliquent la mise en oeuvre de pièces rotoriques de structure complexe et qui de plus sont fortement imbriquées dans les parties statoriques, ce qui doit conduire à un mode de réalisation relativement compliqué.

Le but de l'invention est de remédier à ces inconvénients en proposant une machine électrique hétéropolaire à bobinage global, s'apparentant dans son principe physique au type machine à griffes, mais de structure différente qui soit de réalisation plus simple que les structures de l'art antérieur et en particulier résolve le problème essentiel du feuilletage.

Suivant l'invention, la machine électrique hétéropolaire à bobinage global comprenant une première partie comprenant au moins un bobinage global et un premier circuit magnétique comportant un ensemble de pâles magnétiques autour d'un axe de rotation, et une seconde partie mobile par rapport à la première partie, comprenant un second circuit magnétique comportant des aimants permanents disposés pour fournir une aimantation alternée radiale par rapport à l'axe de rotation, est caractérisée en ce que le premier circuit magnétique comprend
- un premier ensemble d'éléments de circuit
magnétique en forme de U, comprenant chacun une
première et une seconde branches, feuilletés selon
un premier plan de feuilletage sensiblement
perpendiculaire à l'axe de rotation, disposés
régulièrement et radialement autour de l'axe de
rotation,
- un second ensemble d'éléments de circuits
magnétiques en forme de U, comprenant chacun une
première et une seconde branches plus courtes,
feuilletés selon un second plan de feuilletage
sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation et
disposés régulièrement et radialement autour de
l'axe de rotation, les éléments de circuit
magnétique en forme de U de ce second ensemble
étant régulièrement intercalés entre les éléments
de circuit magnétique en forme de U du premier
ensemble, et
- une première pièce ferromagnétique de forme
sensiblement torique, feuilletée selon un plan de
feuilletage sensiblement perpendiculaire à l'axe de
rotation, disposée pour relier magnétiquement entre
elles les secondes branches respectives des
éléments de circuits desdits premiers et seconds
ensembles de circuits magnétiques en forme de U,
les premières branches respectives de ces éléments
de circuit constituant les pôles magnétiques de la
première partie qui sont disposés en vis-à-vis du
second circuit magnétique, et en ce que les
éléments de circuit magnétique en forme de U des
premier et second ensembles de la première partie
sont réalisés par découpe de circuits magnétiques
sous la forme de tores roulés-collés.

Ainsi, dans une machine selon l'invention, comme la première pièce torique et les différents éléments de circuits sont tous feuilletés selon des plans de feuilletage sensiblement parallèles, le flux magnétique peut ainsi transiter d'un circuit magnétique à un autre sans discontinuité de plan de feuilletage, ce qui contribue à diminuer considérablement les flux de fuite et les pertes d'origine magnétique. Il devient par conséquent possible de faire fonctionner une telle machine à vitesse élevée, ce qui était jusqu'à présent impossible avec des moteurs de type griffe dont les circuits magnétiques ne sont pas feuilletés, ou avec des moteurs comportant des circuits magnétiques feuilletés radialement.De plus, les machines selon l'invention sont de type mono-entrefer et sont donc de fabrication plus aisée et de réglage mécanique moins délicat que les moteurs de type bi-entrefer tels que décrits dans le
DE4125779.

La structure du circuit magnétique de la première partie (par exemple, le stator) permet une commutation aisée du flux des aimants permanents disposés sur la second partie (par exemple, le rotor), en offrant un ensemble de pôles sous la forme d'extrémités d'une alternance de circuits en forme de U de grande et de petite longueur. Ces circuits en forme de U sont facilement réalisables, sous la forme de portions de circuits magnétiques sous la forme de tores rouléscollés.

Par ailleurs, le bobinage global est prévu pour être simplement logé dans l'espace vacant entre les parties centrales des deux ensembles de circuits en forme de U.

On peut ainsi obtenir une partie statorique avec des coûts de réalisation modérés puisqu'on dispose dans le commerce de circuits sous la forme de tores roulés-collés qui, par découpage de chaque circuit, permettent d'obtenir directement un grand élément de circuit et un petit élément de circuit.

On peut avantageusement prévoir des moyens réglables mécaniquement pour démagnétiser l'entrefer de la machine.

Ces moyens de démagnétisation peuvent être soit déplaçables axialement, soit déplaçables radialement, par exemple sous l'action de la force centrifuge. Ces moyens de démagnétisation sont particulièrement utiles pour des machines opérant en régime de vitesse variable, pour permettre un fonctionnement à puissance sensiblement constante lorsque la vitesse est variable.

Dans un premier mode d'agencement des aimants au sein du second circuit magnétique, les aimants alternés sont disposés azimutalement et des pièces polaires sont intercalées entre aimants voisins, ces pièces polaires étant en vis-à-vis des pôles magnétique du circuit magnétique de la première partie.

Dans un second mode d'agencement des aimants au sein du second circuit magnétique, les aimants alternés peuvent être des aimants multipôles à une face qui peuvent être supportés par une seconde pièce torique de support amagnétique.

Dans un troisième mode d'agencement des aimants au sein du second circuit magnétique, celui-ci comprend une seconde pièce torique magnétique comportant sur l'une de ses surfaces des aimants alternés disposés radialement, ces aimants alternés étant en vis-à-vis des pôles du circuit magnétique de la première partie.

Dans une première topologie de machine selon l'invention dans laquelle le second circuit magnétique est disposé à l'intérieur de la première partie, les aimants alternés sont disposés à la périphérie de la seconde pièce torique.

Dans une seconde topologie de machine selon l'invention dans laquelle le second circuit magnétique est disposé à l'extérieur de la première partie, les aimants alternés sont disposés sur la surface intérieure de la seconde pièce torique.

Il faut noter le caractère avantageux de l'utilisation de circuits en forme de U feuilletés selon des plans de feuilletage perpendiculaires à l'axe de rotation et donc parallèles au déplacement des aimants du second circuit magnétique, notamment dans le cas d'aimants azimutaux. En effet, le flux généré par les aimants pénètre dans les pôles magnétiques des circuits en forme de U selon des axes de plus forte perméabilité (parallèles au plan de feuilletage). Cette orientation de feuilletage est particulièrement favorable pour permettre une circulation de flux entre la première pièce torique et les extrémités de branche des circuits en forme de U, ainsi qu'entre la seconde pièce torique et les aimants alternés.

Dans un mode particulier de réalisation du rotor d'une machine selon l'invention, la seconde partie comprend en outre des moyens mécaniques pour supporter le second circuit magnétique, ces moyens de support, réalisés en matériau amagnétique, comportant une première partie de support s'étendant radialement à proximité des premiers groupes de branches respectifs des premier et second ensembles d'éléments de circuit en forme de U et, à la périphérie de cette première partie radiale, une seconde partie de support périphérique à l'intérieur de laquelle est fixé le second circuit magnétique.

On peut avantageusement réaliser une machine diphasée selon l'invention constituée de deux première et seconde machines élémentaires ou modules, et comprenant en outre une pièce de support commune comportant une première partie commune amagnétique s'étendant radialement entre les premiers groupes de branches des premiers et seconds ensembles d'éléments de circuit des première et seconde machines élémentaires, et deux secondes pièces périphériques amagnétiques de forme cylindrique s'étendant axialement respectivement de part et d'autre de la pièce de support commune, ces secondes pièces périphériques étant prévues pour recevoir les seconds circuits magnétiques respectifs des machines élémentaires.

D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront encore dans la description ci-après. Aux dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs:
- la figure 1 est une vue en perspective d'une
portion de la partie active d'un moteur selon l'invention
- la figure 2 illustre un mode particulier de
réalisation d'une pièce pour recevoir un bobinage
global au sein d'un moteur selon l'invention
- la figure 3 est une vue en coupe d'une première
forme de réalisation d'un moteur monophasé selon
l'invention, mettant en oeuvre des aimants radiaux;;
- la figure 4 est une vue de face partielle
correspondant à la figure 3
- la figure 5 représente un moteur diphasé selon l'invention
- la figure 6 est une vue de face partielle d'une
seconde forme de réalisation d'un moteur selon
l'invention, mettant en oeuvre des aimants azimutaux
- la figure 7 est une vue en coupe partielle d'un
premier mode de réalisation d'un moteur selon
l'invention comportant des moyens de
démagnétisation réglables axialement
- la figure 8 est une vue en coupe partielle d'un
second mode de réalisation d'un moteur selon
l'invention comportant des moyens de
démagnétisation mobiles radialement ; et
- la figure 9 est une vue de face partielle du moteur
de la figure 8.

On va d'abord décrire la structure de base mise en oeuvre dans une machine électrique selon l'invention, en référence à la figure 1 qui est une vue partielle en perspective du circuit magnétique d'une machine monophasée selon l'invention, et à la figure 4 qui est une vue partielle de face de ce circuit.

Le circuit magnétique de la machine 1 comprend un premier circuit magnétique CM1 au sein d'une première partie qui constitue par exemple le stator de cette machine, et un second circuit magnétique CM2 au sein d'une seconde partie qui constitue par exemple le rotor de ladite machine. Le premier circuit magnétique CM1 comprend
- un premier ensemble d'éléments de circuits
magnétiques en forme de U C1, C2, C3, disposés
régulièrement et radialement autour d'un axe de
rotation, ces éléments de circuit comprenant un
premier groupe de branches C11, C21, C31 dont les
extrémités constituent un premier ensemble de pôles
magnétiques P1, P2, P3
- un second ensemble d'éléments de circuits
magnétiques en forme de U C'1, C'2, C'3 disposés
également régulièrement et radialement, intercalés
entre les éléments de circuit du premier ensemble,
et présentant des branches plus courtes que celles
de ces éléments, les éléments de circuit de ce
second ensemble comprenant également un premier
groupe de branches C'11, C'21, C'31 dont les
extrémités constituent un second ensemble de pôles
magnétiques P'1, P'2, P'3 alternant avec les pôles
magnétiques P1, P2, P3 du premier ensemble de
pôles;
- une pièce magnétique de forme torique 10 reliant
ensemble les extrémités d'un second groupe de
branches C12, C22, C32 des éléments de circuit C1,
C2, C3 du premier ensemble et d'un second groupe de
branches C'12, C'22, C'32 du second ensemble.

Un bobinage global 2 de forme torique est disposé dans un espace vacant d'une part, entre les parties centrales C13, C23, C33 respectives des éléments de circuit C1, C2, C3, et d'autre part, entre les parties centrales C'13, C'23, C'33 respectives des éléments de circuit C'1, C'2, C'3.

Le second circuit magnétique CM2, qui est fixé à la second partie rotorique, comprend une second pièce ferromagnétique torique 3, comportant sur sa face intérieure des aimants permanents alternés Al, A'1, A2,
A'2, A3, A'3 disposés radialement. Ces aimants sont en vis à vis des pôles du premier circuit magnétique CM1 et en nombre égal au nombre total de pôles. Un entrefer est prévu entre les faces externes de ces aimants et les faces des pôles.

On peut prévoir, en référence à la figure 2, une pièce amagnétique et non conductrice 21 pour recevoir le bobinage global. Cette pièce peut en particulier faciliter la construction de la machine et contribuer à en améliorer la fiabilité et la sécurité électrique.

Cette pièce peut présenter par exemple la forme d'une gouttière torique et venir s'appuyer sur les parties centrales des éléments de circuits 22-26 du premier ensemble.

La configuration du bobinage global en couronne permet également d'envisager de disposer celui-ci dans une enceinte étanche et ainsi d'assurer un refroidissement des enroulements constituant ce bobinage par un fluide caloporteur.

Les circuits magnétiques qui viennent d'être décrits sont intégrés au sein d'une structure mécanique de bâti, comme l'illustre la figure 3.

Dans un exemple pratique de réalisation d'une machine monophasée 30 selon l'invention, la partie statorique est constituée ' d'une structure S, généralement amagnétique, par exemple en alliage d'aluminium. On peut noter qu'on pourrait fort bien envisager une structure réalisée en matériau magnétique, sans incidence sur le fonctionnement de la machine. On dispose dans cette structure S un support de bobine 21 tel que représenté en figure 2, sur lequel on a préalablement enroulé le bobinage global 2.

On insère alors alternativement les grands circuits en forme de U C1, C2, C3 et les petits circuits en forme de
U C'2, C'3, en référence à la figure 4, puis la première pièce torique ferromagnétique 10. Ensuite, cet ensemble constitué du bobinage global 2, des circuits en forme de
U C1, C'2, C2, C'3, C3 et de la première pièce torique 10, est correctement positionné contre une face intérieure 32 et un rebord concentrique 34 de la structure S. On moule alors l'ensemble dans une résine afin d'assurer la rigidité de l'ensemble. Le stator d'une machine diphasée est constitué de deux ensembles ainsi réalisés, reliés entre eux par une pièce cylindrique faisant carcasse 33 et décalés d'un quart de pas.

La partie rotorique E de la machine 30 comprend un arbre 38 d'axe de rotation A, muni de roulements 36, et une première pièce de support discoide 37 s'étendant radialement depuis l'arbre vers la périphérie du rotor qui comporte une seconde pièce de support 35 périphérique. Cette pièce de support périphérique 35 entoure le second circuit magnétique CM2 qui comprend la seconde pièce magnétique torique 3 à laquelle sont fixés les aimants radiaux A'1 qui sont séparés des pôles P1 par un entrefer.

Le module monophasé 30 qui vient d'être décrit peut être avantageusement mis en oeuvre au sein d'une machine diphasée 50 selon l'invention, en référence à la figure 5. Cette machine diphasée 50 comprend ainsi deux modules monophasés M, M' partageant un même arbre rotorique 58 muni de roulements 36, 36', et une pièce commune de support rotorique D comprenant une pièce de support discoide commune 57 munie à sa périphérie de deux pièces de support périphériques 55, 55' associées respectivement à chacun des modules M, M' qui présentent deux structures identiques. Ainsi, le second module M' comprend une pièce de support statorique 32' prévue pour recevoir un premier ensemble d'éléments de circuit C"12 en forme de U, un second ensemble d'éléments de circuit C"'12 en forme de
U, une première pièce magnétique torique 10' et un bobinage global 2'.La pièce commune D reçoit une seconde pièce magnétique torique 53 et un ensemble d'aimants alternés A"1.

Les circuits magnétiques respectifs des premier et second modules M, M' sont décalés angulairement afin d'assurer un fonctionnement le plus régulier possible et de permettre un démarrage du moteur quelle que soit la position angulaire initiale. L'alimentation des deux bobinages globaux 2, 2' doit alors être commandée en tenant compte de ce décalage angulaire, suivant des techniques classiques de commande et d'alimentation.

Dans un autre mode d'agencement d'aimants radiaux au sein du second circuit magnétique, les aimants alternés peuvent être des aimants multipôles à une face qui peuvent être supportés par une seconde pièce torique de support amagnétique.

On peut également prévoir, toujours dans le cadre de la présente invention, une machine comprenant un second circuit magnétique de structure différente de celle qui vient d'être décrite, dans laquelle les aimants permanents sont disposés azimutalement, en référence à la figure 6. Pour une telle machine 60, comprenant un premier circuit magnétique CM1 statorique identique à celui qui vient d'être décrit, le second circuit magnétique CM'2 comprend un ensemble d'aimants permanents alternés AZ1, AZ'2, AZ2, AZ'3 disposés azimutalement et entre lesquels sont placés des pièces polaires D1, D'2,
D2, D'3, D3 destinées à recevoir le flux des aimants et à le diriger dans l'entrefer.

Les structures de machine qui viennent d'être décrites peuvent être avantageusement dotées de moyens pour assurer une démagnétisation contrôlée des entrefers.

De tels moyens de démagnétisation existent déjà pour des moteurs synchrones à aimants permanents, mais ils ne permettent généralement pas un réglage de l'extérieur du moteur, comme le permet la structure de moteur selon l'invention, en référence à la figure 7. Ainsi, un module de moteur 70 selon l'invention peut comprendre, d'une part, sur sa partie statorique, des pièces ferromagnétiques 72, par exemple sous la forme de tiges, pouvant être déplacées axialement par un mécanisme de contrôle et de réglage 73, de façon à s'intercaler entre les premières branches respectives des petits et des grands éléments de circuit en forme de U Ci, C'1, et réaliser ainsi des courts-circuits magnétiques entre ces premières branches.

D'autres moyens de démagnétisation consistent à court-circuiter magnétiquement les premières branches respectives des deux ensembles de circuit en forme de U par des pièces liées au rotor et mobiles sous l'action de forces centrifuges, comme l'illustrent les figures 8 et 9 qui comportent des références communes avec les figures 3 et 4 pour toutes les parties et éléments de structure identiques. Dans le mode de réalisation d'une machine 80 représenté sur les figures 8 et 9, la partie rotorique comporte sur sa pièce de support discoide 87 des pièces ferromagnétiques 81, 811, 812 mobiles radialement et dotées de moyens de rappel, par exemple des ressorts 82 reliés à l'arbre 38 de la machine.En dessous d'une vitesse de rotation prédéterminée, les moyens de rappel 82 maintiennent les pièces ferromagnétiques 81, 811, 812 dans une position basse I dans laquelle lesdites pièces ferromagnétiques ne sont en contact mécanique et magnétique qu'avec les secondes branches du premier ensemble de circuits magnétiques en forme de U C1, C2,
C3. Lorsque la vitesse de rotation dépasse un niveau prédéterminé, les forces centrifuges subies par les pièces ferromagnétiques mobiles 81, 811, 812, devenant supérieures aux forces de rappel, provoquent le déplacement de ces dernières qui viennent progressivement court-circuiter des secondes branches de grands et de petits circuits en forme de U. Une pièce de butée 82 peut être prévue pour arrêter la course de ces pièces ferromagnétiques 81 en position haute II. Par exemple, dans cette position haute II, la seconde branche du grand circuit en forme de U C1 devient reliée magnétiquement aux secondes branches des deux petits circuits en forme de U C'1, C'2 entourant le grand circuit C1. les courtscircuits magnétiques ainsi obtenus contribuent à diminuer le flux magnétique transitant dans l'entrefer et donc à démagnétiser la machine.

On va maintenant décrire le fonctionnement d'un moteur hétéropolaire à bobinage global selon l'invention, en référence aux figures 1 et 3. Il s'agit, dans un premier temps, d'étudier le trajet du flux généré par chaque aimant permanent au sein des premier et second circuits magnétiques associés respectivement aux parties statorique et rotorique du moteur. On considère par exemple, en référence à la figure 1, le cas de l'aimant permanent A'1 se trouvant à un instant donné en vis-à-vis du pôle P1 de l'élément de circuit C1. Le flux généré par cet aimant se divise en deux flux sensiblement égaux au sein de la seconde pièce magnétique torique 3 pour rejoindre chacun un aimant voisin Al, A2 polarisé en sens contraire de l'aimant visé A'1.Les deux trajets de flux traversent alors chacun un entrefer pour rejoindre les pôles de deux éléments de circuit C'1, C'2 du second ensemble dont les autres pôles respectifs sont reliés à l'autre pôle de l'élément de circuit C1 à travers la première pièce magnétique torique 10. Les deux trajets de flux se referment ainsi au moyen de la première pièce magnétique torique 10 et de l'élément de circuit Ci.

Chaque trajet de flux inclut deux aimants et deux entrefers. Lorsque le rotor de déplace d'un demi-pas, c'est un aimant de polarité inverse qui se trouve en visà-vis du pôle P1 et le flux dans les éléments de circuit
C1, C2, C3 du premier ensemble s'inverse également. le flux généré par les aimants traverse ainsi alternativement le bobinage global. On peut noter que, dans cette structure, les aimants permanents sont actifs à chaque demi-période électrique, ce qui contribue à accroître très sensiblement l'induction moyenne de travail dans l'entrefer.

Lorsque le bobinage global 2 est alimenté, une nouvelle composante de flux vient se superposer à la composante de flux générée par les aimants, dans les éléments de circuit C1, C2, C3 du premier ensemble. Si cette composante de flux est de signe opposé à celle générée par les aimants A'1, A'2, A'3 qui sont en vis-àvis des pôles P1, P2, P3 des éléments de circuit du premier ensemble, on se trouve alors en situation d'instabilité électromagnétique et la partie mobile est alors soumise à un couple électromagnétique et se déplace pour tendre vers une position angulaire stable, a savoir dans laquelle les pôles P1, P2, P3 se trouvent en vis-àvis des aimants Al, A2, A3 générant un flux de même polarité que le flux généré par le bobinage global 2.Ce bobinage est donc de préférence alimenté par une onde de tension ou de courant alternative bidirectionnelle qui devra être synchrone avec l'onde de champ magnétique alternative procurée par les aimants alternés qui, à tout instant, sont mis à contribution.

Les éléments de circuit en forme de U C'1, C'2, C'3 du second ensemble ont pour double fonction de refermer les trajets de flux et d'assurer la mise en série magnétique des aimants alternés.

Lorsqu'on considère une machine selon l'invention constituée de deux modules monophasée comme l'illustre la figure 5, les parties rotoriques perspectives de ces deux modules sont décalées angulairement de sorte que lorsqu'un premier module M se trouve dans une position angulaire de conjonction des aimants Al, A2, A3; A'1,
A'2, A'3 avec les pâles P1, P2, P3; P'1, P'2, P'3 des éléments de circuit des premier et second ensembles, le second module M' se trouve dans une position angulaire décalée par rapport à celle du premier module M d'un angle électrique de s/2 de sorte que les aimants se trouvent à cheval entre des pâles adjacents, ce qui correspond à une position d'effort électromagnétique non nul.On peut prévoir, pour des moteurs selon l'invention, des modes de commande et d'alimentation analogues à ceux utilisés pour des moteurs synchrones. Les moyens de démagnétisation décrits précédemment ont pour effet de détourner une fraction réglable du flux des aimants permanents hors des zones d'entrefer en provoquant une forme de "court-circuit magnétique" de ces aimants. Ce réglage est rendu particulièrement aisé dans une structure de moteur selon l'invention, puisque la forme discoide alliée au fait que le bobinage soit un simple solénoide permet un accès aux zones d'entrefer plus facile que dans les structures classiques de moteur.

On va maintenant décrire un mode préféré de réalisation d'un moteur selon l'invention, mettant en oeuvre des circuits sous la forme de tores roulés-collés.

Dans ce mode de réalisation, des circuits sous la forme de tores roulés-collés, disponibles dans le commerce, de forme sensiblement oblongue, sont préalablement coupés de façon à obtenir des éléments de circuit en forme de U pour les premier et second ensembles d'élément. Ainsi, à partir d'un circuit enroulé collé, on peut obtenir un grand élément de circuit en forme de U pour le premier ensemble et un petit élément de circuit en forme de U pour le second ensemble. La seconde pièce magnétique torique 3, pourvue sur sa périphérie intérieure des aimants alternés, peut être assemblée et fixée, par collage, vissage ou autre moyen de fixation, à la pièce de support périphérique 35 de la pièce de support rotorique. Il est à noter que cet agencement du rotor est particulièrement favorable pour la réalisation de moteurs à très grande vitesse puisque les aimants soumis à des forces centrifuges sont maintenus radialement par la seconde pièce torique 3 qui est elle-même en appui contre la pièce de support périphérique 35.

La présente invention peut être notamment appliquée à la réalisation de moteurs-roues pour la traction électrique, de moteurs à très grande vitesse, et de moteurs à fort couple et de grande puissance.

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. En particulier, la géométrie et le matériau constituant l'arbre et le disque rotorique peuvent être quelconques. Le nombre d'aimants alternés et donc de pôles n'est en outre pas limité par l'invention.

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Machine électrique hétéropolaire à bobinage global (1, 30, 50, 70) comprenant

- une première partie comprenant au moins un bobinage

global (2) et un premier circuit magnétique (CM1)

comportant un ensemble de pôles magnétiques autour

d'un axe de rotation (A), et

- une seconde partie mobile par rapport à la première

partie, comprenant un second circuit magnétique

(CM2) comportant des aimants permanents (Al, A'1,

A2, A'2, A3, A'3) disposés pour fournir une

aimantation alternée radiale par rapport à l'axe de

rotation (A),

caractérisée en ce que le premier circuit magnétique (CM1) comprend

- un premier ensemble d'éléments de circuit

magnétique en forme de U (C1, C2, C3), comprenant

chacun une première et une seconde branches,

feuilletés selon un premier plan de feuilletage

sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation,

disposés régulièrement et radialement autour de

l'axe de rotation (A),

- un second ensemble d'éléments de circuits

magnétiques en forme de U (C'1, C'2, C'3)

comprenant chacun une première et une seconde

branches plus courtes, feuilletés selon un second

plan de feuilletage sensiblement perpendiculaire à

l'axe de rotation et disposés régulièrement et

radialement autour de l'axe de rotation (A), les

éléments de circuit magnétique en forme de U (C'1,

C'2, C'3) de ce second ensemble étant régulièrement

intercalés entre les éléments de circuit magnétique

en forme de U (C1, C2, C3) du premier ensemble, et

- une première pièce ferromagnétique de forme

sensiblement torique (10), feuilletée selon un plan

de feuilletage sensiblement perpendiculaire à l'axe

de rotation, disposée pour relier magnétiquement

entre elles les secondes branches respectives des

éléments de circuits desdits premiers et seconds

ensembles de circuits magnétiques en forme de U,

les premières branches respectives de ces éléments

de circuit constituant les pôles magnétiques de la

première partie qui sont disposés en vis-à-vis du

second circuit magnétique,

et en ce que les éléments de circuit magnétique en forme de U (C1, C2, C3; C'1, C'2, C'3) des premier et second ensembles de la première partie sont réalisés par découpe de circuits magnétiques sous la forme de tores roulés-collés.

2. Machine (30, 50, 70) selon la revendication 1, les éléments de circuit de ce premier ensemble ayant d'une part, des premières parties centrales (C13, C23, C33) et d'autre part, un premier et un second groupes de branches (C11, C21, C31; C12, C22, C32), les éléments de circuit magnétique en forme de U (C'1, C'2, C'3) de ce second ensemble comprenant d'une part des secondes parties centrales (C'13, C'23, C'33), et d'autre part, un premier (C'11, C'21, C'31) et un second (C'12, C'22, C'32) groupes de branches plus courtes que les branches des éléments de circuit (C1, C2, C3) du premier ensemble, caractérisé en ce que le bobinage global (2) est disposé dans un espace vacant de forme sensiblement torique compris entre d'une part, les parties centrales respectives (C13, C23, C33) des éléments (C1, C2, C3) du premier ensemble d'éléments de circuit, et d'autre part, les parties centrales respectives (C'13, C'23, C'33) des éléments (C'1, C'2, C'3) du second ensemble d'éléments de circuit.

3. Machine (30, 50, 70) selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque élément de circuit en forme de U (C'1, C'2, C3) du second ensemble constitue la partie complémentaire d'un élément de circuit en forme de

U du (C1, C2, C3) premier ensemble, après découpe d'un circuit magnétique fermé, enroulé et collé.

4. Machine (70) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des moyens réglables mécaniquement (71-74) pour démagnétiser son entrefer.

5. Machine (70) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de démagnétisation comprennent, au sein de la première partie, des pièces ferromagnétiques (72) déplaçables axialement par des moyens de contrôle et de réglage ( 73) de façon à être intercalées entre les premières branches respectives des éléments de circuit (C1, C2, C3) du premier ensemble et des éléments de circuit (C'1, C'2, C'3) du second ensemble.

6. Machine (80) selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de démagnétisation comprennent au sein de la seconde partie rotorique, un équipage mobile (81) comportant plusieurs pièces ferromagnétiques (811, 812) mobiles radialement et pourvues de moyens de rappel (82), ces pièces mobiles (811, 812) étant agencées de sorte que pour une vitesse de rotation supérieure à une vitesse prédéterminée, ces pièces ferromagnétiques (811, 812) réalisent une liaison magnétique entre des éléments de circuit (C1; C2, C3) du premier ensemble et des éléments de circuit (C'1, C'2;

C'3) du second ensemble.

7. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première partie comprend en outre des moyens (21) pour recevoir le bobinage global, ces moyens (21) étant réalisés en matériau amagnétique et non conducteur et étant sensiblement en forme de gouttière.

8. Machine (60) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le second circuit magnétique (CM'2) comprend un ensemble d'aimants alternés (AZ1, AZ'2, AZ2, AZ'3, AZ3) disposés azimutalement et des pièces polaires (D1, D'2, D2, D'3, D3) intercalées entre aimants voisins, ces pièces polaires (D1, D'2, D2, D'3,

D3) étant en vis-à-vis des pôles magnétique du circuit magnétique (CM1) de la première partie.

9. Machine (1, 30, 50, 70) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que le second circuit magnétique < CM2) comprend une seconde pièce magnétique de forme sensiblement torique (3) comportant sur l'une de ses surfaces des aimants alternés disposés radialement (A'1, Al , A'2, A2, A'3, A3), ces aimants alternés étant en vis-à-vis des pôles (P'1, P1, P'2, P2,

P'3, P3) du circuit magnétique (CM1) de la première partie.

10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que la seconde pièce torique (10) est feuilletée selon un plan de feuilletage perpendiculaire à l'axe de rotation (A).

11. Machine selon lune des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le second circuit magnétique comprend une seconde pièce torique amagnétique pour supporter une pièce aimantée procurant des aimants multipôles à une face.

12. Machine selon l'une des revendications 9 à 11, agencée de sorte que le second circuit magnétique est disposé à l'intérieur de la première partie, caractérisée en ce que les aimants alternés sont disposés à la périphérie de la seconde pièce torique.

13. Machine (30, 50, 70) selon l'une des revendications 9 à 11, agencée de sorte que le second circuit magnétique (CM2) est disposé à l'extérieur de la première partie, caractérisée en ce que les aimants alternés (A1, Al, A'2, A2, A'3, A3)sont disposés sur la surface intérieure de la seconde pièce torique (3).

14. Machine (30, 50, 70) selon la revendication 13, caractérisée en ce que la seconde partie comprend en outre des moyens mécaniques (E, D, F) pour supporter le second circuit magnétique (CM2), ces moyens de support, réalisés en matériau amagnétique, comportant une première partie (37, 57) de support s'étendant radialement à proximité des premiers groupes de branches respectifs (C11, C21, C31; C'il, C'21, C'31) des premier et second ensembles d'éléments de circuit en forme de U (C1, C2,

C3; C'1, C'2, C'3) et, à la périphérie de cette première partie radiale (37), une seconde partie de support périphérique (35; 55, 55', 75) à l'intérieur de laquelle est fixé le second circuit magnétique (CM2).

15. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bobinage global est disposé dans une enceinte étanche dans laquelle circule un fluide caloporteur pour refroidir ce bobinage.

16. Machine électrique hétéropolaire diphasée à bobinage global (50) constituée de deux première et seconde machines élémentaires (M, M') selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce de support commune (D) comportant une première partie commune (57) amagnétique s'étendant radialement entre les premiers groupes de branches des premiers et seconds ensembles d'éléments de circuit des première et seconde machines élémentaires (M,

M'), et deux secondes pièces périphériques amagnétiques de forme cylindrique (55, 55') s'étendant axialement respectivement de part et d'autre de la pièce de support commune (57), ces secondes pièces périphériques (55, 55') étant prévues pour recevoir les seconds circuits magnétiques (CM2, CM'2) respectifs des machines élémentaires (M, M').