FR2955650A1 - Dispositif magnetocalorique - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une machine tournante (1), à l'intérieur d'une culasse (3) périphérique, de production d'un champ magnétique variable et d'intensité maximale supérieure à un Tesla, ladite machine comportant, mobile en rotation autour dudit axe de rotation (2) à l'intérieur d'un alésage (6) que comporte ladite culasse (3) ou ledit échangeur (4) et séparé dudit alésage par un premier entrefer (7A), un rotor (5) comportant une surface externe de révolution (9) et un premier nombre pair (n) de pôles. Elle se caractérise par le fait que ledit rotor (5) comporte une surface interne de révolution (10), et que ladite machine tournante (1) comporte, à l'intérieur dudit rotor (5) et étant séparé de ladite deuxième surface interne de révolution (10) par un second entrefer (7B), un stator (11) créant un champ magnétique et captant une partie du flux magnétique émanant dudit rotor (5) pour mettre ce dernier en mouvement de rotation sous l'effet d'un couple électromagnétique, ledit stator (11) comportant lui-même un second nombre pair (N) de pôles statoriques.

Description

L'invention concerne une machine tournante, autour d'un axe de rotation à l'intérieur d'une culasse périphérique, de production d'un champ magnétique variable et d'intensité maximale supérieure à un Tesla, pour réaliser une variation dudit champ en un point d'un échangeur situé au niveau de ladite culasse, selon un diagramme sensiblement carré en fonction du temps, ladite machine comportant, mobile en rotation autour dudit axe de rotation à l'intérieur d'un alésage que comporte ladite culasse ou ledit échangeur et séparé dudit alésage par un premier entrefer, un rotor comportant une première surface externe de révolution autour dudit axe de rotation, ledit rotor comportant un premier nombre pair de pôles constitués par un assemblage de moyens de concentration de flux, et ladite culasse étant conçue apte au rebouclage des lignes de champ magnétique générés par ledit rotor. L'invention concerne également un moteur synchrone auto-refroidissant de grande puissance supérieure à 500kw comportant une machine tournante selon l'invention.

La présente invention entre plus particulièrement dans le domaine des machines synchrones. Il est connu du document WO 3005/043053 un dispositif de génération de flux thermique magnétocalorique présentant un premier support comportant des organes thermiques composés de matériau magnétocalorique de type gadolinium ou similaire. Ces organes thermiques comprennent encore une cavité permettant le passage d'un échangeur comprenant un fluide caloporteur, en vue de le chauffer ou de le refroidir. D'ailleurs, le matériau magnétocalorique est entouré de cuivre afin de transmettre les calories ou les frigories créées. En effet un matériau magnétocalorique crée des calories lorsqu'il est soumis à un fort champ magnétique B et refroidi, en créant des frigories, lorsqu'il n'y est plus soumis. Ce premier support est coaxial à un second support mobile comprenant des aimants permanents permettant la création du champ magnétique. Ce support mobile est entraîné par un moteur extérieur commandé en courant alternatif et pivote sur son axe selon deux positions de manière à soumettre ou non les organes thermiques au champ magnétique. Un tel dispositif présente un champ magnétique variable d'une intensité faible dans les organes thermiques ce qui ne lui permet pas d'avoir un bon rendement. De plus, il présente un gros dimensionnement du fait de la nécessité d'une grande quantité de cuivre embarquée pour transmettre efficacement la chaleur du matériau magnétocalorique à l'échangeur comprenant le fluide caloporteur et son coût de fabrication est élevé. Il est également connu du document FR 3 904 098 un générateur thermique se présentant sous la forme d'un cylindre comprenant des modules thermiques cylindriques constitués d'une pluralité d'éléments thermiques en matériau magnétocalorique délimitant des canaux pourvus deux collecteurs séparés, alternativement, un circuit collecteur chaud et un circuit collecteur froid. Ces modules thermiques annulaires et empilés axialement sur un arbre tournant sont soumis à une variation d'un champ magnétique par des aimants permanents, que comporte l'arbre tournant, pour créer grâce à l'effet magnétocalorique des frigories et des calories. Cet arbre tournant est ensuite actionné par un moteur électrique pour créer, sur ces modules thermiques annulaires, alternativement, des zones soumises à un champ magnétique et des zones non soumises à ce champ et donc des calories et des frigories récoltés par le circuit collecteur. Le générateur comprend aussi une armature ferromagnétique entourant les modules thermiques et permettant de refermer le champ magnétique généré par les aimants. Là encore un tel générateur thermique présente un gros dimensionnement et un coût de fabrication élevé. L'invention se propose de résoudre les inconvénients de l'état de la technique en ce qu'elle propose une machine tournante à actionneur intégré capable de générer un fort champ électromagnétique variable avec une grande facilité de mise en oeuvre et un coût de fabrication faible.

Ainsi l'invention concerne une machine tournante, autour d'un axe de révolution à l'intérieur d'une culasse périphérique, de production d'un champ magnétique variable et d'intensité maximale supérieure à un Tesla, pour réaliser une variation dudit champ en un point d'un échangeur situé au niveau de ladite culasse, selon un diagramme sensiblement carré en fonction du temps, ladite machine comportant, mobile en rotation autour dudit axe de rotation à l'intérieur d'un alésage que comporte ladite culasse ou ledit échangeur et séparé dudit alésage par un premier entrefer, un rotor comportant une première surface externe de révolution autour dudit axe de révolution, ledit rotor comportant un premier nombre pair de pôles constitués par un assemblage de moyens de concentration de flux, et ladite culasse étant conçue apte au rebouclage des lignes de champ magnétique générés par ledit rotor, caractérisé par le fait que ledit rotor comporte une deuxième surface interne de révolution autour dudit axe de révolution, et que ladite machine tournante comporte, à l'intérieur dudit rotor et étant séparé de ladite deuxième surface interne de révolution par un second entrefer, un stator conçu apte à créer un champ magnétique et conçu apte à capter une partie du flux magnétique émanant dudit rotor pour mettre ce dernier en mouvement de rotation sous l'effet d'un couple électromagnétique, ledit stator comportant lui-même un second nombre pair de pôles statoriques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillé qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 représente, en perspective et de façon schématisée, la machine tournante selon l'invention ; - la figure 2 représente, de face et de façon schématisée la machine tournante selon l'invention comprenant l'ensemble des axes et directions mentionnés dans la description ; la figure 3 représente, de face et de façon schématisée, la machine tournante selon un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 représente, de face et de façon schématisée, la machine tournante selon un autre mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 représente, de face et de façon schématisée, une partie de l'échangeur de la machine tournante selon l'invention ; la figure 6 représente, de face et de façon schématisée, la machine tournante selon l'invention avec les directions d'aimantation des aimants que comporte la machine tournante ; la figure 7 représente, un graphique du profil de l'induction obtenue dans l'entrefer de la machine tournante selon l'invention ; la figure 8 représente, de face et de façon schématisée, l'induction et les lignes de champ au centre de l'échangeur de la machine tournante selon l'invention ; la figure 9 représente, de face et de façon schématisée, un aimant hexagonal que comporte la machine tournante selon l'invention ; la figure 10 représente, de face et de façon 25 schématisée, un aimant trapézoïdal que comporte la machine tournante selon l'invention ; la figure 11 représente, de face et de façon schématisée, un aimant rectangulaire que comporte la machine tournante selon l'invention ; 30 la figure 12 représente, de face et de façon schématisée, l'agencement des aimants hexagonal, trapézoïdal et rectangulaire que comporte la machine tournante selon l'invention ; et la figure 13 représente, de face et de façon 35 schématisée, la machine tournante selon l'invention 10 15 20 avec les aimants hexagonal, trapézoïdal et rectangulaire que comporte la machine tournante. Tel que visible sur la figure 1, l'invention concerne une machine tournante 1 autour d'un axe de rotation 2 à l'intérieur d'une culasse 3 périphérique, de production d'un champ magnétique B variable et d'intensité maximale supérieure à un Tesla. A ce propos, on observera que pour réaliser une variation du champ B en un point d'un échangeur 4 situé au niveau de la culasse 3, selon un diagramme sensiblement carré en fonction du temps, la machine tournante 1 comporte un rotor 5 mobile en rotation autour de l'axe de rotation. Le rotor 5 est, préférentiellement, placé à l'intérieur d'un alésage 6 que comporte la culasse 3 ou l'échangeur 4.

Le rotor 5 est séparé de l'alésage 6 par un premier entrefer 7A. Dans cette configuration la culasse 3, de préférence en acier, comportant le rotor 5 est conçue apte à reboucler des lignes de champ magnétique B générées par ce rotor 5, et à protéger mécaniquement l'ensemble. Avantageusement le rotor 5 comporte une première surface externe de révolution autour de l'axe de rotation 2, et un premier nombre pair n de pôles constitués par des moyens de concentration de flux 8. Inclus dans sa première surface externe de révolution 9, le rotor 5 comporte une deuxième surface interne de révolution 10 autour de l'axe de rotation 2. Tout particulièrement la machine tournante 1 comporte, à l'intérieur du rotor 5, et étant séparé de la deuxième surface interne de révolution 10 par un second entrefer 7B, un stator 11 conçu apte à créer un champ magnétique B et conçu apte à capter une partie du flux magnétique émanant du rotor 5 pour mettre ce dernier en mouvement de rotation sous l'effet d'un couple électromagnétique, le stator 11 comportant lui-même un second nombre pair N de pôles statoriques.

Préférentiellement, le rotor 5 tourne à une fréquence de fonctionnement de l'ordre de quelques dizaines de Hertz. Tel que visible sur la figure 2, la machine tournante 1 est donc à structure inversée, c'est-à-dire que le stator 11 est placé au centre de la machine tournante 1 avec le rotor 5 mobile en périphérie du stator 11. Cette structure inversée permet, avantageusement, d'obtenir un profil d'induction au centre de l'échangeur 4 d'amplitude relativement élevée, de forme sensiblement carrée et s'annulant pendant environ fin et préférentiellement 11/3. A cela s'ajoute le fait que, dans une version particulière de l'invention, on vient vriller le stator 11 pour diminuer les ondulations de couple électromagnétique et obtenir, avantageusement, une force électromotrice sinusoïdale.

De plus, le dimensionnement de la machine tournante 1 s'effectue de telle manière que l'on obtient une variation d'induction AB maximale dans le premier entrefer 7A. Dans un premier mode de réalisation et tel que visible sur la figure 3, pour faciliter l'obtention d'un tel profil d'induction, l'échangeur 4 de la machine tournante 1 est intégré dans la culasse 3, laquelle comporte l'alésage 6, cet échangeur 4 étant situé au voisinage du premier entrefer 7A, de façon à être parcouru par un champ magnétique de densité élevée.

Un tel échangeur 4 se présente plus particulièrement sous la forme d'une chambre cylindrique, dont les dimensions sont adaptées à la largeur du premier entrefer 7A que comporte la machine tournante 1. Cette chambre est de préférence divisée en plusieurs cellules 12 de dimensions identiques qui sont destinées à comporter un matériau à effet magnétocalorique, notamment comportant du gadolinium, par exemple sous forme de lamelles. L'échangeur 4 échange l'énergie qu'il perçoit ou qu'il émet avec un circuit d'utilisation, de préférence parcouru par un fluide caloporteur.

D'une manière avantageuse, un tel matériau magnétocalorique est conçu apte à échanger de l'énergie avec un fluide caloporteur sous l'effet de la variation du champ magnétique B. Pour en revenir aux cellules 12 de l'échangeur 4 et tel que visible sur la figure 5, ces dernières sont pourvues, en tout ou partie, de plaques ou lamelles 13 réalisées en matériau magnétique ayant un point de curie proche de la température ambiante et possédant un effet magnétocalorique géant et, préférentiellement, en gadolinium, ceci pour, avantageusement, limiter les effets du couple magnétique, notamment les interactions entre le matériau magnétocalorique et la source du champ magnétique B. A ce propos, un matériau magnétocalorique soumis à un fort champ magnétique B s'échauffe et ainsi crée des calories, puis, lorsqu'il n'est plus soumis à ce champ B va redescendre à une température inférieure à celle qu'il avait à l'origine permettant, en particulier, la création de frigories. On comprend bien dès lors l'intérêt d'obtenir une variation d'induction AB maximale dans le premier entrefer 7A puisque cela induit une forte variation AT de température améliorant ainsi les performances de l'échangeur 4 magnétocalorique. L'intégration de l'échangeur 4 au voisinage du premier entrefer 7A de la machine tournante 1 permet de mutualiser les fonctions d'inducteur magnétocalorique et de rotor 5 de la machine tournante 1. Ce regroupement permet, avantageusement, de minimiser la masse d'aimants ou de bobines employés dans le fonctionnement de la machine 1, mais aussi de réduire son encombrement et sa masse. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, l'échangeur 4 est intercalé entre la culasse 3 et le premier entrefer 7A et comporte l'alésage 6, tel que visible sur la figure 4. Dans une application particulière et avantageuse de l'invention, le rotor 5 de la machine tournante 1 est conçu apte à entraîner une ou plusieurs pompes faisant circuler le fluide caloporteur à l'intérieur de l'échangeur 4 et du circuit d'utilisation, ce qui permet d'améliorer le rendement global de la machine 1 ainsi que de réduire son encombrement. Selon l'invention et tel que visible sur les figures 2, 6, 8 et 13, dans une version préférée de réalisation, le stator 11 fixe de la machine tournante 1 comporte au moins six pôles statoriques. Avantageusement, le rotor 5 quant à lui comporte un premier nombre de pôles rotoriques égal à quatre. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, le nombre n de paires pôles rotoriques est différent du nombre N de paires de pôles statoriques. Préférentiellement le fait d'avoir quatre pôles rotoriques et six pôles statoriques permet un rendement optimal de la machine tout en ayant un encombrement réduit. De plus ces valeurs permettent d'obtenir des créneaux d'induction bien nets dans la machine tournante 1, tel que visible sur la figure 7 en valeur absolue. D'une manière avantageuse, pour améliorer encore ces créneaux d'induction dans la machine tournante 1, cette dernière comporte des moyens de régulation conçus aptes à commander la rotation pas à pas du rotor 5, par une alimentation adaptée du stator 11. Pour en revenir aux pôles statoriques, ils se présentent sous la forme de dents 14 bobinées et permettent la création d'un champ magnétique lorsque ces dernières sont alimentées par un courant. C'est d'ailleurs au niveau des ces dents 14 que la machine tournante 1 comporte des capteurs raccordés à des moyens de régulation de vitesse par régulation du courant délivré aux bobines que comporte le stator 11. Préférentiellement, la machine tournante 1 est pourvue de moyen de commande (non représentés) conçus aptes à piloter les différents paramètres de la machine tournante 1. Plus particulièrement ces moyens de commande agissent sur les moyens de régulation de vitesse, sur la variation du courant au stator, sur la température du stator ou encore sur la circulation du fluide caloporteur dans l'échangeur. Avantageusement, ces capteurs sont des capteurs à effet Hall disposés sur plusieurs des dents 14 du stator 11. Chaque capteur à effet Hall est notamment placé dans une encoche que comporte une dent 14. De préférence, quand le stator 11 comporte six pôles, trois capteurs sont disposés à 130° sur le stator 11. Selon une autre caractéristique de l'invention, les bobines du stator 11 sont alimentées en courant par des moyens d'alimentation conçus aptes à alimenter le stator 11 de façon périodique, c'est-à-dire alternative, créant ainsi un flux magnétique également alternatif au niveau du rotor 5. Selon un autre mode d'exécution de l'invention, les bobines du stator 11 sont encore alimentées par des moyens d'alimentation conçus aptes à les alimenter en créneaux de courant ou par un signal sinusoïdal pour obtenir une répartition de flux sinusoïdale. Le stator 11 est donc alimenté par l'intermédiaire des bobines par un courant pour créer un champ magnétique B et ainsi entraîner le rotor 5 par l'intermédiaire des moyens de concentration de flux 8 qu'il comporte. D'ailleurs, les moyens de concentration de flux 8 du rotor 5 sont composés de bobines d'induction ou d'aimants permanents 15. Le rotor 5 d'une telle machine tournante 1 peut être droit afin de procurer une bonne induction en son sein mais il peut être vrillé pour améliorer la forme du champ magnétique dans le premier entrefer 7A. Avantageusement les moyens de concentration de flux 8 sont constitués par un assemblage d'aimants permanents 15. Préférentiellement, la disposition de cet assemblage d'aimant 15 résulte d'une démarche inventive de perfectionnement d'une structure Halbach pour obtenir le rebouclage et la concentration de flux en un point de l'échangeur 4.

D'une manière avantageuse et tel que visible sur la figure 6, les moyens de concentration de flux 8 du rotor 5 comportent un assemblage d'aimants permanents 15 permettant, avantageusement, de réduire l'encombrement et la masse dans le rotor 5. De plus ces aimants permanents 15 sont plus faciles à mettre en oeuvre qu'un bobinage. Ils peuvent être de tout type mais ils sont, préférentiellement, en néodyme-fer-bore présentant une induction rémanente de valeur supérieure à 1 Tesla et présentant idéalement une induction rémanente la plus élevée possible. A ce propos, on observera que chaque pôle du rotor 5, s'étendant entre le premier entrefer 7A et le second entrefer 7B, est réalisé par un assemblage d'aimants permanents 15. Préférentiellement, l'assemblage d'aimants permanents 15 comporte, se développant de façon sensiblement prismatique ou hélicoïdale par rapport audit axe de rotation 2, au moins un aimant 16 comportant une aimantation parallèle selon une première direction radiale 17 dudit rotor 5. Avantageusement, cet aimant 16 est entouré de part et d'autre, de chaque côté, par au moins un aimant 18 et 19 qui comporte une aimantation parallèle selon une direction d'aimantation transversale 20 par rapport à ladite première direction radiale 17, c'est-à-dire faisant un angle 21 compris entre -20° et +20° par rapport à une direction perpendiculaire à ladite première direction radiale 17. D'une manière avantageuse, cet angle 21 des aimants 18 et 19 est de 45°. Préférentiellement, la direction d'aimantation transversale 20des aimants 18 et 19 est perpendiculaire à la première direction radiale 17 de l'aimant 16. A ce propos, c'est la combinaison de l'alimentation en courant du stator 11 et de l'agencement des trois aimants 16 ,18 et 19 qui permet de créer un champ variable et intense supérieur à 1,1 Tesla et de forme rectangulaire, encore visible sur la figure 7.

Plus particulièrement et tel que visible sur la figure 8, la concentration de flux, due à l'assemblage particulier des aimants permanents 15, permet de maximiser localement l'induction en concentrant les lignes de champ dans une grande zone du premier entrefer 7A , zone d'induction maximale 22, tout en déviant le flux hors du premier entrefer 7A, afin d'obtenir au même instant dans une autre zone de ce premier entrefer 7A une zone d'induction nulle 23. De manière avantageuse, une forte variation A du champ magnétique B maximale est créée en un point de l'échangeur 4 (ou du premier entrefer 7A) de la machine tournante 1. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, l'aimant 16 comportant une aimantation parallèle selon une première direction radiale 17 dudit rotor 5 est constitué par la juxtaposition d'au moins: - un premier aimant 24 de section sensiblement hexagonale, visible sur la figure 9, dans un plan perpendiculaire 25 au dit axe de rotation 2. - un second aimant 26 de section trapézoïdale, visible sur la figure 10, dans un plan perpendiculaire 25 au dit axe de rotation 2. Avantageusement, le premier aimant 24 comporte une première face 27 s'étendant au voisinage dudit premier entrefer 7A parallèlement à la tangente 28 à la première surface externe de révolution 9 dudit rotor 5 au voisinage de la dite première face 27, et comporte une deuxième face 29 sensiblement parallèle à ladite première face 27 qui s'étend au voisinage dudit second entrefer 7B sensiblement parallèlement à la tangente 30 à la deuxième surface interne de révolution 10 dudit rotor 5. A ce propos, on observera que cette seconde face 29 peut présenter un rayon de courbure légèrement supérieur à la deuxième surface interne de révolution 10 du rotor 5. Il comporte encore deux premières faces obliques externes 31 et 32 du côté dudit premier entrefer 7A et deux secondes faces obliques internes 33 et 34 du côté dudit second entrefer 7B. Préférentiellement, le premier aimant 24 comporte une aimantation parallèle selon la première direction radiale 17 dudit rotor 5. D'une manière avantageuse et analogue au premier aimant 24, le second aimant 26 est d'aimantation parallèle selon la même première direction radiale 17 dudit rotor 5 et dans le même sens que le premier aimant 24 auquel le second aimant 26 est jointif par la plus courte de ses faces parallèles 35. Plus particulièrement, la plus courte de ses faces parallèles 35 s'étend entre le premier aimant 24 et le premier entrefer 7A au voisinage duquel s'étend la plus longue de ses faces parallèles 36. De plus chaque face oblique 37 et 38 du second aimant 26 constituant avec une des premières faces obliques 31 ou 32 du premier aimant 24 un logement 39. Selon un autre mode d'exécution préféré de l'invention, les aimants 18 et 19, qui comportent une aimantation parallèle selon une direction d'aimantation transversale 20 par rapport à ladite première direction radiale 17, sont constitués par au moins : - un troisième aimant de section rectangulaire 40, visible sur la figure 11, dans un plan perpendiculaire 25 audit axe de rotation 2, s'étendant selon une direction longitudinale oblique 41 par rapport à une seconde direction radiale 42 dudit rotor 5 ; - un quatrième aimant de section rectangulaire 43, encore visible sur la figure 11, dans un plan perpendiculaire 25 audit axe de rotation 2, s'étendant selon une direction longitudinale oblique 44 par rapport à une troisième direction radiale 45 du rotor 5 et symétrique à celle du troisième aimant 40 rectangulaire par rapport à la première direction radiale 17. Avantageusement, le troisième aimant 40 est plaqué à une première extrémité 46 sur une des ses petites faces 47 contre ledit second aimant 26 et contre ledit premier aimant 24 par une de ses longues faces 48 dans un desdits logements 39. Il est d'aimantation parallèle et forme un angle d'environ 45° +/-20° avec la direction longitudinale 41 et selon une direction perpendiculaire 49 à ladite première direction radiale 17 du rotor 5; Préférentiellement, le quatrième aimant 43 est, quant à lui, plaqué à une première extrémité 50 contre ledit premier aimant 24 et ledit second aimant 26 dans l'autre desdits logements 39. Il est d'aimantation parallèle et forme un angle d'environ 45° +/- 20° avec la direction longitudinale 44 et selon la même direction 49 que ledit troisième aimant 40 mais en sens contraire. Avantageusement et selon un mode d'exécution préféré de l'invention, le troisième aimant 40 de section rectangulaire s'étend selon une direction longitudinale perpendiculaire 51 à la seconde direction radiale 42 dudit rotor 5. A ce propos, on observera que le quatrième aimant de section rectangulaire 43 s'étend, préférentiellement, selon une direction longitudinale perpendiculaire 52 à la troisième direction radiale 45 dudit rotor 5.

D'une manière avantageuse et tel que visible sur la figure 13, le troisième aimant rectangulaire 40 et le quatrième aimant rectangulaire 40 comportent chacun une seconde extrémité 53 et 54 opposée à ladite première extrémité respectivement 46 et 50. Cette seconde extrémité 53 et 54 est préférentiellement conçue apte à coopérer avec les secondes extrémités 53A et 54A que comportent respectivement un troisième 40A et un quatrième 43A aimant rectangulaire d'un autre pôle contiguë et de sens d'aimantation identique. Substantiellement, la machine tournante 1 est donc composée de plusieurs paires de pôles rotoriques contiguës comprenant, chacun, cet agencement particulier des aimants 15 permettant d'obtenir un champ B variable et intense en un point de l'échangeur 4. D'ailleurs et tel que visible sur la figure 6, la machine tournante 1 comporte une alternance de pôles, le premier comportant une aimantation de sens radial centrifuge au niveau du premier aimant hexagonal 24 et du second aimant trapézoïdal 26, et un sens d'aimantation du troisième aimant rectangulaire 40 et du quatrième aimant rectangulaire 43 vers sa première direction radiale 17.

Le second pôle, quant à lui, contiguë au premier pôle comporte, préférentiellement, une aimantation de sens radial centripète au niveau du premier aimant hexagonal 24 et du second aimant trapézoïdal 26, et un sens d'aimantation du troisième aimant rectangulaire 40 et du quatrième aimant rectangulaire 43 s'éloignant de sa première direction radiale 17. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, la machine tournante 1 comporte, au niveau du stator 11, des moyens d'échange thermique raccordés à l'échangeur 4, pour le refroidissement des pôles statoriques. Concrètement, on dérive une partie des frigories créées dans l'échangeur 4 vers le stator 11 afin d'améliorer ses performances, et on crée ainsi un effet d'auto-refroidissement. A ce propos, on observera que la machine tournante 1 comporte encore, préférentiellement, des moyens de régulation conçus aptes, quand la température du stator 11 diminue, à piloter des moyens d'alimentation en courant des pôles statoriques pour augmenter la densité de courant et par conséquence pour augmenter l'induction. Le refroidissement du stator 11 par le circuit d'utilisation de l'échangeur 4 permet de maximiser l'induction en minimisant le volume de la machine tournante 1. D'ailleurs, cette régulation de température dans le stator 11 permet d'une part, de réguler la température des matériaux environnants afin que le matériau magnétocalorique soit toujours proche de sa température de Curie, c'est-à-dire la température à laquelle le matériau perd son aimantation spontanée, et d'autre part d'accroitre les performances de la machine tournante 1.

L'invention concerne encore un moteur synchrone auto-refroidissant de grande puissance supérieure à quelques dizaines de kW comportant une machine tournante 1 telle que décrite ci-dessus. D'ailleurs, un des problèmes récurrents que pose l'exploitation de gros moteurs synchrones est leur refroidissement. Par la construction d'un moteur selon l'invention, il est désormais possible d'intégrer à la machine un circuit de refroidissement autonome et efficace basé sur les performances des matériaux magnétocaloriques. L'invention concerne encore l'utilisation de la machine tournante 1 pour un échange magnétocalorique, l'échangeur 4 étant un échangeur 4 magnétocalorique comportant un matériau à effet magnétocalorique, notamment du gadolinium. Selon un mode d'exécution de l'invention, La machine tournante 1 comprend un stator 11 présente un diamètre extérieur de 83,5 mm et une profondeur de l'ordre de 89 mm. Il comporte douze dents 14 ayant une hauteur de 25,75 mm et une surface d'encoche de 344 mm. Ces dents 14 présentent un bobinage dentaire comprenant 35 spires. A la périphérie de ce stator 11 la machine tournante comprend un rotor 5 présentant un diamètre extérieur de 166,7 mm et une profondeur de 89 mm. A l'intérieur de ce rotor 5 la machine tournante 1 comporte un assemblage d'aimants 15 composé pour un pôle d'un aimant hexagonal 24 de 71 mm de longueur sur 33 mm, de largeur et 89 mm de profondeur, un aimant trapézoïdal 26 de longueur 42 mm, de largeur 9 mm et de profondeur 89mm et deux aimants rectangulaire 40 et 43 de longueur 42 mm, de largeur 11 mm et de profondeur 89 mm. Autour de ce rotor 5 la machine tournante 1 comporte encore un échangeur présentant un diamètre extérieur de l'ordre de 185 mm et de profondeur 89 mm. L'ensemble de ces éléments est protégé par une culasse 3 en acier présentant un diamètre externe de 220 mm et de profondeur 89 mm. On comprend bien, au vu de ce dimensionnement, que la machine tournante 1 tel que décrit ci-dessus présente un

Claims (16)

1. REVENDICATIONS1. Machine tournante (1), autour d'un axe de rotation (2) à l'intérieur d'une culasse (3) périphérique, de production d'un champ magnétique variable et d'intensité maximale supérieure à un Tesla, pour réaliser une variation dudit champ en un point d'un échangeur (4) situé au niveau de ladite culasse (3), selon un diagramme sensiblement carré en fonction du temps, ladite machine comportant, mobile en rotation autour dudit axe de rotation (2) à l'intérieur d'un alésage (6) que comporte ladite culasse (3) ou ledit échangeur (4) et séparé dudit alésage par un premier entrefer (7A), un rotor (5) comportant une première surface externe de révolution (9) autour dudit axe de rotation (2), ledit rotor (5) comportant un premier nombre pair (n) de pôles constitués par un assemblage de moyens de concentration de flux (8), et ladite culasse (3) étant conçue apte au rebouclage des lignes de champ magnétique générés par ledit rotor (5), caractérisé par le fait que ledit rotor (5) comporte une deuxième surface interne de révolution (10) autour dudit axe de rotation (2) , et que ladite machine tournante (1) comporte, à l'intérieur dudit rotor (5) et étant séparé de ladite deuxième surface interne de révolution (10) par un second entrefer (7B), un stator (11) conçu apte à créer un champ magnétique et conçu apte à capter une partie du flux magnétique émanant dudit rotor (5) pour mettre ce dernier en mouvement de rotation sous l'effet d'un couple électromagnétique, ledit stator (11) comportant lui-même un second nombre pair (N) de pôles statoriques.
2. 2. Machine tournante (1) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit échangeur (4) est intégré dans ladite culasse (3) laquelle comporte ledit alésage (6), au voisinage dudit premier entrefer (7A).
3. 3. Machine tournante (1) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit échangeur (4) est intercalé entre ladite culasse (3) et ledit premier entrefer (7A), et que ledit échangeur (4) comporte ledit alésage (6).
4. 4. Machine tournante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que ledit échangeur (4) comporte un matériau à effet magnétocalorique, notamment comportant du gadolinium, conçu apte à échanger de l'énergie avec un fluide caloporteur sous l'effet de la variation de champ magnétique B.
5. 5. Machine tournante (1) selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que lesdits moyens de concentration de flux (8) comportent des assemblages d'aimants permanents (15).
6. 6. Machine tournante (1) selon la revendication 5, caractérisée par le fait que pour chaque pôle dudit rotor (5) s'étendant entre ledit premier entrefer (7A) et ledit second entrefer (7B) est réalisé ledit assemblage d'aimants permanents (15) comportant, se développant de façon sensiblement prismatique ou hélicoïdale par rapport audit axe de rotation (2), au moins un aimant (16) comportant une aimantation parallèle selon une première direction radiale (17) dudit rotor (5), lequel aimant (16) est entouré de part et d'autre, de chaque côté, par au moins un aimant (18,19) qui comporte une aimantation parallèle selon une direction d'aimantation transversale (20) par rapport à ladite première direction radiale (17), c'est-à-dire faisant un angle (21) compris entre - 20° et + 20° par rapport à une direction perpendiculaire à ladite première direction radiale (17).
7. 7. Machine tournante (1) selon la revendication 6, caractérisée par le fait que ladite direction transversale (20) est perpendiculaire à ladite première direction radiale (21).
8. 8. Machine tournante (1) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée par le fait que ledit aimant (16) comportant une aimantation parallèle selon une première direction radiale (17) dudit rotor (5) est constitué par la juxtaposition de au moins: - un premier aimant de section sensiblement hexagonale (24) dans un plan perpendiculaire audit axe de rotation (2), ledit aimant (24) comportant une première face (27) s'étendantau voisinage dudit premier entrefer (7A) parallèlement à la tangente (28) à la première surface externe de révolution (9) dudit rotor (5) au voisinage de la dite première face (27), et comportant une deuxième face (29) sensiblement parallèle à ladite première face (27) qui s'étend au voisinage dudit second entrefer (7B) sensiblement parallèlement à la tangente (30) à la deuxième surface interne de révolution (10) dudit rotor (5), ledit premier aimant (24) comportant une aimantation parallèle selon une première direction radiale (17) dudit rotor (5), ledit premier aimant (24) comportant encore deux premières faces obliques externes (31, 32) du côté dudit premier entrefer (7A) et deux secondes faces obliques internes (33,34) du côté dudit second entrefer (7B) ; - un second aimant de section trapézoïdale (26) dans un plan perpendiculaire audit axe de rotation (2), d'aimantation parallèle selon la même première direction radiale (17) dudit rotor (5) et dans le même sens que ledit premier aimant (24) auquel ledit second aimant (26) est jointif par la plus courte de ses faces (35) parallèles, et qui s'étend entre ledit premier aimant (24) et ledit premier entrefer (7A) au voisinage duquel s'étend la plus longue de ses faces (36) parallèles, chaque face oblique (37, 38) dudit second aimant (26) constituant avec une desdites premières faces obliques ( 31, 32) dudit premier aimant (24) un logement (39).
9. 9. Machine tournante (1) selon l'une des revendications 8, caractérisée par le fait que lesdits aimants (18, 19) qui comportent une aimantation parallèle selon une direction d'aimantation transversale (20) par rapport à ladite première direction radiale (17) sont constitués par au moins : - un troisième aimant de section rectangulaire (40) dans un plan perpendiculaire audit axe de rotation (2), s'étendant selon une direction longitudinale oblique (41) par rapport à une seconde direction radiale (42) dudit rotor (5), plaqué à une première extrémité (46) sur une des ses petites faces (47) contre ledit second aimant (26) et contre ledit premier aimant (24) par une de ses longues faces (48) dans un desditslogements (39), et d'aimantation parallèle et selon un angle d'environ 45° +/- 20° avec ladite direction longitudinale (41) et selon une direction perpendiculaire (49) à ladite première direction radiale du rotor (17) ; - un quatrième aimant de section rectangulaire (43) dans un plan perpendiculaire audit axe de rotation (2), s'étendant selon une direction longitudinale oblique (44) par rapport à une troisième direction radiale (45) dudit rotor (5) et symétrique à celle dudit troisième aimant rectangulaire (40) par rapport à ladite première direction radiale (17), plaqué à une première extrémité (50) contre ledit premier aimant (24) et ledit second aimant (26) dans l'autre desdits logements (39), et d'aimantation parallèle et selon un angle d'environ 45°+/-20° avec ladite direction longitudinale (44) et selon la même direction que ledit troisième aimant rectangulaire (40) mais en sens contraire.
10. 10. Machine tournante (1) selon la revendication 9, caractérisée par le fait que ledit troisième aimant rectangulaire (40) et ledit quatrième aimant rectangulaire (43) comportent chacun une seconde extrémité (53, 54) opposée à ladite première extrémité (46, 50) et conçue apte à coopérer avec les secondes extrémités (53A, 54A) que comportent respectivement un troisième (40A) et un quatrième (43A) aimant rectangulaire d'un autre pôle contiguë et de sens d'aimantation identique.
11. 11. Machine tournante (1) selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée par le fait que ledit un troisième aimant de section rectangulaire (40) s'étend selon une direction longitudinale perpendiculaire (51) à ladite seconde direction radiale (42) dudit rotor (5), et que ledit quatrième aimant de section rectangulaire (43) s'étend selon une direction longitudinale perpendiculaire (52) à ladite troisième direction radiale (45) dudit rotor (5).
12. 12. Machine tournante (1) selon l'une des revendications 6 à 11, caractérisée par le fait qu'elle comporte une alternance de pôles, l'un comportant une aimantation de sensradial centrifuge au niveau du premier aimant hexagonal (24) et du second aimant trapézoïdal (26), et un sens d'aimantation dudit troisième aimant rectangulaire (40) et dudit quatrième aimant rectangulaire (43) vers sa dite première direction radiale (17), et l'autre pôle contiguë comportant une aimantation de sens radial centripète au niveau du premier aimant hexagonal (24) et du second aimant trapézoïdal (26), et un sens d'aimantation dudit troisième aimant rectangulaire (40) et dudit quatrième aimant rectangulaire (43) s'éloignant de sa dite première direction radiale (17).
13. 13. Machine tournante (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens de régulation de vitesse de rotation par régulation du courant délivré à des bobinages que comporte ledit stator (11), selon des informations reçus de capteurs à effet Hall disposés sur plusieurs dents (14) que comporte ledit stator (11).
14. 14. Machine tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte, au niveau dudit stator (11), des moyens d'échange thermique raccordés audit échangeur (4), pour le refroidissement desdits pôles statoriques, et qu'elle comporte des moyens de régulation conçus aptes, quand la température dudit stator (11) diminue, à piloter des moyens d'alimentation en courant desdits pôles statoriques pour augmenter la densité de courant et par conséquence augmenter l'induction.
15. 15. Moteur synchrone auto-refroidissant de grande puissance supérieure à quelques dizaines de kW comportant une machine tournante (1) selon les revendications 4 et 14.
16. 16. Utilisation de la machine tournante (1) selon l'une des revendications précédentes pour échange magnétocalorique, ledit échangeur (4) étant un échangeur (4) magnétocalorique comportant un matériau à effet magnétocalorique, notamment du gadolinium.