FR3084785A1 - Machine a courant continu sans commutation - Google Patents

Abstract

Une machine électrique à courant continu tournante autour d'un axe (A) de transmission constitué : D'un Rotor composé d'au moins une couronne inductrice (COi), tournante autour de (A) a une vitesse angulaire ω et comportant des aimants inducteurs dont l'aimantation est perpendiculaire à (A). D'un stator cylindrique d'axe (A) séparé de ladite couronne du rotor par un entrefer (el) Caractérisée en ce que : Lesdits aimants de la couronne sont animés dans le référentiel de la machine, d'un mouvement qui est la composée d'une rotation rapide (N. w) propre autour de leurs axes (dk) et de la rotation plus lente (ω) de la couronne inductrice du Rotor.

Description

Contexte de l'invention.

Dans la suite on appelle machine électrique un dispositif électromagnétique réversible pouvant fonctionner aussi bien en moteur électrique qu'en génératrice. Le domaine de l'invention est le domaine des machines électriques à courant continu, sans commutation, de petite ou grande dimension pour des applications de faibles puissances (petits actionneurs électriques) ou de fortes puissances (production d'électricité ou traction électrique).

Etat de l'art

Parmi les machines à courant-continu sans dispositif de commutation de courant, on connaît les machines « homopolaires » dont les lignes d'induction dans l'entrefer sont toujours dans le même sens sur toute la surface de l'entrefer. Les machines homopolaires du type « roue de Barlow » se sont essentiellement développées dans la configuration dite « machine de Poirson ». On connaît leurs avantages : Robustesse, commande très simple, silence, collecteur simple sans commutation de courant. Néanmoins, le principal inconvénient est qu'elles ont par construction un seul tour de bobinage induit, ce qui impose un fonctionnement à faible tension et très fort courant.

Citons leurs applications déjà anciennes en Electrolyse (On connaît des machines de type 600 kW, 12V, 50000 A). De nos jours, seule une application pour la propulsion marine semble proposée, du fait notamment du silence de ces moteurs.

Partant, historiquement, les machines à courant continu à collecteur commutateur (machine cc) les ont remplacées car elles permettent la mise en série de multiple spires et la diminution de l'ampérage associé.

On sait leurs gros avantages : réglage facile de la vitesse, du couple et du sens de rotation à travers une commande facile, mais aussi leur gros inconvénient du à leur collecteur à commutation de courant qui est complexe de réalisation, siège d'arcs électriques au moment de la commutation (donc leur emploi impropre dans certains environnement) qui l'usent rapidement, génèrent des parasites, les problèmes de frettage, de brasage des lames de collecteur etc. Bien qu'encore largement utilisées à cause de leurs avantages, de par les inconvénients liés à ces machines, on préfère souvent actuellement aux moteurs à courant continu à collecteur d'autres machines telles que les machines synchrones autopilotées, les machines à réluctance variable, les moteurs dits « brushless » (ou sans « balais ») connues de l'homme de métier mais qui ont aussi leurs inconvénients divers (commande par électronique de puissance pilotée par capteurs de positions, modélisation complexe, bruits ...). On trouve de nombreux ouvrages dans la littérature procurant une vision synthétique de l'ensemble des principes régissant ces machines. Par exemple : « Les moteurs électriques expliqués aux électroniciens : Réalisations pratiques - démarrage, variation de vitesse, freinage » de Gérard Guihéneuf aux éditions Elektor.

Les dispositifs classiques de l'art antérieur sont aussi décrits dans le livre « Motors for Makers » de Matthew Scarpino éditions « Que » auquel les renvois de pages ci-dessous font référence.

L'invention telle qu'elle va être décrite concerne donc un moteur à courant continu d'un nouveau type conservant les avantages des moteurs à courants continus et qui pallie aux inconvénients mentionnés. Elle est donc distinguable de toute forme d'art antérieur en ce sens que la machine décrite ci-après n'est pas monospire, ne comporte pas de contacts électriques en friction et de dispositifs de commutation mécanique (collecteur commutateur de courant) tels qu'on en trouve dans les moteurs dits « brushed » (p34) et qu'elle ne comporte pas de capteur de position et de dispositifs d'électronique de puissance de commutation asservis tels qu'on en dispose dans les moteurs dit « Brushless » (p42). Economiquement, cette machine permet donc d'économiser un collecteur mécanique ou l'intégralité de l'électronique de régulation.

Ce qui suit, décrit les principes et propose quelques structures de bases associées à l'invention sans les épuiser.

Description

La machine décrite ci-dessous pallie aux inconvénients mentionnés ci-dessus. Elle est très simple tant d'un point de vue de sa construction que de son alimentation et fonctionne aussi bien en moteur qu'en génératrice. Elle peut avoir une large gamme de dimension et d'emploi. Du plus, il est parfaitement clair que, dans ce qui suit, le rôle du Stator et des rotors peuvent être inversés en vertu du principe de l'action et de la réaction.

Cette machine est une machine à deux dimensions au sens où les lignes des champs magnétiques n'ont pas de composantes axiales et sont identiques quelle-que-soit l'endroit où l'on considère une coupe perpendiculaire à l'axe de rotation.

Toutes les structures auront un rotor composé au moins d'une partie tournante qui comporte des aimants et des pièces ferromagnétiques aptes à faire circuler le flux magnétique créé.

Dans les machines décrites, on dispose de parties que nous nommerons « couronnes ». On entend par le mot « couronne » une partie du rotor à symétrie orthogonale par rapport à l'axe (Δ) tournante autour de (Δ) composée d'une ou plusieurs pièces. On va décrire deux structures : Une première structure dont les conducteurs sont fixes au stator et une seconde structure pour laquelle les conducteurs sont mobiles au rotor.

Nous nommerons :

« Couronne inductive » (COJ la partie du rotor composée de 2N cylindres portant des aimants inducteurs ainsi que des pièces ferromagnétiques permettant de refermer le flux magnétique et formant l'entrefer (el) avec le stator.

« Couronne d'axe » (CO_a) la partie du rotor (ferromagnétique ou non) solidaire de l'axe de la machine pour la première structure et constituant le bâti du stator pour la deuxième structure. Cette couronne est donc nommée en référence à la première structure. Cette couronne pourra permettre de refermer le flux magnétique de la machine.

« Couronne courant » (CO_c) la partie du stator (première structure) ou du rotor (deuxième structure) qui comprend les conducteurs alimentés en courant continu de la machine.

Dans une première structure de machine décrite, les parties mobiles au rotor de la machine sont la « Couronne inductive » (COJ et la « Couronne d'axe » (CO_a). Le stator est fixe et consiste en la « Couronne courant» (CO_c) qui comprend les conducteurs alimentés en courant continu de la machine.

Dans une seconde structure de machine décrite, les parties mobiles au rotor de la machine sont la « Couronne inductive » (CO,) et la « Couronne courant » (COJ. Le stator est fixe et consiste par exemple en la « Couronne d'axe » (CO_a) qui comprend l'axe de la machine.

Dans les deux structures, les deux parties mobiles du rotor sont liées mécaniquement et mobiles en rotation par rapport à un stator.

Dans la première structure, les bobinages étant présents au stator, il n'est donc pas besoin de dispositifs de type « slip-ring » ou contacts tournants pour faire parvenir un courant au niveau d'un Rotor, alors que ces dispositifs est nécessaire pour la seconde structure les conducteurs étant mobile.

L'idée fondamentale de l'invention consiste à donner aux parties mobiles de la machine qui comprennent des aimants inducteurs un double mouvement relatif. L'un concerne la rotation autour de leurs axes propres des pièces portant les aimants et l'autre un mouvement de rotation de la couronne inductrice du rotor qui inclut également les pièces portant les aimants. Dans les machines classiques, lors de la rotation du rotor sur une période, le champ magnétique inducteur est dirigé alternativement vers des courants de polarités opposées engendrant ainsi un couple alternatif de résultante nulle. Pour obtenir un couple positif, il faut donc inverser périodiquement le courant soit mécaniquement comme dans les machines à courant continu, soit par une commande électronique. L'idée est donc la suivante : au lieu d'inverser le sens du courant, on va le garder constant mais inverser le sens du champ magnétique d'induction et cela de manière naturelle sans intervention extérieure, lors de la rotation du rotor. Ceci ne peut être réalisé efficacement qu'avec le mouvement composé de deux rotations proposé selon l'invention pour lequel les 5 directions initiales d'aimantation se retrouvent lorsque le rotor tourne den'

Le calcul montre alors que la composante du tenseur de Maxwell B_N.H_T, dans laquelle B_N est la composant normale du champ magnétique et H_T la composante tangentielle dans l'entrefer, est significative et non nulle. L'idée fondamentale de la conception selon l'invention est de faire tourner l'induction B_N dans l'entrefer (el) plus rapidement que le rotor de façon à ce que le produit B_N.H_T reste en moyenne largement 10 positif sur une révolution du moteur.

Pour ce faire, on mettra en rotation par un jeu mécanique d'engrenages la couronne inductrice du rotor équipée de cylindres munis d'aimants tout en veillant à ce que les directions d'aimantation tournent N fois plus rapidement que le rotor lui-même. Ainsi, le mouvement du vecteur « aimantation » porté par un cylindre est une composition de deux rotations : la rotation des cylindres sur eux-mêmes suivi de la rotation 15 autour de l'axe (Δ) du rotor qui comprend ces cylindres.

On va donc décrire dans ce qui suit deux structures qui relève d'un même principe de machine électrique à courant continu tournante autour d'un axe (Δ) de transmission constitué :

d'un Rotor composé d'au moins une couronne inductrice (CO,), tournante autour de (Δ) a une vitesse angulaire ω et comportant des aimants inducteurs dont l'aimantation est perpendiculaire à 20 (Δ).

- D'un stator cylindrique d'axe (Δ) séparé de ladite couronne du rotor par un entrefer (el) Caractérisée en ce que:

- Lesdits aimants de la couronne sont animés dans le référentiel de la machine, d'un mouvement qui est la composée d'une rotation rapide (N. ω) propre autour de leurs axes (d_k) et de la rotation plus ^{25 lente} (w) de la couronne inductrice du Rotor.

Pour la première structure, les conducteurs sont fixes au stator et nous décrivons une machine électrique à courant continu tournante autour d'un axe (Δ) de transmission constitué :

D'un stator cylindrique ferromagnétique séparé du rotor par un entrefer (el) et comportant une ^î0 couronne courant (CO_c) composée de 2N encoches (E_k) :

o Séparées d'un angle o Parallèles à (Δ) o Chaque encoche débouchant dans l'entrefer et recevant des conducteurs parallèles à (Δ) alimentés de manière à faire circuler dans deux encoches adjacentes des courants continus en sens opposés.

D'un Rotor composé de deux couronnes et telles que :

o Une première couronne inductrice (COi) est composée de 2N cylindres ferromagnétiques inducteurs disjoints (Ck) mobiles autour de leurs axes (dk) parallèles à (Δ), séparés d'un angle et constituants l'entrefer (ei) avec le stator.

o Une seconde couronne cylindrique d'axe (CO_a), située à l'intérieur de la première couronne, comporte l'axe (Δ) de transmission et est liée mécaniquement avec les cylindres inducteurs de la première couronne.

Caractérisée en ce que :

Pour une position du rotor les cylindres (Ck) de la couronne inductive (COj) sont agencés de manière à être en vis-à-vis des encoches (E_k) de la couronne courant et présenter une direction d aimantation radiales passant par l'axe (Δ) et de polarités opposées pour deux cylindres voisins. Les Couronnes inductive (CO,) et les cylindres (Ck) du Rotor sont liées mécaniquement et de manière à ce lorsque la couronne inductrice du Rotor tourne de les cylindres de la couronne inductive tourne de π.

Dans la seconde structure relevant des principes inventifs ci-dessus, les conducteurs de la machine sont mobiles au rotor et on décrit :

Une machine à courant continu tournante autour d'un axe (Δ) composée :

• D'un Stator composé au moins d'une couronne d'axe (CO_a) cylindrique d'axe (Δ).

• D'un Rotor composé de deux couronnes telles que :

o Une première couronne inductrice (COi) est composée de 2N cylindres ferromagnétiques inducteurs disjoints (Ck) mobiles autour de leurs axes (dk) parallèles à (Δ), séparés d'un angle et constituants l'entrefer (ej avec le stator.

o Une seconde couronne courant (CO_c) est située à l'extérieur ou à l'intérieur de la couronne inductrice (COi) et forme avec celle-ci en entrefer (e₂) et est constituée d'un cylindre creux ferromagnétique d'axe (Δ) qui comporte 2N encoches (E_k)

Séparées d'un angle

Parallèles à (Δ)

Chaque encoche débouchant dans l'entrefer et recevant des conducteurs parallèles à (Δ) alimentés de manière à faire circuler dans deux encoches adjacentes des courants continus en sens opposés.

Carctérisé en ce que :

• Pour une position du Rotor les cylindres (Cr) de la couronne inductive (CO,) sont agencés de manière à être en vis-à-vis des encoches (E_k) de la couronne courant (CO_c) et présenter une direction d aimantation radiales passant par l'axe (Δ) et de polarités opposées pour deux cylindres voisins.

• Les Couronnes inductive (CO,) et les cylindres (Cr) du Rotor sont liées mécaniquement et de manière à ce lorsque la couronne inductrice du Rotor tourne de J les cylindres de la couronne inductive tourne de π.

Les figures suivantes vont nous permettre maintenant de décrire l'invention de façon précise.

Selon la première structure de l'invention, les conducteurs sont fixes au stator. Les figures numérotées débutent par (I).

Selon la seconde structure de l'invention, les conducteurs sont mobiles au rotor. Les figures jointes numérotés débutent par (II).

La figure 1-1 représente dans sa coupe axiale un schéma de principe d'une variante de la première structure de l'invention pour laquelle le Rotor (couronnes inductrice et d'axe) est à l'intérieur du Stator.

• Les figures 1-1-1,1-1-2,1-1-3 représentent un schéma de principe fonctionnel d'une machine à 4 cylindres (N=2) selon des coupes perpendiculaires à l'axe de rotation, illustrant notamment les sens d'aimantation des cylindres de la première couronne du Rotor pour trois positions de celui-ci. La figure 1-1-1 est la position de départ. La figure 1-1-2 est la position obtenue à partir de la position initiale après une rotation du rotor de - et une rotation en sens inverse des aimants de p La figure 1-1-3 est la position obtenue à partir de la position initiale après une rotation du rotor de — et une rotation en sens inverse des aimants de n. On voit que l'on est revenu à la position initiale.

• Selon une autre configuration de la même variante 1-1 de la première structure de l'invention, les figures 1-1-1 bis, 1-1-2 bis, 1-1-3 bis représentent un schéma de principe d'une machine à 8 cylindres (N-4) selon des coupes perpendiculaires à l'axe de rotation, illustrant notamment les sens d'aimantation des cylindres de la première couronne du Rotor et pour trois positions de celui-ci. La figure 1-2-1 est la position de départ. La figure 1-1-2 bis est la position obtenue à partir de la position initiale après une rotation du rotor de - et une rotation en sens inverse des aimants de . La figure 1-1-3 bis est la position obtenue à partir de la position initiale après une rotation du rotor de J et une rotation en sens inverse des aimants de π. On voit que l'on est revenu à la position initiale.

• La figure 1-1-4 donne, pour une position donnée du rotor l'allure des lignes de champ passant par les cylindres inducteurs et se refermant par les cylindres pour la première configuration de la première structure de l'invention (Figure 1-1-1).

• La figure 1-1-4 bis donne, pour une position donnée du rotor l'allure des lignes de champ passant par les cylindres inducteurs et se refermant par la couronne d'axe, qui doit alors être ferromagnétique, pour la seconde configuration de celle-ci (Figure 1-1-1 bis). On a simulé une autre disposition des aimants inducteurs, mais le principe reste le même.

• La figure 1-1-5 propose une autre configuration selon l'invention dont le rotor est composé d'une couronne inductrice comprenant également des éléments de retour du flux sous forme de cylindres ferromagnétiques pleins additionnels.

• La figure 1-1-6 représente le couple obtenu sur le Rotor sur une rotation de - du rotor en

N fonction de la position du Rotor par rapport au Stator obtenu pour la première structure de machine ci-dessus. L'analyse montre par ailleurs qu'il est dépendant de la géométrie des encoches au stator ou de la géométrie des aimants dans les cylindres.

La figure 1-2 est une coupe axiale d'une seconde variante de la première structure de l'invention. La couronne inductrice (COJ est à I extérieur du stator qui porte la couronne courant (CO_c).

La figure 1-2-1 une coupe radiale de cette seconde variante.

- La figure ll-l propose une deuxième structure de la machine (conducteurs tournants) où les cylindres inducteurs sont à l'extérieur de la couronne conducteur (CO_c).

- La figure 11-2 propose une variante de la deuxième structure de la machine (conducteurs tournants) où les cylindres inducteurs sont à l'intérieur de la couronne conducteur (CO_c).

Les figures 1-1,1-2, ll-l, 11-2 proposent donc des coupes axiales schématiques de la machine selon les deux structures de l'invention respectivement, qui font apparaître des moyens de couplage mécanique entre la couronne d'axe (CO_a) et les cylindres (Ck) de la couronne inductrice (COi). Ainsi sur ces figures, il est représenté, pour chaque cylindre inducteur un mécanisme de liaison par engrenage qui anime lesdits cylindres (C_k) et sur lequel nous reviendrons plus bas dans la description.

Nous allons maintenant entrer un peu plus dans le fonctionnement des structures proposées selon l'invention.

Dans les deux variantes (figures 1-1 et 1-2) « conducteurs fixes » de la première structure de l'invention, le stator consiste en un cylindre ferromagnétique extérieur qui comprend 2N encoches (Ek) portant des bobinages agencés de façon à faire circuler dans les conducteurs logés dans les encoches un courant axial continu de polarité alternée + et - pour deux encoches voisines.

Dans la première variante, (figures l-l-x) le rotor est constitué d'une première couronne de 4 cylindres (COk) d'axes (dk) décalés angulairement de qui portent des aimants inducteurs de polarités alternés (les flèches de la figure 1-1 représentent les directions d'aimantations). Ces cylindres forment avec le stator un entrefer (ei). Chaque cylindre est schématiquement constitué d'un premier cylindre ferromagnétique intérieur encerclé par une couronne d'aimants dont la direction d'aimantation est perpendiculaire à (Δ). Lorsque les cylindres du rotor sont en face des encoches stator, lesdites directions d'aimantation des cylindres sont parallèles aux rayons qui passent par les milieux des encoches du stator et par l'axe (Δ) et leurs polarités sont opposées pour deux cylindres inducteurs adjacents.

Une autre couronne cylindrique (CO_a) du rotor porte l'axe de transmission de la machine. Dans cette variante, les cylindres inducteurs sont proches les uns des autres et séparés par un entrefer (e2). Le flux du champ magnétique se reboucle vers le stator par les cylindres et donc la couronne d'axe (CO_a) n'a pas besoin d'être ferromagnétique dans ce cas.

Dans une seconde configuration (Figures l-l-x bis), le rotor est constitué d'une première couronne (COi) de 8 cylindres décalés angulairement de - qui portent des aimants inducteurs de polarités alternés (les flèches de la figure 1 représentent les directions d'aimantations). Ces cylindres forment avec le stator un entrefer (ei). Chaque cylindre est schématiquement constitué de 2 morceaux de cylindres ferromagnétiques (ou pièces ferromagnétiques) sciés parallèlement à l'axe (Δ) entre lesquels est inséré « en sandwich » un aimant dont la direction d'aimantation est perpendiculaire à (Δ).

L'autre couronne cylindrique (CO_a) -ferromagnétique cette fois- du rotor porte l'axe de transmission de la machine et constitue avec ces 2N cylindres un second entrefer (ez).

Les figures 1-1-4 et 1-1-4 bis donnent l'allure des lignes de champ pour la position du rotor pour laquelle les champs sont radiaux aux encoches et montre comment celle-ci transitent par les cylindres jointifs pour la première configuration ou les cylindres et la couronne de transmission pour la seconde configuration.

Dans les deux cas qui précèdent, en observant qu'une rotation propre de π des cylindres intérieurs (C,) du Rotor permettait de retrouver le couple initial lorsque le rotor avait tourné de J, on est conduit aux principes innovants de la machine qui consiste à substituer une commutation de courants par un changement de polarités des aimants inducteurs.

Il est à noter que le champ Ht étant quasi-nul dans le second entrefer (e₂), le couple s'exerce sur le Rotor essentiellement par le concours de l'entrefer (ei).

Selon l'invention, le but est de faire en sorte que les deux couronnes du rotor tournent autour de l'axe (Δ) de la machine et que si la couronne inductrice (CO,) tourne à la vitesse ω alors les cylindres de ladite couronne tournent sur eux-mêmes à la vitesse N. ω.

On peut également mentionner une autre configuration de l'invention illustrée pour la première structure en considérant la figure 1-1-5, pour laquelle la structure du rotor serait différente. La fonction de rebouclage des flux assurée précédemment par les cylindres inducteurs (première variante) ou la couronne de transmission (seconde variante) peut être remplacée par des cylindres ferromagnétiques « pleins » insérés par exemple entre deux cylindres inducteurs de la couronne inductrice et tournant sur eux de la même façon. Ces cylindres pleins assurent le retour ferromagnétique des flux inducteurs tout en contribuant au couple. La couronne de transmission peut ainsi être ainsi non ferromagnétique comme pour la première variante. On pourra noter que dans cette troisième variante, les aimants portés par les cylindres inducteurs (réduits a 4 sur la figure) sont bipolaires et ont quatre directions d'aimantations alternées et perpendiculaires. Indépendamment de la disposition du système inducteur, fonction de la structure et des facilités technologiques, le principe de base du mouvement composé des cylindres reste le même. On peut imaginer un grand nombre de dispositions des aimants optimisant les performances de la machine. La figure 1-1-6 donne l'allure du couple mesuré ou calculé sur une rotation de J du rotor valide pour les deux structures de l'invention. Le couple est sensiblement cosinusoidal. On représente également sur cette figure le champ inducteur B_N lié aux aimants.

On peut ainsi tirer parti de l'enseignement précèdent et proposer une mise en série de m machines (ici m=2). En effet, les parties stator et couronne de transmission sont les mêmes, mais on peut inverser les sens des aimants inducteurs et décaler les cylindres de sensiblement J dans la deuxième machine par rapport à la première de manière à ce que le couple de l'une est maximum lorsque l'autre est minimum. Le couple résultant peut alors rendu quasi-constant.

Détaillons maintenant le mécanisme de la figure 1-1, La couronne d'axe du rotor peut mettre en rotation les axes de chaque cylindre inducteur de la première couronne du rotor par l'intermédiaire d'une liaison mécanique (LM) à paliers et roulement à billes. Un engrenage (Eg_T) solidaire du stator transmet alors la rotation aux 2N engrenages (Eg_k) solidaires des 2N cylindres inducteurs constituant la couronne inductrice dans le rapport de rotation souhaité. Le principe est de rendre mobile en rotation l'axe des cylindres solidairement a la rotation de la couronne d'axe et de faire tourner ensuite ceux-ci N fois plus vite par un 5 rapport de réduction adaptés

Si N=2, selon l'invention, les cylindres doivent tourner sur eux-mêmes deux fois plus vite que la couronne inductrice du Rotor.

On pourra noter que la figure 1-1 est une machine dont la géométrie est compatible avec une machine 6 cylindres et qui serait assez simple technologiquement pour de raisons de places pour loger les engrenages.

Pour cette machine, le calcul montre qu'il suffirait de faire tourner un cylindre sur deux, l'autre restant fixe pour avoir de bonnes performances, tout en limitant le nombre de paliers et d'engrenages.

La figure 1-1 montre une solution mécanique afin que la couronne inductrice tourne trois fois (rapport du diamètre de l'engrenage (Eg_T) sur le diamètre de l'engrenage (Eg_k)) plus lentement que la rotation propre des cylindres. Le système de cylindres tourne à la vitesse de l'axe de la machine. Une couronne d'engrenage 15 solidaire du stator, donc fixe, transmet la rotation à chaque cylindre par un engrenage de diamètre tiers de celui solidaire du stator, on réalise ainsi le rapport de vitesse souhaité. Notons que dans les cas illustrés, les cylindres tournent dans un sens opposé à la couronne d'axe, ce qui est favorable à l'obtention d'un couple maximal comme le montre les calculs.

Par ailleurs on distingue sur la figure les têtes des bobinages inducteurs (TB), les différents roulements à 20 billes (RB) ou simples paliers lisses nécessaires à la rotation autour des axes de la machines ((Δ) et les axes des cylindres (C_k)), des pièces de liaison mécaniques (PLM) permettant de lier les parties ferromagnétiques des cylindres avec les aimants dont les sens d'aimantation sont représentés par des flèches, les entrefers (el) et (e2), la couronne d'axe (CO_a) et la couronne courant (CO_c) du stator.

Toujours selon une première structure de l'invention ou les conducteurs sont fixes, la figure 1-2 propose une machine ou les cylindres inducteurs sont à l'extérieur de la couronne courant (CO_c) du stator. La figure 1-2-1 schématise la position des couronnes du Rotor et du Stator selon les principes de l'invention.

Il est à noter par ailleurs qu'on ne change rien aux principes de fonctionnements décrits précédemment si les conducteurs sont désormais mobiles et placés sur une couronne courant (CO_c) du Rotor intérieure aux cylindres inducteurs mobiles du même Rotor (Figure ll-l) ou sur une couronne courant (CO_c) du Rotor extérieure aux cylindres inducteurs mobiles du même Rotor (Figure 11-2). La couronne d'axe (CO_a ) est alors la pièce indiquée sur les figures qui est solidaire du stator et permet de refermer le flux par l'intermédiaire de l'entrefer (e2) si nécessaire.

Les principes physiques décrits pour la première structure restent les mêmes, seuls changent les modes mécaniques de couplages des cylindres avec le reste de la machine.

Le rôle de ces liaisons mécaniques reste d'assurer la rotation des cylindres sur eux-mêmes à la bonne vitesse par rapport à la vitesse du rotor, donc de l'arbre de transmission de la machine, en même tant que la rotation des axes de ces cylindres autour de l'axe de la machine.

Il est à noter qu'en fonction des configurations possibles de la machine, le sens de rotation des cylindres peut être opposé ou de même sens à celui du rotor de manière à obtenir un couple résultant qui soit optimal et significatif. Ainsi le rotor et les cylindres tournent en sens opposés pour les figures 1-1,1-2 et 11-2 et dans le même sens pour la figure ll-l.

Dans tous les cas, la transmission mécanique des rotations s'effectue par l'engrenage (Eg_T) de la couronne courant (CO_c), qu'elle soit mobile ou non, et les engrenages (Eg_k) solidaires des cylindres (C_k) de la couronne inductrice (COi).

Nous noterons également que la machine est sensible à la forme des encoches de la couronne de conducteurs et qu'il est utile pour ses performances de prévoir un optimum de largeur (en conservant toutefois suffisamment de fer) pour garder une linéarité en courant la meilleure possible de façon que, par exemple, si on double le nombre de tour de bobinage, on double à peu près le couple.

Il est bien entendu que la machine selon l'invention fonctionne en moteur ou réciproquement en générateur en vertu du principe de réciprocité qui préside à ce type de machine. Le fonctionnement en générateur est particulièrement séduisant, car il transforme un mouvement mécanique qui peut-être lent (éolienne...) en un générateur de courant continu sans aucun besoin d'électronique complémentaire de redressement par exemple. Un intérêt supplémentaire de la machine est de ne nécessiter aucune compétences transverses dans la mise à mise de ces machines qu'elles soient informatiques, électroniques ou système.

La commande d'une machine électrique selon l'invention est donc extrêmement simple. Il suffit d'alimenter les conducteurs du stator avec un courant d'une certaine intensité pour obtenir un couple proportionnel audit courant, ou d'augmenter la tension d'alimentation pour obtenir une vitesse proportionnelle.

Réciproquement, la machine pouvant fonctionner comme on l'a dit en générateur, on recueillera une tension d'autant plus élevée que le Rotor tournera vite.

Claims (7)

1. Revendications

   1- Une machine électrique à courant continu tournante autour d'un axe (Δ) de transmission constitué :

   D'un Rotor composé d'au moins une couronne inductrice (COi), tournante autour de (Δ) a une vitesse angulaire ω et comportant des aimants inducteurs dont l'aimantation est perpendiculaire à (Δ).

   D'un stator cylindrique d'axe (Δ) séparé de ladite couronne du rotor par un entrefer (el)

   Caractérisée en ce que :

   Lesdits aimants de la couronne sont animés dans le référentiel de la machine, d'un mouvement qui est la composée d'une rotation rapide (N. ω) propre autour de leurs axes (d_k) et de la rotation plus lente (ω) de la couronne inductrice du Rotor.
2. 2- Machine électrique selon la revendication 1 constituée :

   D'un stator cylindrique ferromagnétique séparé du rotor par un entrefer (el) et comportant une couronne courant (CO_c) composée de 2N encoches (E_k) :

   o Séparées d'un angle o Parallèles à (Δ) o Chaque encoche débouchant dans l'entrefer et recevant des conducteurs parallèles à (Δ) alimentés de manière à faire circuler dans deux encoches adjacentes des courants continus en sens opposés.

   D'un Rotor composé de deux couronnes et telles que :

   o Une première couronne inductrice (COi) est composée de 2N cylindres ferromagnétiques inducteurs disjoints (C_k) mobiles autour de leurs axes (d_k) parallèles à (Δ), séparés d'un angle - et constituants l'entrefer (ej avec le stator, w o Une seconde couronne cylindrique d'axe (CO_a), située à l'intérieur de la première couronne, comporte l'axe (Δ) de transmission et est liée mécaniquement avec les cylindres inducteurs de la première couronne.

   Caractérisée en ce que:

   Pour une position du rotor les cylindres (C_k) de la couronne inductive (COi) sont agencés de manière à être en vis-à-vis des encoches (E_k) de la couronne courant et présenter une direction d'aimantation radiales passant par l'axe (Δ) et de polarités opposées pour deux cylindres voisins.

   Les Couronnes inductive (COi) et les cylindres (Ck) du Rotor sont liées mécaniquement et de manière à ce lorsque la couronne inductrice du Rotor tourne de les cylindres de la couronne inductive tourne de π.
3. 3- Une machine selon la revendication 1 composée :

   D un Stator composé au moins d'une couronne d'axe (CO_a) cylindrique d'axe (Δ).

   D'un Rotor composé de deux couronnes telles que :

   o Une première couronne inductrice (CO,) est composée de 2N cylindres ferromagnétiques inducteurs disjoints (C_k) mobiles autour de leurs axes (d_k) parallèles à (Δ), séparés d'un angle et constituants l'entrefer (ei) avec le stator.

   o Une seconde couronne courant (CO_c) est située à l'extérieur ou à l'intérieur de la couronne inductrice (COi) et forme avec celle-ci en entrefer (e₂) et est constituée d'un cylindre creux ferromagnétique d'axe (Δ) qui comporte 2N encoches (E_k) Séparées d'un angle Parallèles à (Δ) Chaque encoche débouchant dans l'entrefer et recevant des conducteurs parallèles à (Δ) alimentés de manière à faire circuler dans deux encoches adjacentes des courants continus en sens opposés.

   Carctérisé en ce que :

   • Pour une position du Rotor les cylindres (C_k) de la couronne inductive (COi) sont agencés de manière à être en vis-à-vis des encoches (E_k) de la couronne courant (CO_c) et présenter une direction d'aimantation radiales passant par l'axe (Δ) et de polarités opposées pour deux cylindres voisins.

   • Les Couronnes inductive (COi) et les cylindres (Ck) du Rotor sont liées mécaniquement et de manière à ce lorsque la couronne inductrice du Rotor tourne de — les cylindres de la couronne

   N inductive tourne de π.
4. 4- Machine électrique selon la revendication 1,2 ou 3 caractérisée en ce que les cylindres du rotor sont proches et agencés de manière à constituer le circuit de retour du flux magnétique inducteur vers le stator.
5. 5- Machine électrique selon la revendication 1,2 ou 3 caractérisée en ce que la couronne d'axe (CO_a) est ferromagnétique et les cylindres inducteurs sont agencés de manière à constituer avec ladite couronne le circuit de retour du flux magnétique inducteur.
6. 6- Machine électrique selon une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que ladite couronne courant (CO_c) mette en rotation chaque cylindre inducteur de la première couronne du rotor par l'intermédiaire d'au moins un engrenage (Eg_T) entraînant 2N engrenages (Egk) solidaires des 2N cylindres inducteurs, lesdits engrenages étant agencés de manière à ce que la couronne inductrice tourne N fois

   10 moins vite que lesdits cylindres ne tournent sur eux-mêmes.
7. 7- Machine électrique caractérisée en ce qu'elle est composée de N machines selon les revendications 1, 2, 3,4, 5, 6 placées en série, équipée d'un même stator et d'un même rotor et agencés de façon à ce que le couple résultant soit quasi-constant.