EP2656481A1 - Machine homopolaire ayant un espace d'entrefer variable selon l'angle electrique, en vis-a-vis d'une dent. - Google Patents

Machine homopolaire ayant un espace d'entrefer variable selon l'angle electrique, en vis-a-vis d'une dent.

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Publication number
EP2656481A1
EP2656481A1 EP11817480.4A EP11817480A EP2656481A1 EP 2656481 A1 EP2656481 A1 EP 2656481A1 EP 11817480 A EP11817480 A EP 11817480A EP 2656481 A1 EP2656481 A1 EP 2656481A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
distance
tooth
gap
teeth
plane
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11817480.4A
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German (de)
English (en)
Inventor
François BERNOT
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Sintertech SAS
Original Assignee
Sintertech SAS
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Filing date
Publication date
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Publication of EP2656481A1 publication Critical patent/EP2656481A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F5/00—Coils
    • H01F5/06—Insulation of windings
    • H—ELECTRICITY
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K19/16—Synchronous generators
    • H02K19/18—Synchronous generators having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar generators
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/20—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having windings each turn of which co-operates only with poles of one polarity, e.g. homopolar machine
    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H02K37/18—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 of homopolar type
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/08—Cooling; Ventilating

Definitions

  • the present invention relates to homopolar motors and in particular improvements that can be made. These improvements concern both homopolar motors, having a claw structure, single or double.
  • a single motor comprises a magnetic ring having an O-ring formed of one or more parts, generally two half-cages, also called wafers and forming a magnetic phase; the toric cage enclosing a coil.
  • a dual engine comprises two groups of slabs separated by a magnetic connecting piece.
  • the ring (s) may form a stator and the motor may comprise a rotor, which may be inert.
  • an electrical phase consists of a set of magnetic rings, each set being powered by an identical phase electrical current.
  • the rings are arranged coaxially with each other and form an air gap with a substantially cylindrical piece mounted in rotation relative to the rings.
  • the rings can belong to a stator and the cylindrical part to be a rotor, or the opposite, the stator driving the rotor in rotation.
  • each ring includes teeth; the gap is formed between faces of the teeth vis-à-vis the cylindrical part and the cylindrical part.
  • a solution is provided by a homopolar motor tooth, characterized in that it comprises an air gap face, facing an opposite surface, an air gap distance measured between said surface and said gap face being such that:
  • the gap surface can be symmetrical on both sides of the median plane.
  • the opposite surface may be a cylinder with axis included in the median plane; for example the surface of a rotor, the tooth belonging to a corresponding stator.
  • the first tangential distance can be zero.
  • the distance d (6) can be defined by the formula:
  • the gap face can form a pan-cut.
  • the pan-cut is preferably a plane.
  • the first distance is substantially equal to the second distance.
  • said gap distance d (0) is substantially equal to twice the minimum eO.
  • a homopolar machine is characterized in that it comprises teeth according to the invention.
  • This machine can be a homopolar motor.
  • FIG. 1 is a view in a radial plane of a tooth of a homopolar motor, having an optimized air gap shape according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a view similar to that of FIG. 1, in which the shape of the gap is simplified;
  • Figure 3 is a view similar to those of Figures 1 and 2, wherein two adjacent teeth are shown;
  • FIG. 4 illustrates a second mode of optimizing a tooth according to the invention, in which the end of the tooth has a staircase shape, a second neighbor being represented in dashed lines;
  • FIG. 5 is a perspective representation of teeth of a homopolar motor, having a grooved underside
  • FIG. 8 is a view similar to that of Figure 4, wherein the tooth has several steps.
  • an optimized solution is presented with reference to FIG. 1 and an approximate solution is presented with reference to FIG. 2.
  • the electrical angle is defined by the following formula:
  • Figure 1 shows the shape of the tooth seen from the front and illustrates a preferred gap.
  • FIG. 1 illustrates a front view, in a radial plane, of a tooth 4 of a stator 4 disposed around a rotor 5.
  • the reference 200 indicates a circle centered on the stator and the rotor , inscribed under the tooth.
  • the tooth 1 has an air gap face 6 disposed opposite the rotor and forming with the rotor 5 a gap gap ⁇ ( ⁇ .)
  • the gap ⁇ ( ⁇ ) varies along the face 6, in the plane of Figure 2, the angle ⁇ being defined as the electric angle. ⁇ is therefore the mechanical angle divided by the number of pairs of poles of the machine.
  • An ideal gap is defined by the following formula:
  • FIG. 2 shows a solution approximate to that of FIG. 1.
  • the face 6 is symmetrically shared relative to the plane P0.
  • a chamfer 7 is formed by the face 6, so that at the respective angular end 8 of the face 6, the value of the gap is defined by the following formula:
  • the reference 300 indicates a chamfer created at a quarter of the polar length of the tooth 4
  • the reference 301 indicates a circle centered on the stator inscribed under the tooth
  • the reference 302 indicates a radius passing through the center of the rotor.
  • the modulation of the gap can be applied to the rotor and / or the stator with the same calculation rules, as explained above with reference to FIGS. 1 or 2. If said modulation of the gap is applied simultaneously to the rotor and the stator, then the values of the air gap must respond substantially to the same formulas whatever the part of the modulation that is applied to one or the other of the rotor or the stator.
  • the formula applies when two teeth, one of the stator and the other of the rotor, are facing each other, that is to say when their plane of symmetry Po are merged.
  • the shapes are reported both on the stator and rotor teeth, with, for example: d (9) or d divided by two on each of the teeth (or radial values complementary to d). (0) or d).
  • Figure 4 is an axial half-section along the plane PO of a wafer 9, according to the plane of symmetry Po of a tooth 1.
  • Figure 4 illustrates a configuration of tooth 1 in step.
  • the thickness d5-d4 of the tooth 1 measured radially, is substantially constant and less than the minimum thickness d5 of the tooth 1 to beyond this distance d7.
  • the tooth forms a stair step of height d4.
  • This configuration is particularly advantageous since it makes it possible to maintain a relatively high magnetic flux density, even when close to the end of the tooth.
  • Figure 8 is an illustration of a tooth 1 belonging to a first wafer 9, and a tooth IV, neighbor and antagonist of the tooth 1 and belonging to a second wafer 9V.
  • the two wafers together form a 9.9V ring cage enclosing a coil 410 formed of 55 turns 411.
  • the coil 410 and 9.9V cage together form a magnetic ring.
  • the neighboring tooth IV is shown in mixed lines, since it is not in the cutting plane Po of FIG. 8.
  • the tooth 1 of FIG. 8 comprises three successive steps 502, so that the thickness of the tooth 1 increases with each step 502 as one away from the free axial end 512 of the tooth 1.
  • the neighboring tooth IV like the other teeth 1 of the toric cage are substantially identical to each other, that is to say they have the same steps 502
  • the space available in the 9.9V toroidal cage for the coil is 410 is greater than if the teeth did not have steps 502.
  • the coil has 55 turns 411, it would include only 51.
  • such a configuration step (s) allows to make a slab, including the teeth of this slab, by an isostatic compression method , in the axial direction, SMC of a ferromagnetic powder.
  • a method generally does not allow to achieve a slope greater than 5% or greater than 5mm radius.
  • a steeper slope, which would have a substantially constant current density, is therefore advantageously replaced by a stepped shape.
  • Several stair steps 502 can be made.
  • the rays are less than 2 or 3 mm.
  • Stair steps may have in the axial direction a slope less than the value tolerated by the currently used technology, generally 3% to 5%.
  • the reference 500 indicates a radius ⁇ 5 mm, preferably close to 3 mm, the reference 501 indicates that each pointed slope is less than 5 °, and the reference 502 indicates that several steps are possible at the same time. point pointed.
  • the motor can operate as a variable reluctance motor (MRV), then, a sufficient speed being reached, such as a magnetically saturated motor (MS), so that the teeth are "erased” magnetically.
  • the excitation can be adjustable, in particular in the case of a double-coil homopolar motor, or by phase control, in the case of a motor with rotor magnets.
  • an over-notching 402 of the face 6 vis-a-vis the stator of the teeth 1, 1A, 1B of the stator 4 may advantageously be provided.
  • a relative height of the over-notching is preferably low, that is to say that the depth of the notches 402 is close to or equal to the physical gap E.
  • the notches 402 have the form of substantially square section grooves.
  • the notches are formed in a tangential direction, and at another of the teeth B, the notches are formed in an axial direction.
  • Figure 6 illustrates the operation of the engine in low saturated mode.
  • the magnetic flux F passes into the material 401 splines forming sub-teeth 401, left between the notches 402.
  • the functional gap EF is equal to the physical air gap E.
  • Figure 7 illustrates the operation of the engine in saturated mode.
  • the magnetic flux passes indifferently through the sub-teeth 401 and the notches 402; the sub-teeth are saturated with magnetic flux. That is why sub-teeth 401 are here represented by dashed lines. Everything is passes as if the sub-teeth did not exist, they are "erased", and the functional gap EF is here equal to the distance between the bottom of the notch and the rotor.
  • the relative numbers of teeth between the stator and the rotor will use in said invention, the known values of the state of the art.
  • the motor can operate in variable reluctance mode when is not saturated, then in synchronous mode when it is saturated.
  • the design of the sub-teeth 401, as well as their relative positions, and their respective numbers, utilize the state of the art of variable reluctance motors.
  • the invention is not limited to the examples just described; Other advantageous improvements can be made to homopolar motors.
  • the magnetic circuit can be realized with a compressed powder.
  • the pressing of the powder is carried out under a magnetic field, for example a magnetic field of 1.7 T for 10 kA / m.
  • the compression is axial.
  • the teeth can be separated into subsections in the angular plane of rotation. This is particularly useful for large diameter machines.
  • the rotor may be a rotor with buried magnets, asynchronous cage or split cylindrical.
  • a copper deposit being made on the surface of the iron or slotted solid steel, with plastomagnets (sinusoidal magnetization, trapezoidal, rectangular or other), or be a rotor Lundell (homopolar feed continuously).
  • the rotor may also be a superficial magnet rotor.
  • the rotor may be located inside or outside the stator. It is possible to index the slabs relative to one another, in particular by holes and lugs. One can provide a direct contact between the patties. The indexing can be done by the use of a lug extending radially in a striped stator.
  • Indexing can also be done using a plastic wedging injected on one and / or the other of the wafers, so as to form a single piece with the corresponding wafer.
  • the indexing can still be done by a corrugated shape on one face of each slab vis-à-vis with the other.
  • a homopolar motor is not limited to an electrically single-phase or three-phase motor. It can include any number of phases.
  • Magnetic phases can be combined to form a single electrical phase by stacking wafers.
  • the magnetic phases can be consecutive or not.
  • the insulation of the inner walls and the outer walls of the slabs can be achieved by depositing a powder on said walls and sidewalls.
  • the magnetic rings of the stator can be aligned, and the magnets of the rotor are angularly offset according to the ring in front of which they are arranged.
  • a mixed solution is also possible, some rings being aligned, others not.
  • Two or more coils can be connected in parallel in the same ring cage. These coils can be identical to each other, or not.
  • the teeth can have various forms, including: stator tooth shape and cut rotor; and / or, stepped stator tooth form; and or,

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Abstract

Dent (1) pour moteur homopolaire, caractérisée en ce qu'elle comprend une face d'entrefer (6) en vis-à-vis d'une surface opposée, une distance d'entrefer d(9) mesurée entre ladite surface et ladite face d'entrefer (6) étant telle que: - sur une première distance tangentielle, mesurée dans un plan radial à partir d'un plan axial médian (Po) de la dent (1), la distance d(θ) est égale à un minimum eO; puis, - sur une deuxième distance tangentielle complémentaire, la distance d(θ) augmente progressivement; où θ est un angle électrique.

Description

MACHINE HOMOPOLAIRE AYANT UN ESPACE D'ENTREFER VARIABLE SELON L'ANGLE ELECTRIQUE, EN VIS-A-VIS D'UNE DENT.
La présente invention concerne les moteurs homopolaires et notamment les améliorations qui peuvent y être apportées. Ces améliorations concernent aussi bien les moteurs homopolaires, ayant une structure à griffes, simples ou doubles. Un moteur simple comprend un anneau magnétique comportant une cage torique formée d'une ou plusieurs parties, généralement de deux demi- cages, aussi appelées galettes et formant une phase magnétique; la cage torique enserrant une bobine. Un moteur double comprend deux groupes de galettes séparées par une pièce magnétique de liaison. Le ou les anneaux peut former un stator et le moteur comprendre un rotor, qui peut être inerte.
Les phases magnétiques sont alimentées en courant alternatif. Pour de tels moteurs, une phase électrique est constituée d'un ensemble d'anneaux magnétiques, chaque ensemble étant alimenté par un courant électrique de phase identique. Les anneaux sont disposés coaxialement entre eux et forment un entrefer avec une pièce sensiblement cylindrique montée en rotation relativement aux anneaux. Les anneaux peuvent appartenir à un stator et la pièce cylindrique être un rotor, ou le contraire, le stator entraînant le rotor en rotation.
Plusieurs problèmes se posent à l'utilisation de tels moteurs, simples ou doubles. Notamment, il est souhaitable d'optimiser et d'augmenter la force magnétomotrice à l'entrefer et le couple d'un tel moteur à basse vitesse. L'invention vise notamment à proposer une ou plusieurs solutions pour améliorer et optimiser la force électromotrice des moteurs homopolaires. Dans certains modes de réalisation de l'invention, chaque anneau comprend des dents; l'entrefer est formé entre des faces des dents en vis-à-vis de la pièce cylindrique et la pièce cylindrique.
Selon l'invention, une solution est apportée par une dent pour moteur homopolaire, caractérisée en ce qu'elle comprend une face d'entrefer, en vis-à- vis d'une surface opposée, une distance d'entrefer mesurée entre ladite surface et ladite face d'entrefer étant telle que:
- sur une première distance tangentielle a, mesurée dans un plan radial à partir d'un plan axial médian de la dent 1, la distance d(9) est égale à un minimum eO; puis,
- sur une deuxième distance tangentielle complémentaire b, la distance d(9) augmente progressivement;
où Θ est un angle électrique.
La surface d'entrefer peut être symétrique de part et d'autre du plan médian. La surface opposée peut être un cylindre d'axe compris dans le plan médian; par exemple la surface d'un rotor, la dent appartenant à un stator correspondant.
La première distance tangentielle peut être nulle. De préférence, la distance d(6) peut être définie par la formule:
d (Θ) = eO / cos Θ
à plus ou moins vingt pour cent près, de préférence à zéro pour cent près. De façon encore plus préférée la distance est sensiblement définie par cette formule, aux tolérances de fabrication près.
A défaut de suivre une telle formule, sur la deuxième distance (b), la face d'entrefer peut former un pan-coupé. Le pan-coupé est de préférence un plan. Et, de préférence, la première distance est sensiblement égale à la deuxième distance. Avantageusement, à l'extrémité du pan-coupé où la distance d'entrefer d(0) atteint son maximum, ladite distance d'entrefer d(0) est sensiblement égale au double du minimum eO.
Selon un autre objet de l'invention, une machine homopolaire est caractérisée en ce que qu'elle comprend des dents selon l'invention. Cette machine peut être un moteur homopolaire. Plusieurs modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue dans un plan radial d'une dent d'un moteur homopolaire, présentant une forme d'entrefer optimisée selon un premier mode de l'invention;
- la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, dans laquelle la forme de l'entrefer est simplifiée;
- la figure 3 est une vue similaire à celles des figures 1 et 2, dans laquelle, deux dents voisines sont représentées;
- la figure 4 illustre un deuxième mode d'optimisation d'une dent selon l'invention, dans lequel l'extrémité de la dent présente une forme en marche d'escalier, une deuxième voisine y étant représentée en pointillés
- la figure 5 est une représentation en perspective de dents d'un moteur homopolaire, ayant une sous-face cannelée;
- les figures 6 et 7 illustrent le fonctionnement des dents de la figure 5; et,
- la figure 8 est une vue similaire à celle de la figure 4, dans laquelle la dent présente plusieurs marches d'escalier. Pour optimiser la force magnétomotrice à l'entrefer, une solution optimisée est présentée en référence à la figure 1 et une solution approchée est présentée en référence à la figure 2. Dans la suite on définit l'angle électrique par la formule suivante:
Angle électrique = Angle mécanique / (Nombre de dents / 2)
La figure 1 montre la forme de la dent vue de face et illustre un entrefer préféré.
La figure 1 illustre une vue de face, dans un plan radial, d'une dent 4 d'un stator 4 disposé autour d'un rotor 5. Sur la figure 1, la référence 200 indique un cercle centré sur le stator et le rotor, inscrit sous la dent. La dent 1 présente une face d'entrefer 6 disposée en vis-à-vis du rotor et formant avec le rotor 5 un espace entrefer Ε(θ.) l'entrefer Ε(θ) varie le long de la face 6, dans le plan de la figure 2, l'angle Θ étant défini comme étant l'angle électrique. Θ vaut donc l'angle mécanique divisé par le nombre de paires de pôles de la machine. Soit D la largeur de la face 6, dans l'exemple illustré, D correspond à un angle électrique 0(D)=12O°. Pour Θ mesuré autour de l'axe du moteur, par rapport à un plan axial P0 de symétrie de la dent. Un entrefer idéal est défini par la formule suivante:
Ε(θ) = d(0), avec d (Θ) = eO / cos Θ
Où eO est la valeur minimale de l'entrefer, mesurée dans le plan P0. La figure 2 présente une solution approchée de celle de la figure 1. Dans le plan radial de la figure, la face 6 est partagée symétriquement relativement au plan P0.
Sur une longueur a, de part et d'autre du plan P0, la face 6 est cylindrique, de sorte que l'entrefer E est constant, de valeur E = eO. Sur le reste de la face, de part et d'autre, soit sur une longueur respective b = (D-2a)/2, un chanfrein 7 est formé par la face 6, de sorte qu'à l'extrémité angulaire 8 respective de la face 6, la valeur de l'entrefer soit défini par la formule suivante:
E8 = eO + d8, avec eO / 2 < d8 < 2 eO, de préférence avec d8 = eO La longueur a est de préférence équivalente à un angle électrique 0(a)=3O° ou voisin de 30°. La longueur b est de préférence équivalente à un angle électrique 0(b)=3O° ou voisin de 30°.
Ainsi, à la figure 2, la référence 300 indique un chanfrein créé au quart de la longueur polaire de la dent 4, la référence 301 indique un cercle centré sur le stator inscrit sous la dent, et la référence 302 indique un rayon passant par le centre du rotor.
La modulation de l'entrefer peut être appliquée au rotor et/ou au stator avec les mêmes règles de calcul, telles qu'expliquées ci-dessus en référence aux figures 1 ou 2. Si ladite modulation de l'entrefer est appliquée simultanément au rotor et au stator, alors les valeurs de l'entrefer doivent répondre sensiblement aux mêmes formules quelle que soit la part de la modulation qui est appliquée à l'un ou l'autre du rotor ou du stator. Lorsqu'à la fois le stator et le rotor comprennent des dents, la formule s'applique lorsque deux dents, l'une du stator et l'autre du rotor, sont en vis-à-vis l'une de l'autre, c'est-à-dire lorsque leur plan de symétrie Po sont confondus.
Dans le cas de méplats au rotor et au stator, les formes sont reportées à la fois sur les dents statoriques et rotoriques, avec, par exemple : d(9) ou d divisé par deux sur chacune des dents (ou valeurs radiales complémentaires à d(0) ou d).
La distance inter- dentaire, tel qu'illustré à la figure 3
1/4 < Ld/Ldl < 3/4, de préférence Ld/Ldl Les longueurs y étant mesurées en distances polaires, c'est à dire le long du cercle inscrit 400.
La figure 4 est une demi-coupe axiale selon le plan PO d'une galette 9, selon le plan de symétrie Po d'une dent 1. La figure 4 illustre une configuration de dent 1 en marche d'escalier. Ainsi, sur une distance d7 mesurée axialement depuis une extrémité axiale libre 512 de la dent 1, l'épaisseur d5-d4 de la dent 1, mesurée radial ement, est sensiblement constante et inférieure à l'épaisseur minimale d5 de la dent 1 au-delà de cette distance d7. Ainsi, à la distance d7 de son extrémité, la dent forme une marche d'escalier de hauteur d4.
Cette configuration est particulièrement avantageuse, puisqu'elle permet de conserver une densité de flux magnétique relativement élevée, même lorsqu'on est proche de l'extrémité de la dent.
Plusieurs marches d'escalier peuvent être formées successivement à partir de l'extrémité de la dent, de sorte que la densité de flux magnétique, mesurée en parcourant la dent selon une direction axiale, est d'autant plus proche d'une constante.
La figure 8 est une illustration d'une dent 1 appartenant à une première galette 9, et d'une dent IV, voisine et antagoniste de la dent 1 et appartenant à une deuxième galette 9V. Les deux galettes forment ensemble une cage torique 9,9V enfermant une bobine 410 formée de 55 spires 411. La bobine 410 et la cage 9,9V forment ensemble un anneau magnétique. La dent voisine IV est représentée en traits mixte, puisqu'elle n'est pas dans le plan de coupe Po de la figure 8. La dent 1 de la figure 8 comprend trois marches 502 successives, de sorte que l'épaisseur de la dent 1 augmente à chaque marche 502 à mesure que l'on s'éloigne de l'extrémité axiale libre 512 de la dent 1. La dent voisine IV, comme les autres dents 1 de la cage toriques sont sensiblement identiques entre elles, c'est-à-dire qu'elles comportent les mêmes marches 502. Comme on le remarque particulièrement à la figure 8, une telle disposition, une fois les dents 1,1V disposées telles que sur la figure, l'espace disponible dans la cage torique 9,9V pour la bobine est 410 est plus grand que si les dents n'avaient pas de marches 502. Ainsi, il est possible d'y disposer une bobine comprenant plus de spires. Dans l'exemple illustré à la figure 8, la bobine comporte 55 spires 411, elle n'en comprendrait que 51. Ainsi, dans le cas illustré, on gagne environ 8% de puissance magnétique, sans augmenter le poids global de l'anneau magnétique, par rapport à un anneau dont les dents ne comprennent pas de marches 502. En outre, une telle configuration en marche(s) d'escalier permet de réaliser une galette, notamment les dents de cette galette, par une méthode de compression isostatique, selon le sens axial, SMC d'une poudre ferromagnétique. En effet, une telle méthode ne permet généralement pas de réaliser de pente supérieure à 5%, ni de rayon supérieur à 5mm. Une pente plus forte, qui permettrait d'avoir une densité de courant sensiblement constante, est donc avantageusement remplacée par une forme en escalier. Plusieurs marches d'escalier 502 peuvent être réalisées. De préférence, les rayons sont inférieurs à 2 ou 3 mm. Les marches d'escalier peuvent avoir dans le sens axial une pente inférieure à la valeur tolérée par la technologie couramment utilisée, généralement 3% à 5%.
Les dimensions suivantes, illustrées à la figure 4, sont données d'abord pour leurs valeurs préférées. Néanmoins, une fourchette est donnée autour de la valeur préférée, fourchette à l'intérieur de laquelle les dimensions sont acceptables et avantageuses relativement aux dimensions de l'art antérieur. dl/eo = 4 (fourchette ½ à 5)
d4/eo = 4 (fourchette ½ à 5)
dl/d4 = 1 (fourchette ½ à 4)
Pour la conservation du flux magnétique (ratios dépendant de la concentration du flux entre l'air et le fer (SMC, ferrite...)
d6/d3 = 7 (fourchette 2 à 10)
d6/d2 = 6 (fourchette 3 à 10)
d6/d5 = 3 (fourchette 1 à 8)
Sur la figure 4, la référence 500 indique un rayon < 5mm, de préférence voisin de 3mm, la référence 501 indique que chaque pente pointée est inférieure à 5°, et la référence 502 indique que plusieurs marches d'escalier sont possibles à l'endroit pointé.
On va maintenant décrire un autre mode de réalisation de l'invention en référence aux figures 5 à 7.
Pour augmenter le couple d'un moteur homopolaire à basse vitesse, on peut prévoir qu'il soit conçu pour que les dents soient magnétiquement effaçables. Ainsi, à basse vitesse, le moteur peut fonctionner comme un moteur à réluctance variable (MRV), puis, une vitesse suffisante étant atteinte, comme un moteur magnétiquement saturé (MS), de sorte que les dents sont "effacées" magnétiquement. L'excitation peut être réglable, notamment dans le cas d'un moteur homopolaire double bobiné, ou par contrôle de la phase, dans le cas d'un moteur à aimants rotoriques. Afin d'induire une réluctance variable dans l'entrefer, un sur-encochage 402 de la face 6 en vis-à-vis du stator des dents 1, 1A, 1B du stator 4 peut avantageusement être prévu. Une hauteur relative du sur-encochage est de préférence faible, c'est-à-dire que la profondeur des encoches 402 est voisine ou égale à l'entrefer E physique.
Aux figures 5-7, les encoches 402 ont la forme de cannelures de section sensiblement carrée. A des fins d'illustration, à l'une des dents 1A, les encoches sont formées selon une direction tangentielle, et à une autre des dents B, les encoches sont formées selon une direction axiale.
Grâce à ce sur-encochage, si l'induction émise par le rotor est faible, alors les dents sont peu saturées magnétiquement, et le moteur fonctionne comme un moteur à réluctance variable.
Au contraire, si l'induction émise par le rotor est forte, les dents sont saturées magnétiquement, elles s'effacent, et le moteur fonctionne comme un moteur synchrone normal.
La figure 6 illustre le fonctionnement du moteur en mode peu saturé. Dans ce cas, le flux magnétique F passe dans la matière 401 des cannelures formant des sous-dents 401, laissée entre les encoches 402. Et l'entrefer fonctionnel EF est égal à l'entrefer physique E.
La figure 7 illustre le fonctionnement du moteur en mode saturé. Dans ce cas, le flux magnétique passe indifféremment par les sous-dents 401 et les encoches 402; les sous-dents sont saturées de flux magnétique. C'est pour cela que les sous-dents 401 sont ici représentées par des traits pointillés. Tout se passe comme si les sous-dents n'existaient pas, elles se sont "effacées", et le l'entrefer fonctionnel EF est ici égal à la distance entre le fond des encoche et le rotor. Les nombres relatifs de dents entre le stator et le rotor utiliseront dans ladite invention, les valeurs connues de l'état de l'art.
Si le rotor et le stator comportent un sur-encochage dans le sens angulaire (c'est-à-dire tangentiel), tel que représenté en 402 à la figure 5, alors le moteur peut fonctionner en mode à réluctance variable lorsqu'il n'est pas saturé, puis en mode synchrone lorsqu'il est saturé. La conception des sous-dents 401, ainsi que leurs positions relatives, et leurs nombres respectifs, utilise l'état de l'art connu des moteurs à réluctance variable. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits; D'autres perfectionnements avantageux peuvent être apportés aux moteurs homopolaires.
Ainsi, le circuit magnétique peut être réalisé avec une poudre comprimée. De préférence, le pressage de la poudre est réalisé sous champ magnétique, par exemple un champ magnétique de 1,7 T pour 10 kA/m. De préférence, la compression est axiale. Les dents peuvent être séparées en sous-sections dans le plan angulaire de rotation. Ceci est particulièrement utile pour les machines de grand diamètre.
Par ailleurs, le rotor peut être un rotor à aimants enterrés, asynchrone à cage ou cylindrique fendu. Un dépôt de cuivre étant fait en surface du fer ou en acier massif fendu, avec des plasto-aimants (aimantation sinusoïdale, trapézoïdale, rectangulaire ou autre), ou être un rotor de Lundell (homopolaire à alimentation continue). Le rotor peut aussi être un rotor à aimants superficiels. Le rotor peut être localisé à l'intérieur ou à l'extérieur du stator. On peut prévoir un indexage des galettes relativement l'une à l'autre, notamment par trous et ergots. On peut prévoir un contact direct entre les galettes. L'indexage peut se faire par l'utilisation d'un ergot s'étendant radialement dans un stator rayé. L'indexage peut aussi se faire à l'aide d'un calage en matière plastique injecté sur l'une et/ou l'autre des galettes, de façon à ne former qu'une seule pièce avec la galette correspondante. L'indexage peut encore se faire par une forme ondulée sur une face de chaque galette en vis-à- vis avec l'autre.
Un moteur homopolaire n'est pas limité à un moteur électriquement monophasé ou triphasé. Il peut comporter un nombre quelconque de phases.
Il peut ainsi comporter deux phases électriques. Un tel moteur est particulièrement simplifié par rapport à un moteur triphasé.
Plusieurs phases magnétiques peuvent être associées pour former une seule phase électrique par empilage de galettes. Les phases magnétiques peuvent être consécutives ou non.
Notamment pour les moteurs de 12V, l'isolation des parois internes et des flancs externes des galettes peut être réalisée par le dépôt d'une poudre sur lesdits parois et flancs. Les anneaux magnétiques du stator peuvent être alignés, et les aimants du rotor être décalés angulairement selon l'anneau en face duquel ils sont disposés. Une solution mixte est aussi envisageable, certains anneaux étant alignés, d'autres pas.
Deux ou plusieurs bobines peuvent être montées en parallèle dans même cage torique. Ces bobines peuvent être identiques entre elles, ou pas. Les dents peuvent avoir diverses formes, notamment: forme dent stator et rotor à pans coupés; et/ou, forme dent stator en escalier; et/ou,
- forme dent stator rectangle.

Claims

Revendication:
1. Dent (1) pour moteur homopolaire, caractérisée en ce qu'elle comprend une face d'entrefer (6) en vis-à-vis d'une surface opposée, une distance d'entrefer d(9) mesurée entre ladite surface et ladite face d'entrefer (6) étant telle que:
- sur une première distance tangentielle (a), mesurée dans un plan radial à partir d'un plan axial médian (Po) de la dent 1, la distance d(0) est égale à un minimum eO; puis,
- sur une deuxième distance tangentielle complémentaire (b), la distance d(0) augmente progressivement;
où Θ est un angle électrique.
2. Dent selon la revendication 1, caractérisée en ce que la surface d'entrefer (6) est symétrique de part est d'autre du plan médian (Po).
3. Dent selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la surface opposée est un cylindre d'axe compris dans le plan médian (Po).
4. Dent selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la première distance tangentielle (a) est nulle.
5. Dent selon la revendication 2, caractérisée en ce que la distance d(0) peut être définie par la formule:
d (Θ) = eO / cos Θ
à plus ou moins vingt pour cent près, de préférence à zéro pour cent près.
6. Dent selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que sur la deuxième distance (b), la face d'entrefer (6) forme un pan-coupé (7).
7. Dent selon la revendication 6, caractérisée en ce que le pan-coupé est un plan.
8. Dent selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que la première distance (a) est sensiblement égale à la deuxième distance (b).
9. Dent selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce qu'à l'extrémité du pan-coupé (7) où la distance d'entrefer d(9) atteint son maximum, ladite distance d'entrefer d(9) est sensiblement égale au double du minimum eO.
10. Machine homopolaire, caractérisé en ce que qu'elle comprend des dents selon l'une des revendications précédentes.
11. Machine homopolaire selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle est un moteur homopolaire.
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