EP2564490A1 - Phase de moteur homopolaire. - Google Patents

Phase de moteur homopolaire.

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Publication number
EP2564490A1
EP2564490A1 EP11723530A EP11723530A EP2564490A1 EP 2564490 A1 EP2564490 A1 EP 2564490A1 EP 11723530 A EP11723530 A EP 11723530A EP 11723530 A EP11723530 A EP 11723530A EP 2564490 A1 EP2564490 A1 EP 2564490A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
phase
tooth
machine
teeth
leg
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11723530A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
François BERNOT
Alix Bernot
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sintertech SAS
Original Assignee
Federal Mogul Sintertech SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Federal Mogul Sintertech SAS filed Critical Federal Mogul Sintertech SAS
Publication of EP2564490A1 publication Critical patent/EP2564490A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K31/00—Acyclic motors or generators, i.e. DC machines having drum or disc armatures with continuous current collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/12—Stationary parts of the magnetic circuit
    • H02K1/14—Stator cores with salient poles
    • H02K1/145—Stator cores with salient poles having an annular coil, e.g. of the claw-pole type
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures

Definitions

  • the present invention relates to a rotary electric machine having a homopolar structure comprising a stator and a rotor rotating about the same axis of rotation as the stator, housed in a carcass, at least the stator or the rotor consisting of at least one coil annular electrical form carried by a magnetic annular yoke having at least two poles angularly offset equidistant from one another, these poles being constituted by lugs integral with said annular yoke and folded parallel to said axis.
  • FIG. 1 shows the state of the prior art for this homopolar structure, in an octopole version, with a three-phase claw stator and a superficial magnet rotor.
  • Another version may include a buried magnet rotor.
  • Another version may include a polyphase stator, the phase number being any (greater than or equal to unity).
  • Another version may include an inverted external rotor.
  • FIG. 1 comprises three identical stators, which will be noted in this document phases when they are complete with their coil (c4, c5 or c6). Said stators are numbered (c1), (c2) and (c3). These slabs are out of phase with each other by an angle of about 30 ° mechanical.
  • the angle (c10) is substantially 30 ° and the angle (c11) is substantially 60 °
  • the angle (c10) corresponds substantially to one-third of the electric angle of the rotating machine, said electric angle being equal to 360 ° (one round) divided by the number of pairs of poles (four in this octopolar case).
  • the angle (c11) is substantially double the angle (c10).
  • angular offsets may be different, depending on the applications, but these variations are in the state of the prior art known, applied to other structures of rotating machinery in particular. They only serve to optimize the final machine.
  • the rules for calculating the angular offsets between phase or respective stators are part of the state of the prior art.
  • the stators (c1), (c2) and (c3) have a claw structure, which is characterized by an apparent undulation of the stator coils, noted respectively (c4), (c5) and (c6). ) around the X / Y rotation planes (c12) of each stator. Said undulation can be obtained by twisting of the stator teeth, as proposed by the patent BR 18075 / FR, or by encircling the coils (c4), (c5) and (c6) as proposed in the patent BR 18083 / FR.
  • the stators (c1), (c2) and (c3) are all made in the same way, from two identical pancakes (b1) and (b2), enclosing a coil (b3).
  • Said patties are assembled one on the other, in accordance with the patent BR 18083 / FR, so that their respective teeth (b4) and (b5) are substantially equidistant.
  • the slab (b1) is placed on the slab (b2), as indicated by the arrow (b7).
  • the contact areas (b30) between the wafers (b1) and (b2) must be correctly made in order to avoid undesirable magnetic gaps in the contact zone.
  • this contact zone (b30) may not consist of a plane coplanar along X / Y (c12), but adopt any other shape such as a corrugation or a aliasing, which would allow the angular wedging relative of said patties (b1) and (b2).
  • the wafer (b2) is angularly offset relative to the wafer (b1).
  • Said stall angle (b6) is in the case of the stator of FIG. 2 substantially half of the electric angle of the machine, ie for this polarity of 14 pairs of poles shown in FIG. : 12.857 °.
  • each tooth (b4) and (b5) form a complete electrical pole of the machine.
  • the rotor may be of several types, synchronous, asynchronous or variable reluctance.
  • the various embodiments known to date rotors are part of the state of the prior art, they all fit the presence of a set of claw stators, as described in Figure 1.
  • Figures 1 and 2 are part of the state of the prior art. They include the inverted stator version, where the teeth (b4) and (b5) of the wafers (b1) and (b2) are located on the outer periphery, with a rotor which is located outside the stator.
  • the state of the prior art clearly shows the interchangeability of the different elements of an electric rotary machine, particularly their relative position internal or external, as shown in Figure 4.
  • the phase (d4) consisting of two slabs (d1) and (d2) can be located outside a room (e2), to form a machine single-phase homopolar rotation (e4).
  • the phase (d4) consisting of two wafers (d1) and (d2) can be located inside a room (e3), to then form a single-phase homopolar rotating machine (e5).
  • the axial juxtaposition of these complete machines (e4) or (e5), angularly offset by a suitable angle forms a polyphase rotating machine.
  • the parts (d4), (e2) and (e3) can be static or rotating. If a part (d4) is rotating, it must then be fed by rings or any other system (rotating diodes for example).
  • phase (d4) is then supplied with alternating current and according to so-called brushless control methods known to those skilled in the art.
  • the combination (d4) static and (e3) with rotating magnets (or wound inductor), corresponds to a machine (e5) forming a so-called inverted synchronous machine.
  • the phase (d4) is then supplied with alternating current and according to so-called known brushless control methods.
  • the combination (e3) static and (d4) rotating corresponds to a machine (e5) forming a claw alternator, called Lundell, widely used in combustion engines.
  • phase (d4) which can be inserted in the various configurations, which we have just mentioned.
  • Said phase (d4) can be integrated in a rotating machine, personalized by parts (e2) or (e3).
  • the final configuration of the machine which incorporates said phase (d4) concerns all the following end-use variants of the invention, plus those which are not mentioned which fall within the state of the prior art.
  • variable reluctance machine with passive or active (magnetized) rotor.
  • Single-phase, two-phase, three-phase or multiphase machine obtained by axially stacking elementary machines (e4) or (e5) correctly phase-shifted relative to one another by an electrical angle substantially equal to an electric lathe (360 ° divided by the number pairs of poles) divided by the number of phases, said angular phase shift being able to be created at the level of the rotor or the stator,
  • Polyphase machine comprising at least one phase, where each electrical phase consists of several elementary machines (e4) or
  • ⁇ polyphase machine comprising at least one phase, where the phases (d4) are all aligned angularly and where the phase difference phase is caused by rotation depending on the case, either magnets or wound inductors or conductors of the complementary piece (e2) or (e3)
  • Polyphase machine comprising at least one phase, where the coils (b3) are divided into several distinct windings, themselves coupled from one phase to another in zig-zag, star, or triangle to form a complete polyphase machine
  • the assembly can also form a static transformer, where all the parts (d4), (e2) and (e3) being static, form a static phase-shifter.
  • FIG. 5 shows the path of the magnetic flux in a wafer (aO), corresponding to the state of the art.
  • Said slab (aO) corresponds to either a slab (b1) or a slab (b2), the meeting of which forms a phase (d4).
  • the magnetic flux Fd (a2) emitted by the combination of the rotor and stator flows is brought along the teeth (b4) or (b5), through a tooth root (a5) and a tooth leg (a3). ), to divide into two identical parts Fc (a1) at the outer yoke (a4).
  • the space (a6) inter-teeth is empty.
  • the state of the art consists of circulating the magnetic flux Fd (a2) radially along the tooth (a3), then to bring it back by the yoke (a1).
  • An option to increase the section of the coil (b3) is to adopt a tooth shape, as described in Figure 9, where the phase is viewed from the inside, and unrolled flat.
  • This figure 9 recognizes the two wafers (b1) and (b2) forming a phase (d4).
  • the first known form (b12a) is rounded, it allows to bring the teeth angularly (b13a) without creating magnetic leaks.
  • the second known form (b13b) sharp, can bring angularly even more teeth, without increasing magnetic leakage.
  • the flow brought back by a tooth is optimized with respect to the section of the tooth.
  • the lateral width of the walls of the slabs (b1) and (b2) can then be reduced, and the radial height left free for the coil (b3) is increased.
  • teeth (b13a) and (b13b) make it possible to bring the teeth closer, and thus to deflect the magnetic flux Fd (a2) before it has reached the leg (a3), which makes it possible to reduce the thickness of the pancake walls (b1) and (b2).
  • said tooth shapes (b13a) and (b13b) have the defect of creating magnetic interactions at their points, in (b14a) and (b14b), via the opposite part (stator or rotor as appropriate). It then follows a significant loss of torque in the machine.
  • the most astute way of increasing the torque provided by the phase (d4) is to adopt straight teeth (b4), which do not show magnetic leaks in (b14), but which make it necessary to resort to the invention described above. below, to obtain a sufficient coil section (b3).
  • the teeth comprise a first portion, called a tooth leg (a3), extending radially with respect to the annular yoke (a4), and another portion, called a tooth root ( a5), extending parallel to the axis of the annular phase and connected at one end to the tooth leg by a bend. The other end is free and called tooth tip or tooth tip.
  • the fact that the teeth are straight means that their tooth base (a5) has two opposite sides which are opposite the two adjacent teeth respectively, these two sides extending parallel to the axis of revolution of the breech (d4) along the entire length of the tooth root (a5).
  • the teeth could be "almost straight" with these two sides extending parallel to the axis of revolution the breech at 10 °, preferably within 5 °, and / or at least 90% of the length of the tooth root, preferably at least 95%.
  • FIG. 7 represents a detail of the optimization of the slab shape
  • FIG. 8 shows the possibilities of drilling holes in the optimized slab
  • FIG. 9 compares the tooth shapes between the state of the art and the invention
  • the present invention shows in Figure 6 a particular embodiment of the tooth formed of its foot (a5) and its leg (a3), said embodiment redirects the flow in the junction plane between two consecutive teeth (a3), in order to him take a path other than radial. This results in an increase in the corresponding copper section available for the coil (b3).
  • the flow Fd (a2) enters by the foot (a5) of each tooth, in the same way as described in FIG. 5. But as the space (a6) existing between two consecutive legs ( a3) of the tooth is filled by the magnetic material in place of the vacuum existing in Figure 5, the magnetic flux Fd (a2) is divided into two streams Fc (a), passing through the latter inter-tooth space (a6 ), before reaching by a twisted path the opposite tooth (a5a), belonging to the opposite slab of the phase (d4).
  • FIG. 7 shows how to optimize in the design of the tooth formed of (a3) and (a5), the space (a7) situated between the different parts of the teeth of the slab (aO) and of the other slab (a8) stuck on (aO). It is essential that this space (a7) is sufficient, in order to limit the magnetic leakage between the two wafers (b1) and (b2), otherwise the magnetic interaction is reduced and the torque of the machine too.
  • One embodiment of this optimization consists in practicing in the zone (a7) at the end of the foot (a5) of each tooth a recess that makes it possible to reduce the internal radius (a11) of the leg (a3) and thus to increase the coplanar section of said leg (a3). This trick makes it possible to further reduce the axial thickness (a10) of the leg (a3) and the radial thickness (a12) of the foot (a5), which consequently frees up more space for the spool (b3 ).
  • the recess is at least 0.2 mm, more preferably at least 0.5 mm.
  • FIG 8 shows how holes or notches (b9) or (b10) can be formed in the wafers (b1) and (b2).
  • Said holes or notches (b9) or (b10) are intended to pass the supply son of the coil (b3), or to facilitate the passage of the overmolding resin, or to reduce the amount of material of the wafers ( b1) and (b2).
  • Said holes are placed at places where the magnetic flux is reduced.
  • said holes are located in front of a tooth at the position (b9).
  • said holes are located on the outer diameter at (b10), in the form of half-holes, complementary to a wafer (b1) to the other (b2), which considerably simplifies the passage of the wire of the coil (b3). Any other shape or location of the holes is possible and possible.
  • the present invention can be applied directly to a machine structure of type (e4) (so-called direct, phase (d4) external), or type (e5) (so-called inverted, phase (d4) internal).
  • type (e4) so-called direct, phase (d4) external
  • type (e5) so-called inverted, phase (d4) internal
  • the passage from the description of this document, which exposes through its figures and explanations essentially the machine structure (e4), to the structure (e5), is obtained by performing a symmetrical radial transformation of the parts constituting the phases (d4 ), especially on the teeth (b4) and (b5), which then become external to the phase. The skilled person will perform this transposition without difficulty.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

La phase (d4) de moteur homopolaire est constituée d'une galette (aO), la jambe (a3) de chaque dent rejoignant la jambe de la dent suivante avant d'avoir touché la culasse (a4), ladite jambe (a3) remplissant partiellement ou complètement l'espace inter-dents (a6). Le diamètre interne (a11) est diminué par la présence d'un décrochement dans la zone (a7) en bout de dent (a5).

Description

PHASE DE MOTEUR HOMOPOLAIRE.
1. État de l'art antérieur
La présente invention concerne une machine électrique tournante à structure homopolaire comportant un stator et un rotor tournant autour d'un même axe de rotation que le stator, logés dans une carcasse, au moins le stator ou le rotor étant constitué d'au moins une bobine électrique de forme annulaire portée par une culasse annulaire magnétique comportant au moins deux pôles décalés angulairement à égale distance l'un de l'autre, ces pôles étant constitués par des pattes solidaires de ladite culasse annulaire et repliées parallèlement audit axe.
La structure et le fonctionnement d'une machine électrique de ce type, telle qu'une machine tournante électrique, sont décrits dans les brevets FR 00/06298 et BR 18083/FR (inventeur François Bernot).
La figure 1 présente l'état de l'art antérieur pour cette structure homopolaire, dans une version octopolaire, à stator à griffes triphasé et rotor à aimants superficiels. Une autre version peut comporter un rotor à aimants enterrés.
Une autre version peut comporter un stator polyphasé, le nombre de phase étant quelconque (supérieur ou égal à l'unité). Une autre version peut comporter un rotor externe inversé.
La réalisation de la figure 1 comporte trois stators identiques, qui seront notés dans ce document phases lorsqu'ils sont complets avec leur bobine (c4, c5 ou c6). Lesdits stators sont numérotés (c1), (c2) et (c3). Ces galettes sont déphasées les unes par rapport aux autres d'un angle de 30° mécanique environ. Dans le cas de la réalisation présentée à la figure 1 , l'angle (c10) vaut sensiblement 30° et l'angle (c11) vaut sensibl ement 60° L'angle (c10) correspond sensiblement au tiers de l'angle électrique de la machine tournante, ledit angle électrique étant égal à 360° (un tour) divisé par le nombre de paires de pôles (quatre dans ce cas octopolaire). L'angle (c11) vaut sensiblement le double de l'angle (c10). Ces décalages angulaires peuvent être différents, en fonction des applications, mais ces variations relèvent de l'état de l'art antérieur connu, appliqué à d'autres structures de machines tournantes notamment. Elles ne servent qu'à optimiser la machine finale. Une version diphasée de ladite machine ne comporterait que deux stators (c1) et (c2), qui seraient alors décalés d'un angle (c10)=45° dans la réalisation octopolaire décrite à la figure 1. Les règles de calcul des décalages angulaires entre phase ou stators respectifs font partie de l'état de l'art antérieur.
Dans la réalisation de la figure 1 , les stators (c1), (c2) et (c3) ont une structure à griffe, qui est caractérisée par une ondulation apparente des bobines statoriques, notées respectivement (c4), (c5) et (c6) autour des plans de rotation X/Y (c12) de chaque stator. Ladite ondulation peut être obtenue par vrillage des dents statoriques, comme le propose le brevet BR 18075/FR, ou encore par encerclement des bobines (c4), (c5) et (c6) comme le propose le brevet BR 18083/FR.
Dans cette dernière réalisation astucieuse, présentée à la figure 2 pour un nombre de pôles égal à 28, les stators (c1), (c2) et (c3) sont tous réalisés de la même façon, à partir de deux galettes identiques (b1) et (b2), enserrant une bobine (b3). Lesdites galettes sont assemblées l'une sur l'autre, conformément au brevet BR 18083/FR, de façon à ce que leurs dents respectives (b4) et (b5) soient sensiblement équidistantes. La galette (b1) est posée sur la galette (b2), comme l'indique la flèche (b7). Les zones de contact (b30) entre les galettes (b1) et (b2) doivent être correctement réalisées, afin d'éviter les entrefers magnétiques indésirables dans la zone de contact.
La formes de cette zone de contact (b30) peut ne pas être constituée d'un plan coplanaire selon X/Y (c12), mais adopter toute autre forme comme une ondulation ou encore un crénelage, qui autoriserait le calage angulaire relatif desdites galettes (b1) et (b2). La galette (b2) est décalée angulairement par rapport à la galette (b1). Ledit angle de calage (b6) vaut dans le cas du stator de la figure 2 sensiblement la moitié de l'angle électrique de la machine, c'est à dire pour cette polarité de 14 paires de pôles présentée à la figure 2, la valeur : 12,857° .
Il est important de noter que les réalisations des figures 1 et 2 considèrent que chaque dent (b4) et (b5) forme un pôle électrique complet de la machine. Nous sommes par conséquent en présence dans la figure 1 d'un assemblage de machines électriques tournantes monophasées, réunies axialement autour d'un même rotor (c7). Ledit rotor peut être de plusieurs natures, synchrone, asynchrone ou à réluctance variable. Les différentes réalisations connues à ce jour des rotors font partie de l'état de l'art antérieur, elles s'adaptent toutes à la présence d'un ensemble de stators à griffes, tel que décrit à la figure 1.
Nous nommerons dans la suite de ce document les stators (c1), (c2) et (c3) sous le nom de «phase», afin d'en clarifier le rôle; le rotor est commun aux trois phases. Dans toute la description qui suit, nous considérerons donc comme formant une phase complète l'ensemble formé par deux galettes (b1) et (b2), enserrant une bobine (b3). La figure 3 reprend de façon plus synthétique cette proposition, en présentant ces deux galettes (d1) pour (b1), et (d2) pour (b2), qui sont réunies l'une contre l'autre selon la direction (d3), pour former une seule phase (d4), telle que décrite ci-dessus correspondant à la réunion de deux galettes (b1) et (b2), enserrant une bobine (b3). Il faut noter à ce stade la description de l'état de l'art, l'intérêt de prévoir un moyen de maintien axial des galettes (b1) et (b2) l'une sur l'autre, qui peut consister par exemple en une rondelle élastique de serrage, montée en un endroit quelconque de l'axe de rotation du plan XY (c12).
Toutes ces descriptions des figures 1 et 2 font partie de l'état de l'art antérieur. Elles incluent la version à stator inversé, où les dents (b4) et (b5) des galettes (b1) et (b2) sont situées sur la périphérie extérieure, avec un rotor qui est situé extérieurement au stator.
L'état de l'art antérieur fait apparaître clairement l'interchangeabilité des différents éléments d'une machine tournante électrique, notamment leur position relative interne ou externe, comme le présente la figure 4. La phase (d4), constituée de deux galettes (d1) et (d2) peut être située à l'extérieur d'une pièce (e2), pour former alors une machine tournante homopolaire monophasée (e4). La phase (d4), constituée de deux galettes (d1) et (d2) peut être située à l'intérieur d'une pièce (e3), pour former alors une machine tournante homopolaire monophasée (e5). La juxtaposition axiale des ces machines complètes (e4) ou (e5), décalées angulairement d'un angle adéquat, tel que connu de l'état de l'art explicité ci-dessus, forme une machine tournante polyphasée.
Dans cette présentation de la figure 4, les pièces (d4), (e2) et (e3) peuvent être statiques ou tournantes. Si une pièce (d4) est tournante, il faut alors l'alimenter par des bagues ou tout autre système (diodes tournantes par exemple).
La combinaison (d4) statique et (e2) à aimants tournants (ou inducteur bobiné), correspond à une machine (e4) formant une machine dite synchrone.
La phase (d4) est alors alimentée en courant alternatif et selon les procédés de contrôle dits brushless connus de l'homme de l'art.
La combinaison (d4) statique et (e3) à aimants tournants (ou inducteur bobiné), correspond à une machine (e5) formant une machine dite synchrone inversée. La phase (d4) est alors alimentée en courant alternatif et selon les procédés de contrôle dits brushless connus.
La combinaison (e3) statique et (d4) tournant, correspond à une machine (e5) formant un alternateur à griffes, dit de Lundell, largement utilisé dans les moteurs thermiques.
Toutes les autres combinaisons sont possibles, comme (d4) tournant et (e2) statique, ou encore (d4) tournant et (e3) statique, ou encore les deux parties (d4) et (e2) tournantes, ou encore les deux parties (d4) et (e3) tournantes.
Ces différentes combinaisons sont largement décrites dans l'état de l'art, pour les machines tournantes à structure coplanaire.
La publication n° EP 1 263 115 A2 de la demande de brevet européen n° 02253728, ainsi que la publication n° EP 1 770 846 A2 de la demande de brevet européen n° 06020595 décrivent toutes les deux des galettes annulaires de phase, munies de dents dont la jambe de dent est d'épaisseur radiale (c'est-à-dire selon le rayon de la galette) constante.
La description qui suit de l'invention, concerne la réalisation de la phase (d4), qui peut s'insérer dans les diverses configurations, que nous venons d'évoquer. Ladite phase (d4) peut être intégrée dans une machine tournante, personnalisée par des parties (e2) ou (e3). La configuration finale de la machine qui intègre ladite phase (d4) concerne toutes les variantes d'utilisation finale de l'invention qui suivent, plus celles non-mentionnées qui relèvent de l'état de l'art antérieur.
La liste suivante regroupe de façon non-exhaustive différentes variantes possibles d'applications de l'invention dans une machine électrique tournante :
• machine synchrone avec rotor à aimants ou bobiné,
β machine asynchrone avec rotor à cage ou bobiné,
• machine à réluctance variable, à rotor passif ou actif (aimanté).
La liste suivante regroupe de façon non-exhaustive différentes variantes possibles de réalisation de l'invention pour former une machine électrique tournante :
β la disposition relative des différentes parties (d4), (e2) et (e3), pour former une machine de type (e4) ou (e5), conduit à une machine à stator extérieur ou à stator intérieur, dite inversée,
• machine monophasée, diphasée, triphasée ou polyphasée, obtenue par empilement axial de machines élémentaires (e4) ou (e5) correctement déphasées les unes par rapport aux autres d'un angle électrique sensiblement égal à un tour électrique (360°divisé par le nombre de paires de pôles) divisé par le nombre de phases, ledit déphasage angulaire pouvant être créé au niveau du rotor ou du stator,
• machine polyphasée, comportant au moins une phase, où chaque phase électrique est constituée de plusieurs machines élémentaires (e4) ou
(e5) électriquement connectées en série ou en parallèle électriquement
β machine polyphasée, comportant au moins une phase, où les phases (d4) sont toutes alignées angulairement et où le déphasage inter- phase est causé par la rotation selon le cas, soit des aimants, soit des inducteurs bobinés, soit des conducteurs de la pièce complémentaire (e2) ou (e3)
• machine polyphasée, comportant au moins une phase, où les bobines (b3) sont divisées en plusieurs enroulements distincts, eux-mêmes couplés d'une phase à l'autre en zig-zag, étoile, ou triangle pour former une machine polyphasée complète
* l'ensemble peut former aussi un transformateur statique, où toutes les parties (d4), (e2) et (e3) étant statiques, forment un déphaseur statique.
2. Description de l'invention
La présente invention expose une réalisation particulière du circuit magnétique de cette structure de machine tournante homopolaire. La figure 5 présente le trajet des flux magnétiques dans une galette (aO), correspondant à l'état de l'art. Ladite galette (aO) correspond soit à une galette (b1), soit à une galette (b2), dont la réunion forme une phase (d4). Le flux magnétique Fd (a2) émis par la combinaison des flux rotorique et statorique est ramené le long des dents (b4) ou (b5), au travers d'un pied de dent (a5) et d'une jambe de dent (a3), pour se diviser en deux parties identiques Fc (a1) au niveau de la culasse externe (a4). Dans cette réalisation de l'état de l'art, l'espace (a6) inter-dents est vide.
Les règles de conservation du flux magnétique font que l'homme de l'art dans son approche de la conception de la machine tournante, impose au flux magnétique de circuler au maximum dans le circuit magnétique et au minimum dans l'air. Il en résulte que la section optimale d'une jambe (a3) au niveau de son raccordement avec la culasse (a4) est critique, car s'il y a trop de matériau magnétique à cet endroit, alors la section de cuivre disponible pour la bobine (b3) diminue, et le couple par conséquent.
L'état de l'art consiste à faire circuler le flux magnétique Fd (a2) radialement le long de la dent (a3), puis à le ramener par la culasse (a1). Une option pour augmenter la section de la bobine (b3), consiste à adopter une forme de dent, telle que décrite à la figure 9, où la phase est vue de l'intérieur, et déroulée à plat. On reconnaît dans cette figure 9 les deux galettes (b1) et (b2) formant une phase (d4). La première forme connue (b12a) est arrondie, elle permet de rapprocher angulairement les dents (b13a) sans créer de fuites magnétiques. La deuxième forme connue (b13b) pointue, permet de rapprocher angulairement encore plus les dents, sans augmenter les fuites magnétiques. Dans ces deux dernières réalisations (b13a) et (b13b), le flux ramené par une dent est optimisé vis à vis de la section de la dent. La largeur latérale des parois des galettes (b1) et (b2) peut alors être réduite, et la hauteur radiale laissée libre pour la bobine (b3) est augmentée.
Ces deux formes de dents (b13a) et (b13b) permettent de rapprocher les dents, et donc de dévier le flux magnétique Fd (a2) avant qu'il n'ait atteint la jambe (a3), ce qui permet de diminuer l'épaisseur des parois des galettes (b1) et (b2). Mais lesdites formes de dents (b13a) et (b13b) présentent le défaut de créer des interactions magnétiques au niveau de leurs pointes, en (b14a) et (b14b), via la partie opposée (stator ou rotor selon le cas). Il s'ensuit alors une perte importante de couple dans la machine. La façon la plus astucieuse d'augmenter le couple fourni par la phase (d4) consiste à adopter des dents (b4) droites, qui ne présentent pas de fuites magnétiques en (b14), mais qui imposent de recourir à l'invention ci-dessous, pour obtenir une section de bobine (b3) suffisante.
Comme cela est visible sur les figures 6 et 7, les dents comportent une première partie, appelée jambe de dent (a3), s'étendant radialement par rapport à la culasse annulaire (a4), et une autre partie, appelée pied de dent (a5), s'étendant parallèlement à l'axe de la phase annulaire et reliée à une extrémité à la jambe de dent par un coude. L'autre extrémité est libre et appelée pointe de dent ou bien bout de dent.
Comme cela est également visible sur la figure 9, le fait que les dents soient droites signifie que leur pied de dent (a5) présente deux côté opposés qui sont en vis-à-vis respectivement des deux dents adjacentes, ces deux côtés s'étendant parallèlement à l'axe de révolution de la culasse (d4) sur toute la longueur du pied de dent (a5).
Dans d'autres réalisations, les dents pourraient être « presque droites » avec ces deux côtés s'étendant parallèlement à l'axe de révolution de la culasse à 10° prés, de préférence à 5° près, et/ou sur au moins 90% de la longueur du pied de dent, de préférence sur au moins 95%.
Dans la description qui suit, la présentation de l'invention est étayée par des figures :
· la figure 5 représente la circulation des flux magnétiques dans une phase normale de machine
• la figure 6 représente la circulation des flux magnétiques dans une phase optimisée de machine
• la figure 7 représente un détail de l'optimisation de la forme de galette
- la figure 8 représente les possibilités de perçage de trous dans la galette optimisée
• la figure 9 compare les formes de dents entre l'état de l'art et l'invention
La présente invention expose à la figure 6 une réalisation particulière de la dent formée de son pied (a5) et de sa jambe (a3), ladite réalisation redirige le flux dans le plan de jonction entre deux dents consécutives (a3), afin de lui faire emprunter un chemin autre que radial. Il en résulte une augmentation de la section de cuivre correspondante disponible pour la bobine (b3).
Dans la réalisation de la figure 6, le flux Fd (a2) rentre par le pied (a5) de chaque dent, de la même façon que décrit à la figure 5. Mais comme l'espace (a6) existant entre deux jambes consécutives (a3) de la dent est comblé par le matériaux magnétique à la place du vide existant à la figure 5, le flux magnétique Fd (a2) se divise en deux flux Fc (a ), en passant dans ce dernier espace inter-dents (a6), avant d'atteindre par un chemin vrillé la dent opposée (a5a), appartenant à la galette opposée de la phase (d4).
Il en résulte une déconcentration du flux magnétique au niveau du pied de la dent (a3), qui permet de l'affiner axialement, et par conséquent de libérer de l'espace dans le sens axial pour la bobine (b3). L'augmentation du volume disponible pour le conducteur formant la bobine (b3), fait que les pertes Joule de la machine sont diminuées, son rendement est amélioré, et sa puissance est augmentée. La figure 7 montre comment optimiser dans la conception de la dent formée de (a3) et (a5), l'espace (a7) situé entre les différentes parties des dents de la galette (aO) et de l'autre galette (a8) collée sur (aO). Il est indispensable que cet espace (a7) soit suffisant, afin de limiter les fuites magnétiques entre les deux galettes (b1) et (b2), sinon l'interaction magnétique est minorée et le couple de la machine aussi.
Une réalisation de cette optimisation consiste à pratiquer dans la zone (a7) au bout du pied (a5) de chaque dent un décrochement permettent de diminuer le rayon interne (a11) de la jambe (a3) et donc d'augmenter la section coplanaire de ladite jambe (a3). Cette astuce permet de réduire encore plus l'épaisseur axiale (a10) de la jambe (a3) et l'épaisseur radiale (a12) du pied (a5), ce qui pour conséquence de libérer encore plus d'espace pour la bobine (b3).
De préférence, le décrochement est d'au moins 0,2 mm, de préférence encore d'au moins 0,5 mm.
La figure 8 présente comment des trous ou encoches (b9) ou (b10) peuvent être ménagés dans les galettes (b1) et (b2). Lesdits trous ou encoches (b9) ou (b10) ont pour but de faire passer les fils d'alimentation de la bobine (b3), ou de faciliter le passage de la résine de surmoulage, ou de réduire la quantité de matière des galettes (b1) et (b2). Lesdits trous sont placés à des endroits où le flux magnétique est réduit. Dans une première réalisation lesdits trous sont situés en face d'une dent à la position (b9). Dans une autre réalisation lesdits trous sont situés sur le diamètre extérieur en (b10), sous la forme de demi-trous, complémentaires d'une galette (b1) à l'autre (b2), ce qui simplifie considérablement le passage du fil de la bobine (b3). Toute autre forme ou localisation des trous est possible et envisageable.
Tous les éléments qui ont été présentés dans cette invention peuvent être étendus à d'autres machines électriques tournantes ou statiques, comportant un nombre quelconque de phases électriques et de pôles électromagnétiques. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, mais s'étend à toute modification et variante évidente pour un homme du métier, tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées.
Il est particulièrement spécifié que la présente invention peut s'appliquer de façon directe à une structure de machine de type (e4) (dite directe, phase (d4) externe), ou de type (e5) (dite inversée, phase (d4) interne). Le passage de la description de ce document, qui expose au travers de ses figures et explications essentiellement la structure de machine (e4), à la structure (e5), s'obtient en effectuant une transformation symétrique radiale des pièces constituant les phases (d4), notamment sur les dents (b4) et (b5), qui deviennent alors extérieures à la phase. L'homme du métier saura effectuer cette transposition sans difficulté.

Claims

REVENDICATIONS
1. Phase (d4) de moteur homopolaire, constituée d'une galette (aO), dans laquelle la jambe (a3) de chaque dent rejoint la jambe de la dent suivante avant d'avoir touché la culasse (a4), ladite jambe (a3) remplissant partiellement ou complètement l'espace inter-dents (a6), caractérisée en ce que le diamètre interne (a11) est diminué par la présence d'un décrochement dans la zone (a7) en bout de dent (a5).
2. Phase (d4) de moteur homopolaire selon la revendication 1 , caractérisée par la présence de trous (b9) ou d'encoches (b10) situés dans une zone de faible induction magnétique, lesdits trous (b9) ou encoches (b10) permettant de faire passer les fils d'alimentation des bobines (b3).
3. Phase (d4) de moteur homopolaire selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les dents sont droites.
4. Phase (d4) de moteur homopolaire selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle chacune des dents présente deux côtés en vis-à-vis respectivement des deux dents adjacentes et s'étendant parallèlement à l'axe de révolution de la culasse à 10° prés, de préférence à 5° près, et/ou sur au moins 90% de la longueur du pied de dent, de préférence sur au moins 95%.
5. Phase (d4) de moteur homopolaire selon l'une des revendications
1 à 4, dans laquelle le décrochement est d'au moins 0,2 mm.
6. Phase (d4) de moteur homopolaire selon l'une des revendications 1 à 4, dans laquelle le décrochement est d'au moins 0,5 mm.
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