FR2862166A1 - Machine dynamo-electrique tournante reluctance variable et a flux transversal ayant des poles rotoriques polarises globalement - Google Patents

Abstract

La machine comporte des pôles statoriques 5 faisant face à des pôles rotoriques 7 en définissant une paire 8 de rangées d'entrefers 9a,9b. Une polarisation rotorique donne des polarités opposées N et S à deux pôles 7 voisins d'une même rangée 9 ainsi qu'à deux pôles 7 de rangées 9 différentes ayant un même calage angulaire impaire i ou pair p.Cette polarisation n'est pas fournie par des aimants permanents fixés individuellement sur chaque paire de pôle 7, mais par un aimant permanent moulé 2 4 et/ou par un bobinage global 2 3 qui sont chacun commun à tous les pôles 7 de la machine grâce à l'agencement de couronnes 2 0 réunissant les pôles 7 d'une même polarité N ou S et d'une même rangée d'entrefers 9a ou 9b.Applications à des machines individuelles ou modulaires, à entrefers cylindriques ou plans, pour des alternateurs d'automobile ou d'éoliennes ou pour des moteurs de véhicules civils, militaires ou de transport en commun, urbains, tout terrain ou ferroviaire.

Description

"Machine dynamo-électrique tournante à réluctance variable et à flux

transversal,

ayant des pôles rotoriques polarisés globalement"

DESCRIPTION

En 1884, TESLA mit au point et industrialisa un champ tournant en triphasé avec une composition vectorielle pour le stator d'un moteur à entrefers cylindriques. Pour le rotor, il utilisa une polarisation par effet d'induction, effet élucidé en 1830 par FARADAY.

Ce moteur asynchrone détrôna la machine de GRAMME de 1870, sauf pendant près d'un siècle dans des utilisations telles que la traction électrique. En effet, le collecteur à lames rend mobile l'organe à courant fort. L'organe fixe de polarisation peut alors facilement être réglable pour, par exemple, provoquer un fort couple de démarrage.

Il serait souhaitable de conserver cette caractéristique de polarisation réglable.

La composition vectorielle fut ensuite utilisée dans les alternateurs polarisés par des bobines individuelles avec bagues, balais et excitatrice de façon à pouvoir réguler la tension à vitesse constante.

Pour les moteurs à vitesse constante, des aimants permanents remplacèrent avantageusement l'induction, mais sans possibilité de régler la polarisation.

A ce sujet, on peut noter que le solénoïde d'AMPÈRE parcouru par un courant reçut judicieusement l'appellation de "aimant temporaire" auquel on pourrait ajouter le qualificatif de "réglable".

Pour les alternateurs d'automobile devant avoir une régulation à la fois en tension et en vitesse et devant avoir un prix de revient très serré, le coût des aimants permanents est pénalisant. On utilise actuellement une machine du type LINDELL à entrefers cylindriques dont le rotor comporte une unique bobine rotorique qualifiée de globale. Les bagues et balais de cette bobine ont un coût réduit et une bonne fiabilité.

Cette bobine est entourée par des pôles saillants à flux transversal. Ces pôles massifs ont des griffes enchevêtrées qui permettent de passer d'une manière acrobatique d'un flux transversal au flux parallèle d'un stator à composition vectorielle à pôles lisses fractionnés.

Ce type de stator présente cependant les défauts suivants: -La section de fer d'une dent statorique n'est que la moitié de la surface d'entrefer 30 correspondante, ce qui limite l'induction dans l'entrefer à 1T.

- L'allongement d'un entrefer est supérieur à 4 ce qui augmente le pourcentage de flux dérivé dans des franges faiblement actives. Cet allongement augmente aussi la longueur de la spire moyenne d'une bobine.

-Une bobine de phase statorique entoure l'air des encoches des autres phases en diminuant le coefficient de bobinage N2/R et en perturbant la réluctance d'un pôle par son fractionnant en trois dents.

- Le bobinage statorique est coûteux à automatiser, avec souvent l'obligation de la mise en parallèle de conducteurs.

-Le coefficient de remplissage d'une encoche statorique à entrée réduite est faible.

-Les extrémités en chignon augmentent l'encombrement axial.

Un premier but de l'invention est d'avoir un rotor conservant une polarisation rotorique réglable par un bobinage global mais ici en relation avec un stator à flux transversal à excitation polyphasée sans composition vectorielle mais soit avec un effet dit "Vernier" (en référence au mathématicien Pierre VERNIER), soit avec la disposition sur un même axe de plusieurs ensembles déphasés, de façon à assurer la continuité du mouvement.

La réluctance variable d'un électro-aimant est obtenue par une variation de distance d'entrefer de pôles doublement saillants à surface constante tandis que dans une machine tournante elle est obtenue par une variation de recouvrement de surfaces d'entrefers d'un seul tenant de pôles doublement saillants avec une distance d'entrefer constante.

Des défauts de machines à entrefers cylindriques sans composition vectorielle, à réluctance variable, à flux parallèle et à effet Vernier, sont cités dans les WO 90/11642 (PACIFIC SCIENTIFIC Cy) et WO 93/12573 (BRITISH TECHNOLOGY).

Un exemple de machine à réluctance variable, à effet Vernier mais à flux transversal à la direction X du déplacement, au stator et au rotor, est donné dans le FR 2 727 263 (KOEHLER) qui ne présente plus les défauts précédents. Mais le flux reste unidirectionnel, donc moins performant qu'un flux alternatif variant deux fois par cycle.

Dans le WO 87/02525 (WEH) initiant la notion de flux transversal alternatif, la machine à réluctance variable est sans effet Vernier. Au dessus d'une paire de rangées d'aimants permanents rotoriques sont disposées deux bobines globales statoriques, l'une entourée par des arceaux magnétiques munis de pôles à même calage angulaire, dits ici d'ordre impair, et l'autre entourée par des arceaux semblables, dits ici d'ordre pair. Ces bobines globales de puissance (et non de polarisation) à courants alternatifs, donc volumineuses, doivent être écartées pour laisser passer entre elles des bras d'arceaux. Cette disposition n'est pas applicable à un rotor au lieu d'un stator avec une polarisation magnétique Nord ou Sud commune à plusieurs pôles.

Dans le EP 0 942 517 (DAIMLERCHRYSLER) qui détaille le principe du FR 2 730 873 (CNRS) à bobines statoriques globales, chacune monophasée et toutes axialement réparties, le flux transversal est alternatif sans effet Vernier. Il n'est pas prévu de bobinage rotorique et la polarisation par 4 aimants par paire de pôles et une centaine de paires de pôles, est compliquée à mettre en oeuvre, avec des risques de fuites magnétiques.

Dans le EP 0 790 695 (KOEHLER), les phases statoriques sont réparties angulairement sur un même stack. La continuité du mouvement est assurée par un effet Vernier et la polarisation rotorique transversale est fournie par un aimant permanent par paire de pôles avec une différence paire du nombre de pôles statoriques et rotoriques par groupe de phases, avec des inversions de sens d'excitation entre pôles statoriques voisins et avec par rangée d'entrefers un nombre pair de pôles rotoriques munis d'aimants permanents. De plus, il n'est pas nécessaire d'avoir plusieurs ensembles sur le même axe.

Cependant la machine nécessite un gtand nombre d'aimants permanents et une déconcentration de flux nécessite l'adjonction de pièces polaires.

Un deuxième but de la présente invention est donc d'avoir une machine dynamo-électrique tournante à réluctance variable à flux transversal alternatif, dans laquelle la polarisation rotorique provient en particulier d'aimants permanents dont le volume et le nombre sont limités et dont le montage est simplifié tout en réalisant une déconcentration de flux.

D'autre part, l'excitation rotorique à aimants permanents seuls ne peut être réglée.

On peut ajouter une régulation par une bobine rotorique par paire de pôles comme décrit dans le FR 2 775 393 (KOEHLER) mais cette disposition est compliquée à mettre en oeuvre et consomme plus d'énergie que dans le cas d'une seule bobine globale polarisant plusieurs pôles rotoriques simultanément comme dans la machine de LINDELL.

Un troisième but de l'invention est de rendre compatible la présence simultanée de ces deux types de polarisation rotoriques, la polarisation par des aimants permanents présentant les avantages de ne pas consommer d'énergie et de permettre d'augmenter la distance d'entrefer.

Le FR 2 786 956 (CNRS) répond à ce souhait mais il conserve un stator à composition vectorielle à flux parallèle avec une seule rangée d'entrefers. De plus il y a de nombreuses pièces à assembler.

Enfin il existe des cas où une polarisation rotorique importante par aimants permanents 2 0 présente des inconvénients, particulièrement lors du freinage.

Par exemple, les moteurs d'un train à grande vitesse sont du type asynchrone en raison de difficultés de commutation avec des aimants permanents. Avec une polarisation rotorique à bobinage global sans aimant permanent, la simple inversion du courant rotorique permet de disposer d'un freinage à récupération d'énergie ou rhéostatique et de plus le couple de démarrage est bien plus élevé que celui d'un moteur asynchrone, même avec une régulation onéreuse de l'angle de phase.

Cette caractéristique constitue un quatrième but de l'invention.

L'invention s'applique à des machines tournantes ayant au moins deux rangées d'entrefers cylindriques sur un même diamètre avec un rotor intérieur ou extérieur et elle peut aussi s'appliquer à des entrefers plans dans au moins un plan perpendiculaire à l'axe de rotation. Les pas des pôles statoriques et rotoriques peuvent éventuellement introduire un effet Vernier, compte tenu de l'agencement du stator qui reste à flux transversal.

L'invention concerne donc une machine dynamo-électrique tournante àréluctance variable, à flux transversal au stator et au rotor. Le rotor se déplace par rapport au stator par rotation d'axe de direction Z avec une direction locale de déplacement X. Le stator comporte des pôles statoriques saillants à pas ou écart angulaire constant, ces pôles définissant, avec des pôles rotoriques saillants à pas ou écart angulaire constant, au moins une paire de rangées a et b d'entrefers, le stator comportant des circuits magnétiques statoriques élémentaires munis de bobines d'une des q phases d'un réseau polyphasé et le rotor comprenant des moyens de couplage et polarisation magnétique créant des conditions de polarisation des pôles rotoriques telles qu'on ait des polarités opposées N et S entre pôles voisins d'une même rangée a ou b d'entrefers ainsi qu'entre pôles de rangées a et b différentes à même calage angulaire, le dit calage angulaire à partir d'une origine unité quelconque affectant un pôle d'un qualificatif de parité d'ordre impair i ou pair p. On réalise ainsi entre rangées d'entrefers une circulation transversale et de sens alterné du flux.

Ces conditions de polarisation ne sont pas remplies par une machine du type LINDELL, dans laquelle une même polarité est présente sur un même calage angulaire avec une seule rangée d'entrefers.

Suivant l'invention, les pôles dechaque ensemble de pôles rotoriques, ayant même parité i ou p et appartenant à une même rangée d'entrefers a ou b, sont directement magnétiquement réuni par une couronne centrée sur l'axe de rotation en formant ainsi quatre couronnes susceptibles de recevoir chacune une même polarité N ou S. Les moyens de couplage et de polarisation magnétique réalisent la réunion magnétique de ces quatre couronnes en deux doubles couronnes et ces moyens comprennent au moins un organe de polarisation magnétique global affectant les couronnes d'une polarité N ou S de façon à polariser les pôles rotoriques suivant les conditions énoncées de polarisation.

Un premier organe de polarisation magnétique globale est constitué par au moins un aimant permanent qui peut comporter un liant plastique et est positionné entre les pièces qu'il polarise. La surface de l'aimant permanent est proportionnée à la surface totale de recouvrement des entrefers concernés à un instant donné, suivant l'agencement du stator.

Un deuxième organe de polarisation magnétique est constitué par un bobinage global.

De préférence, les circuits magnétiques rotoriques sont sous l'influence simultanée du premier organe de polarisation magnétique à aimant permanent et du deuxième organe de polarisation magnétique à bobinage global.

Dans une première disposition, une première couronne est constituée par la réunion des pôles appartenant à la première rangée d'entrefers a et ayant la parité paire p. Elle est magnétiquement directement réunie à une deuxième couronne constituée par la réunion des pôles appartenant à la deuxième rangée d'entrefers b et ayant la parité impaire i pour former une première double couronne.

Une troisième couronne est ensuite constituée par la réunion des pôles appartenant à la première rangée d'entrefers a et ayant la parité impaire i. Elle est magnétiquement directement réunie à une quatrième couronne constituée par la réunion des pôles appartenant à la deuxième rangée d'entrefers b et ayant la parité paire p pour former une deuxième double couronne et au moins un organe de polarisation magnétique globale confère à ces deux doubles couronnes des polarités opposées N et S. De préférence, la première double couronne est magnétiquement réunie à la deuxième double couronne par une liaison encadrée par le bobinage global et aboutissant à l'aimant permanent. On réalise ainsi une double polarisation à couplage série du rotor.

Une réluctance de dérivation peut alors réunir les couronnes polarisées par l'aimant permanent et l'intensité ainsi que la direction du flux dans cette réluctance de dérivation peuvent être modifiées par le champ magnétique du bobinage global de façon à permettre une régulation le long de la caractéristique de l'aimant permanent.

Si cette machine comporte des entrefers cylindriques avec le rotor intérieur au stator, les pôles de la première double couronne ont une direction axiale Z tandis que la deuxième double couronne est intérieure à la première et comporte un moyeu central ayant une section en forme de T dont les bras reçoivent respectivement les troisième et quatrième couronnes à pôles radiaux qui s'imbriquent entre les pôles de la première double couronne.

La jambe centrale du T, dirigée vers l'entrefer, est en contact magnétique avec la première double couronne à travers l'aimant permanent tandis que deux bobines globales peuvent être disposées chacune sur un bras du T. Si le rotor est extérieur au stator, les pôles de la première double couronne ont encore une direction axiale Z et la deuxième double couronne est alors extérieure à la première, a une section centrale en forme de T, est dirigée vers l'entrefer et comporte des pôles de direction radiale qui s'imbriquent entre les pôles de la première double couronne.

La jambe centrale du T est alors en contact magnétique avec la première double couronne à travers l'aimant permanent, deux bobines globales étant disposées chacune sur un bras du T. Dans une deuxième disposition, la première couronne est réunie à la quatrième couronne par un aimant permanent pour former une troisième double couronne et la deuxième couronne est réunie par une liaison à la troisième couronne pour former une quatrième double couronne. Cette liaison est entourée par un bobinage global.

On réalise donc maintenant une double polarisation à couplage parallèle.

Avec des entrefers cylindriques et avec le rotor intérieur au stator, les pôles de la troisième double couronne ont une direction axiale et la quatrième double couronne, intérieure à la troisième, a des pôles qui ont une direction radiale et s'imbriquent par rapprochement entre les pôles de la troisième double couronne.

Dans le cas d'une machine à entrefers cylindriques constituée de plusieurs ensembles comprenant chacun au moins un rotor et un stator, disposés côte à côte dans la direction axiale, des plaques intercalaires statoriques ou rotoriques maintiennent en place les stators ou rotors voisins.

Pour étendre la plage de fonctionnement, au moins deux tels ensembles voisins peuvent avoir des différences Vernier v de polarités opposées.

La machine peut aussi comporter un stator ayant des phases q disposées axialement le long de l'axe Z et sans effet Vernier. Le pas des pôles statoriques doit alors être égal au double du pas des pôles rotoriques.

L'enroulement circulaire d'une bande de tôle suivant la technique du lamellépoinçonné-conformé-enroulé-collé du FR 2 807 885 (KOEHLER) peut constituer au moins une partie des circuits magnétiques de la machine.

D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront dans la description suivante, donnée à titre non limitatif: Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, relatifs à une machine dynamo-électrique à réluctance variable, à flux transversal à la direction locale X du déplacement par rotation d'axe Z, dans le cas de machines à entrefers cylindriques: les figures de lA à IE représentent les étapes schématiques de constitution de doubles couronnes; la figure 2 est une vue partielle perpendiculaire à l'axe Z, d'une machine à effet Vernier dans laquelle les surfaces d'entrefer sont cylindriques avec un rotor intérieur au stator, avec une représentation arrachée de certains éléments, avec une première disposition des couronnes rotoriques à couplage série; la figure 3 est une vue en coupe radiale passant par l'axe Z de cette machine; la figure 4 est semblable à la figure 2, mais sans effet Vernier et avec un rotor extérieur 15 au stator; la figure 5 est une vue en coupe radiale passant par l'axe Z de cette machine; la figure 6 est semblable au rotor de la figure 3 mais sans aimant permanent et avec d'autres modes de fabrication des couronnes; la figure 7 est semblable à la figure 3 mais avec une deuxième disposition des 2 0 couronnes rotoriques à couplage parallèle; la figure 8 représente un diagramme de déplacement d'une machine à effet Vernier à couplage série, avec un nombre de phases égal à 10, et la figure 9 représente aussi un tel diagramme de déplacement, mais pour une machine sans effet Vernier ayant des stacks monophasés au nombre de 5.

Sur la figure 1 A, on a représenté en 2 un stator et en 3 un rotor d'une machine 1 à réluctance variable, à flux transversal alternatif. La machine étant à flux transversal, au lieu d'avoir des liaisons entre pôles voisins d'une même rangée d'entrefers, le rotor doit privilégier les liaisons vers les pôles statoriques à sensiblement même calage angulaire appartenant à deux rangées d'entrefers différentes.

Le stator 2 représenté sur la droite comporte ici, par circuit magnétique élémentaire 4 en forme de U, des pôles 5 de part et d'autre d'une bobine 6 d'une des q phases dans le cas d'une machine à effet Vernier et à phases angulairement réparties.

Le rotor 3 est représenté sur la gauche après avoir redressé la courbure d'entrefer. Il comporte des pôles rotoriques 7 définissant avec les pôles statoriques 5 au moins une paire 35 8 de deux rangées d'entrefers 9a et 9b.

Pour que la machine fonctionne en double alternance, on sait par le EP 0 790 695 cité et par le EP 1 170 850 (KOEHLER) que les polarités magnétiques doivent être opposées entre des pôles rotoriques 7 voisins d'une même rangée d'entrefers 9 et entre des paires de pôles rotoriques 7 à même calage angulaire appartenant à deux rangées différentes 9a 9b d'une paire 8 d'entrefers de façon à réaliser une circulation transversale et alternative du flux. Des moyens de couplage et de polarisation magnétique 10 réalisent ces conditions 1 1, par exemple ici d'une manière connue avec un aimant permanent par pôle, monté en surface comme montré sur la coupe de gauche avec un axe de rotation 12. On réalise ainsi une circulation transversale et alternée du flux au rotor ainsi qu'au stator.

Les paires de pôles 7 peuvent être repérées par leurs calages angulaires dans la direction X du déplacement par rotation, par exemple par une parité impaire i ou paire p d'une numérotation à partir d'une origine unité quelconque, ici la même pour les deux rangées, ainsi que leur appartenance à une rangée a ou b d'entrefers.

On définit ainsi les quatres catégories de pôles 7ap, 7bp, lai et 7bi comme représenté sur la figure 1 B. Les pôles 7 peuvent émerger soit dans un plan parallèle à celui de la figure avec des entrefers cylindriques, soit dans au moins un plan perpendiculaire à l'axe 12 avec des entrefers plans.

Suivant l'invention, les pôles d'une même catégorie peuvent être réunis magnétiquement car ils doivent avoir une même polarité repérée N ou S. On a ainsi sur une première couronne 20ap, une deuxième couronne 20bi, une troisième couronne 20ai et une quatrième couronne 20bp, ayant chacune une même polarité N ou S. Ces quatre couronnes sont centrées sur l'axe de rotation 12 de direction Z et leurs pôles 7 sont dirigés vers une seule rangée d'entrefers 9a ou 9 b.

2 0 De plus les moyens 10 peuvent regrouper ces couronnes en double couronne et polariser globalement soit chaque double couronne, soit les couronnes constituant une double couronne de façon à réaliser les conditions 1 1 de polarisation.

Dans la première disposition de la figure 1C, les couronnes 20ap et 20bi sont magnétiquement directement réunies schématiquement pour former une première double couronne 2lapbi. De même pour les couronnes 20ai et 20bp qui forment une deuxième double couronne 2laibp.

Dans un couplage dit de série, ces deux doubles couronnes sont réunies entre elles par une liaison magnétique 22. La liaison 22 est entourée par un bobinage global 2 3 et aboutit à un aimant permanent 24. Les conditions de polarisation 11 sont donc bien réalisées d'une manière globale avec deux sources différentes de polarisation.

De plus une réluctance de dérivation 25 court-circuite partiellement l'aimant 2 4 et le bobinage global 23 peut augmenter, annuler ou renverser ce flux de fuite en provoquant une régulation de la polarisation.

On pourrait aussi n'avoir qu'un bobinage 2 3 ou qu'un aimant permanent 24.

La figure 1D représente une disposition pratique de la figure 1C pour une machine à entrefers cylindriques: Sur la double couronne 2laibp (visible à gauche) est disposé un aimant permanent 2 4 en forme de ruban, sur lequel est disposée la double couronne 21 apbi visible à droite. Un bobinage global 23 est disposé à côté de l'aimant 24.

La figure I E représente une deuxième disposition avec un couplage dit en parallèle: les couronnes 20ap et 20bp sont magnétiquement réunies et polarisées par un aimant permanent 2 4 en formant une troisième double couronne 2lapbp et les couronnes 20ai et 20bi sont directement réunies et polarisées par une liaison 2 2 entourée par un bobinage global 23 en formant une quatrième double couronne 2laibi.

Le bobinage global 2 3 et l'aimant permanent 2 4 agissent donc en parallèle, indépendamment l'un de l'autre.

Le même résultat serait obtenu en permutant l'aimant permanent et le bobinage global. Il y a donc un même type de polarité pour une même parité de pôles, une alternance ayant une polarisation fixe par aimant permanent et l'autre par un bobinage global à polarisation réglable.

On peut aussi polariser la double couronne 2laibi par un deuxième aimant permanent global, mais le niveau de polarisation ne serait plus réglable.

La figure 2 à phases angulairement réparties et à effet Vernier comporte un stator 2 à 8 phases q en 3 groupes n dont le pas des pôles est de 15 correspondant à 3x8= 24 pôles statoriques 5 dont seulement trois sont représentés. D'un coté, une coupe est faite au niveau d'un pôle 5 d'un circuit magnétique statorique élémentaire 4 et de l'autre au niveau d'une bobine de phase 6.

Suivant le EP 1 170 850 cité figures 7 et 8, des conducteurs en méplat peuvent être bobinés directement sur le fer.

2 0 Des tôles à épaisseur décroissante 2 6, obtenues suivant le FR 02. 14150 (KOEI-ILER), occupent au mieux le volume disponible.

Au rotor 3 d'axe 12, avec une différence Vernier v paire et négative égale à -2, le pas des pôles est de 20 correspondant à 3x(8-2)= 18 pôles rotoriques 7. Le rotor 3 est vu d'une face gauche de la machine (voir figure 3).

Dans le premier quart de cercle dans la rangée d'entrefers de gauche 9a on voit deux pôles 7ap de parité paire p et de polarité S alternant avec des pôles lai de parité impaire i et de polarité N. Sur les arrachés à gauche, on voit que les pôles 7ap appartiennent à la première couronne 20ap tandis que les pôles 7ai appartiennent à la troisième couronne 20ai.

Sur la figure 3 on a représenté en hachures renforcées les éléments en couronne, en hachures normales les pôles adjacents et sans hachure les éléments hors du plan de la figure. On voit que la couronne 20ap est axialement directement réunie à la couronne 20bi pour former la première double couronne 2lapbi dont les pôles 7ap et 7bi (ce dernier non visible) ont une direction axiale vers les rangées d'entrefers 9a et 9b.

D'autre part la couronne 20ai est réunie à la couronne 20bp par l'intermédiaire d'une liaison 2 2 qui a ici la forme d'un moyeu 2 7 ayant une section en forme de T, les pôles 7ai et 7bp ayant une direction axiale et s'imbriquant entre les pôles 7ap et 7bi. L'imbrication des pôles est rendue possible par le fait que les couronnes 20ai et 20bp sont emmanchées sur le moyeu 2 7 en fin d'assemblage. Des empilages de tôles dans la direction axiale constituent ces couronnes. On a donc constitué une deuxième double couronne 2laibp.

La jambe centrale du T est dirigée vers l'entrefer et est en contact magnétique avec la première double couronne 2lapbi à travers un aimant permanent 24 constituant un premier organe de polarisation 28.

Deux bobines globales 23a,23b sont disposées chacune sur un bras du T constituant un deuxième organe de polarisation 29.

Pour augmenter la surface polaire de l'aimant permanent 24, les bobines 23a et 23b peuvent être partiellement superposées à l'aimant permanent 24.

Chaque pôle statorique 5 voit donc défiler successivement des pôles rotoriques N ou S et deux pôles statoriques 5a et 5b d'un même circuit magnétique statorique élémentaire 4 sont à chaque instant en face de pôles rotoriques de polarités opposées suivant la condition de polarisation 11.

Une partie des faces en regard des doubles couronnes 2lapbi et 2laibp peut constituer la réluctance de dérivation 2 5 destinée à constituer un dispositif d'aiguillage de flux dérivé ou ajouté en fonction de l'intensité du courant positif ou négatif dans le bobinage global de façon à augmenter la plage de régulation tout en diminuant la consommation moyenne du bobinage.

Une enveloppe cylindrique 3 0 complète l'habillage de la machine.

Les conducteurs individuels en méplat dans le haut de la machine sont ceux des liaisons 20 de conducteurs d'une même phase entre groupes de phases.

L'assemblage des circuits magnétiques statoriques et rotoriques est maintenu par l'encastrement de flasques amagnétiques d'extrémités, statoriques et rotoriques 31 s et 31r.

Un stack de la machine des figures 2 et 3 correspond sensiblement à un alternateur d'automobile à l'échelle 2/1.

Du coté droit, on a représenté des plaques intercalaires statoriques 3 2 s et rotoriques 32r d'épaisseur augmentée permettant de disposer côte à côte dans la direction axiale Z plusieurs ensembles 1,1 ',I" de chacun un stator 2 et un rotor 3 en maintenant ces ensembles en place radialement et axialement. Cela permet d'éviter d'avoir un trop grand allongement des entrefers, source de flux de franges peu actives.

De plus, on dispose de sous-ensembles communs dans une gamme de machines.

Dans le cas où une machine doit avoir des marches à différents régimes, on peut au démarrage surexciter la machine jusqu'à la saturation. Si la machine comprend plusieurs ensembles 1,1 au moins deux ensembles 1,1 ' peuvent avoir par rangée d'entrefer 9 des nombres de pôles rotoriques 7 différents, de préférence en inversant le signe de la différence Vernierv. L'élément à grand nombre de pôles rotoriques 7 favorisant le démarrage tout en participant à la marche à vitesse moyenne. Bien entendu les fréquences d'alimentation des ensembles doivent être adaptées.

Dans une machine à flux parallèle et à composition vectorielle triphasée,avec un montage classique d'aimants permanents en surface, la surface totale des aimants est voisine de la surface du cylindre d'entrefer, tous les aimants permanents n'étant pas simultanément actifs.

Avec une machine à réluctance transversale et à effet Vernier, la surface active des aimants n'est plus que celle des entrefers simultanément fermés et excités, compte tenu de l'effet Vernier, soit 50% de la surface totale des pôles statoriques qui ne représente elle-même que les trois quarts de la surface du cylindre d'entrefer.

L'invention permet donc de diminuer considérablement le volume de matière aimantée.

De plus les surfaces rotoriques interpolaires sont maintenant utilisées grâce aux couronnes ce qui fait qu'il est possible d'avoir une surface d'aimant trois ou quatre fois plus grande que les surfaces d'entrefers simultanément fermées. Cela permet d'utiliser une matière à liant plastique compressée avec un aimant décomposé en secteurs. Il en résulte que l'induction dans l'entrefer peut n'être limitée que par la saturation du fer.

On peut remarquer que le flux sortant d'une partie de la surface de l'aimant global est dirigé vers un pôle rotorique actif pour être ensuite aiguillé vers un autre pôle rotorique qui 15 aborde un pôle statorique mis sous tension.

De plus le bobinage rotorique peut être asservi pour maintenir un équilibre constant entre la polarisation rotorique et les ampère-tours statoriques de façon à ne pas avoir de flux dans un entrefer en période d'ouverture.

Par contre, dans une machine où chaque pôle rotorique est polarisé par un aimant permanent individuel, on sait qu'il est difficile de contrarier le flux de cet aimant. On peut ajouter des pièces polaires créant des flux de fuite, dispositif qualifié de "défluxage" qui est peu efficace et complique la réalisation.

Cette caractéristique d'aiguillage et de régulation du flux rotorique peut être considérée comme un cinquième but de l'invention.

Les figures 4 et 5 représentent à l'échelle 1/1 un moteur-roue ayant un couple de plusieurs milliers de newton-mètres sans réducteur suivant le nombre de modules axiaux. L'enveloppe 3 0 peut recevoir une jante avec un pneumatique.

Comme pour le EP 0 942 517 cité, le stator 2 est ici sans effet Vernier et avec des phases axialement réparties, chacune avec une bobine 6 de forme globale logée dans des circuits magnétiques statoriques élémentaires 4 en forme d'un U et assemblés en couronne.

Cet assemblage est ici réalisé par la technique du lamellé-poinçonnéconformé-enroulécollé du FR 2 807 885 cité et représenté d'une manière symbolique. Chaque couronne peut être directement fixée par des vis sur un moyeu réfrigéré.

On sait par le DE 195 24 543 (HILL) que le pas des pôles statoriques 5 doit alors être 35 égal au double du pas des pôles rotoriques 7 de façon à pouvoir accepter une polarisation rotorique, de préférence globale et double suivant l'invention.

Sur la figure 4, au rotor 3, la coupe est faite à gauche au niveau des pôles 7a et à droite au niveau des pôles 7 b.

Les couronnes 20ai et 20bp sont constituées chacune par un empilage de tôles duquel émergent les pôles extérieurs lai et 7bi, ces empilages étant emmanchés sur un moyeu inversé 27 en forme de T. La double couronne 2lapbi est semblable à celle de la figure 3 après inversion et séparation en deux parties pour gagner de la place en hauteur.

La polarisation se fait par l'aimant permanent 2 4 et par deux bobines globales 23a et 23 b qui sont partiellement superposées à l'aimant permanent 2 4 de façon à augmenter la surface polaire de ce dernier qui est muni d'une frette 24f.

Du fait de la structure de ce stator, le même fonctionnement pourrait aussi être obtenu avec un décalage d'un pas rotorique entre les origines des calages angulaires des rangées a 10 etb des pôles statoriques 5 ainsi qu'entre les pôles rotoriques (7).

Le rotor de la figure 6 est semblable à celui de la figure 3 mais la première double couronne 2lapbi est aussi constituée par la technique de l'enroulement.

Les couronnes 20ai et 20bp sont en tôles empilées ce qui fait qu'avec un stator 2 également constitué par la technique de l'enroulement, tous les entrefers sont constitués par des tôles empilées dans la direction axiale. Les pertes des surfces fer sont ainsi minimisées.

De plus l'aimant permanent 2 4 a été supprimé pour faciliter la récupération d'énergie sans risque de désaimantation ou pour supporter de grandes variations de température.

La figure 7 est semblable à la figure 3 mais avec la deuxième disposition des regroupements des couronnes. On peut alors avoir une polarisation rotorique par un aimant 2 0 permanent 24 pour une alternance telle que paire et une polarisation par un bobinage global 2 3 pour l'autre alternance telle qu'impaire, en réalisant un couplage parallèle.

On aurait aussi pu supprimer le bobinage 2 3 et introduire un deuxième aimant permanent entre les couronnes 20ai et 20bi.

Des bagues 3 3 peuvent compléter le centrage des doubles couronnes 21 apbp et 25 2laibi sur l'axe 12.

Dans les exemples ci-dessus de machines à effet Vernier, avec au moins une paire de stacks, les deux bobines statoriques 6 d'axe de direction Z à même calage angulaire peuvent être remplacées par une seule bobine de direction Y comme sur la figure 4 du EP 0 790 695 cité. On constitue ainsi un nouveau circuit magnétique statorique élémentaire en forme de E, soit 4E. L'ensemble de ces circuits 4E peut être obtenu par la juxtaposition de deux circuits enroulés suivant les figures 4 et 5 du FR 2 807 885 cité.

Sur ces exemples de dispositions du rotor 3, on constate qu'un stack rotorique n'est constitué que de cinq ou six pièces, simplifiant ainsi la fabrication: une double couronne 2 1 extérieure, une double couronne 21 intérieure dédoublée, un aimant permanent global, deux bobinages 2 3 et un moyeu 2 7.

La figure 8 représente un diagramme de déplacement d'une machine à phases angulairement réparties et à effet Vernier suivant la première disposition des couronnes rotoriques. On a représenté 6 états de déplacements de 0 à 180 pour un stator à 10 phases q de A 1 à K 1 avec une différence Vernier v positive.

Le choix d'un nombre de phases q par groupe n égal à 10 procure les avantages suivants: -la faible différence du nombre de pôles dans un groupe de phases engendre un couple mieux lissé.

- une variation de puissance à ampère-tours constants peut être faite en faisant varier le nombre de phases simultanément excitées, en évitant ainsi la saturation ou la baisse de rendement à faible induction.

-il n'y a que 5 conducteurs de liaisons vers le réseau polyphasé d'alimentation.

-les longueurs des conducteurs de liaisons entre bobines ne représentent que 5 tours autour de l'axe 12 au lieu de par exemple 9 tours avec 9 phases. La réduction des poids de cuivre et des pertes est particulièrement sensible dans le cas d'un faible nombre de spires d'une bobine 6.

-en cas d'incident sur une phase, la machine peut encore fonctionner avec une puissance réduite et un taux d'ondulation plus élevé tandis qu'avec un réseau triphasé la 15 machine est hors service.

Les circuits magnétiques statoriques élémentaires 4 sont représentés par des rectangles comme si on avait redressé la courbure du trajet du flux des pôles 5 de la rangée d'entrefer 9a à la rangée 9b. La courbure d'entrefer est également redressée.

Sur le premier état, on a repéré les quatre couronnes 2 0 formant deux doubles couronnes 21. Une bobine 2 3 et des sections d'aimant permanent 2 4 sont représentées symboliquement à droite.

Sur les états, on a représenté par des flèches la polarisation rotorique, le trajet du flux rotorique et l'état d'excitation en créneaux des pôles statoriques 5a et 5b.

Sur le dernier état on a indiqué les valeurs numériques des pôles et des rapports cycliques de dentures utilisés dans cet exemple, pour le premier groupe n 1 de 10 phases.

Suivant la revendication 23 du EY 0 790 695 cité, ce schéma d'implantation permet d'effectuer une simulation sur un logiciel à deux dimensions malgré le fait que le flux ait une direction perpendiculaire au sens du déplacement.

Enfin la figure 9 est semblable à la figure 8 mais pour une machine sans effet Vernier 30 et à phases axialement réparties, ici au nombre de 5.

On a représenté partiellement les déplacements des phases A et B avec un diagramme d'excitation à créneaux. Le pas rotorique est le double du pas statorique. Cette structure est plus simple que celle du EP 0 942 517 cité.

Bien entendu, des modifications peuvent être apportées aux descriptions ci-dessus sans 35 sortir du domaine revendiqué.

A titre d'exemple, avec un effet Vernier, le pas constant des pôles rotoriques peut comporter de légers décalages pour diminuer le taux d'ondulation du couple. On peut aussi avoir des décalages entre stacks.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1.Machine dynamo-électrique tournante (1) à réluctance variable et à flux transversal au stator et au rotor, comprenant au moins un stator (2) et au moins un rotor (3) se déplaçant par rapport au stator (2) par rotation d'axe (12) de direction Z, avec une direction locale de déplacement X, le stator (2) comportant des pôles statoriques saillants (S) à pas ou écart angulaire constant et le rotor (3) comportant des pôles rotoriques saillants (7) à pas ou écart angulaire constant, ces pôles (5,7) définissant entre eux au moins une paire (8) d'une première rangée (9a) et d'une deuxième rangée (9b) d'entrefers, le stator (2) comportant des circuits magnétiques statoriques élémentaires (4) munis de bobines (6) d'une des phases q d'un réseau polyphasé et le rotor (3) comprenant des moyens de couplage et de polarisation magnétique (10) créant des conditions de polarisation (11) des pôles rotoriques (7) telles qu'on ait des polarités opposées (N,S) entre pôles voisins d'une même rangée (9) d'entrefers ainsi qu'entre pôles (7) de rangées (9a,9b) différentes à même calage angulaire, le dit calage angulaire, à partir d'une origine unité quelconque, affectant un pôle rotorique (7) d'un qualificatif de parité d'ordre impair i ou pair p de façon à réaliser entre rangées d'entrefers (9a,9b) une circulation transversale de sens alterné du flux, caractérisée en ce que les pôles de chaque ensemble de pôles rotoriques (7) ayant même parité i,p et appartenant à une même rangée d'entrefers (9a,9b) sont directement magnétiquement réunis par une couronne centrée sur l'axe de rotation (12) en formant au total quatre couronnes (20ap, 20bi,20ai,20bp) susceptibles de recevoir chacune une même polarité (N, S), en ce que les moyens de couplage et de polarisation magnétique (10) réalisent la réunion magnétique de ces quatre couronnes (20) en deux doubles couronnes (21) et en ce que les moyens (10) comprennent au moins un organe de polarisation magnétique global (28,29) affectant les couronnes (20) d'une polarité (N,S) de façon à polariser les pôles rotoriques (7) suivant les conditions (11) de polarisation.

2.Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un premier organe de polarisation magnétique globale (28) est constitué par au moins un aimant permanent (24).

3.Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'aimant permanent (24) comporte un liant plastique et est positionné entre les pièces qu'il polarise et en ce que la surface de l'aimant permanent (24) est proportionnée à la surface totale de recouvrement des entrefers concernés à un instant donné.

4.Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'un deuxième organe de polarisation magnétique globale (29) est constitué par un bobinage global (23) . S.Machine selon l'ensemble de la revendication 4 et de la revendication 2 ou 3, caractérisée en ce que les moyens (10) sont tels que les circuits magnétiques rotoriques soient sous l'influence simultanée du premier organe de polarisation magnétique (28) à aimant permanent (24) et du deuxième organe de polarisation magnétique (29) à bobinage global (23) . 6.Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens (10) sont tels qu'une première couronne (20ap) constituée par la réunion des pôles (7ap) appartenant à la première rangée d'entrefers (9a) et ayant la parité paire p soit magnétiquement directement réunie à une deuxième couronne (20bi) constituée par la réunion des pôles (7 bi) appartenant à la deuxième rangée d'entrefers (9b) et ayant la parité impaire i pour former une première double couronne (2lapbi), tels qu'une troisième couronne (20ai) constituée par la réunion des pôles (lai) appartenant à la première rangée d'entrefers (9a) et ayant la parité impaire i soit magnétiquement directement réunie à une quatrième couronne (20bp) constituée par la réunion des pôles (7bp) appartenant à la deuxième rangée d'entrefers (9 b) et ayant la parité paire p pour former une deuxième double couronne (2laibp) et tels qu'au moins un organe de polarisation magnétique globale (28,29) confère à ces deux doubles couronnes (2lapbi,2laibp) des polarités opposées (N,S) . 7.Machine selon l'ensemble des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que les moyens (10) sont tels que la première double couronne (2lapbi) soit magnétiquement réunie à la deuxième double couronne (2laibp) par une liaison (22) encadrée par un bobinage global (23) et aboutissant à un aimant permanent (24).

8.Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que les moyens (10) comprennent une réluctance de dérivation (25) réunissant les couronnes polarisées par l'aimant permanent (24) et en ce que le champ magnétique du bobinage global (23) modifie 2 0 l'intensité et la direction du flux dans la réluctance de dérivation (2 5).

9.Machine selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, ayant des entrefers cylindriques, le rotor (3) étant situé à l'intérieur du stator (2), caractérisée en ce que les pôles de la première double couronne (2lapbi) ont une direction axiale Z, en ce que la deuxième double couronne (2laibp) est intérieure à la première (2lapbi) et comporte un moyeu central (27) ayant une section en forme de T dont les bras reçoivent respectivement les troisième (20ai) et quatrième (20bp) couronnes à pôles radiaux qui s'imbriquent entre les pôles de la première double couronne (2lapbi) et en ce que la jambe centrale du T est dirigée vers l'entrefer.

10.Machine selon l'ensemble des revendications 7 ou 8 et 9 caractérisée en ce que la jambe centrale du T est en contact magnétique avec la première double couronne (2lapbi) à travers l'aimant permanent (2 4) et en ce que deux bobines globales (23a,23b) sont disposées chacune sur un bras du T. 1 1.Machine selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, ayant des entrefers cylindriques, le rotor (3) étant situé à l'extérieur du stator (2), caractérisée en ce que les pôles de la première double couronne (2lapbi) ont une direction axiale Z, en ce que la deuxième double couronne (2laibp) est extérieure à la première (2lapbi), a une section centrale en forme de T et comporte des pôles de direction radiale qui s'imbriquent entre les pôles de la première double couronne (2lapbi) et en ce que la jambe centrale du T est dirigée vers l'entrefer.

1 2.Machine selon l'ensemble des revendications 7 ou 8 et 11 caractérisée en ce que la jambe centrale du T est en contact magnétique avec la première double couronne (2lapbi) à travers l'aimant permanent (24) et en ce que deux bobines globales (23a,23b) sont disposées chacune sur un bras du T. 1 3.Machine selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens (10) sont tels qu'une première couronne (20ap) constituée par la réunion des pôles (7ap) appartenant à la première rangée d'entrefers (9a) et ayant la parité paire p soit réunie à travers un aimant permanent (24) à une quatrième couronne (20bp) constituée par la réunion des pôles (7bp) appartenant à la deuxième rangée d'entrefers (9b) et ayant la parité paire p pour former une troisième double couronne (2lapbp) et tels qu'une deuxième couronne (20bi) constituée par la réunion des pôles (7bi) appartenant à la deuxième rangée d'entrefers (9b) et ayant la parité impaire i soit magnétiquement réunie par une liaison (2 2) entourée par un bobinage global (23) à une troisième couronne (20ai) constituée par la réunion des pôles (lai) appartenant à la première rangée d'entrefers (9a) pour former une quatrième double couronne (2laibi).

1 4.Machine selon la revendication 13, ayant des entrefers cylindriques, le rotor (3) étant situé à l'intérieur du stator (2), caractérisée en ce que les pôles (7ap,7bp) de la troisième double couronne (2lapbp) ont une direction axiale, en ce que la quatrième double couronne (2laibi), intérieure à la troisième (2lapbp), a ses pôles (7ai,7bi) qui ont une direction radiale et s'imbriquent entre les pôles de la troisième double couronne (2lapbp) et en ce que les couronnes (20ai,20bi) de la quatrième double couronne (2laibi) sont simplement rapprochées latéralement entre elles.

1 5.Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, ayant des entrefers cylindriques, constituée de plusieurs ensembles (1,1 ',I" .. ) comprenant chacun un stator (2) et un rotor (3), caractérisée en ce que des plaques intercalaires statoriques (32 s) ou rotoriques (32r) maintiennent en place les stators ou rotors voisins.

1 6.Machine selon la revendication 15, comportant un effet Vernier, caractérisée en ce qu'au moins deux ensembles (1,1 ') ont des différences Vernier v de polarités opposées.

1 7.Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un effet Vernier, caractérisée en ce que le nombre de phases q d'un groupe n de circuits magnétiques statoriques élémentaires (4) est égal à 10 et en ce que le réseau polyphasé comporte cinq conducteurs d'alimentation du stator (2) .