FR3123521A1 - Machine électrique à mouvement linéaire - Google Patents

Abstract

Machine électrique à mouvement linéaire La présente invention concerne une machine électrique polyphasée (1) configurée pour transformer, en mode moteur, une énergie électrique en énergie mécanique de type mouvement linéaire selon une direction dite de déplacement, et pour transformer, en mode générateur, une énergie mécanique de type mouvement linéaire selon la direction de déplacement en énergie électrique, ladite machine (1) comprenant un ensemble primaire (2), un ensemble secondaire (3), un ensemble alimentation, de telle sorte qu’à tout instant une force d’attraction magnétique est créée entre chaque pôle de la machine et, sur une face d’interaction (6) en regard, un élément magnétique (7) de polarité opposée, chacune desdites forces d’attraction magnétiques étant orientée selon une direction transversale à la direction longitudinale de l’élément magnétique (7) sur lequel elle s’applique. Figure à publier : Figure 1

Description

Machine électrique à mouvement linéaire

La présente invention concerne le domaine technique des machines électriques à mouvement linéaire, et porte plus particulièrement sur des machines à mouvement linéaire polyphasées à flux magnétique transversal.

Les machines sans organe mécanique de transmission de puissance, comme par exemple les vis-écrous magnétiques, présentent l’avantage de ne pas créer de frottement entre les pièces en mouvement, ce qui permet de réduire l’usure et la maintenance induite, d’allonger la durée de vie de telles machines et surtout, de maximiser les rendements de conversion.

Plusieurs machines électriques permettant de transformer, en mode moteur, une énergie électrique en énergie mécanique de type mouvement linéaire ; ou de transformer, en mode générateur, une énergie mécanique de type mouvement linéaire en énergie électrique, sont déjà décrites dans l’art antérieur. Une des solutions proposées concerne des machines polyphasées à flux magnétique transversal.

Par exemple, la demande de brevet français FR2733644 A1 divulgue une machine comprenant une partie primaire qui comprend des paquets de tôles espacés et disposés dans la direction de déplacement de la machine ; chaque paquet de tôles présentant des branches disposées transversalement à la direction de déplacement de la machine, les branches étant espacées les unes des autres et alignées en colonnes dans la direction de déplacement de la machine, chaque colonne de branches alignées étant excitée par un enroulement d’excitation. La machine comprend également une partie secondaire sur laquelle sont disposés des aimants permanents, les aimants étant de forme parallélépipédique et disposés parallèlement en colonnes qui s’étendent dans la direction de déplacement de la machine, chaque colonne d’aimants étant configurée de manière à être en interaction avec une colonne de branches, chaque colonne d’aimants étant constituée par une alternance d’aimants de polarités opposées, et les aimants de deux colonnes adjacentes étant décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de déplacement de la machine et positionnés de telle sorte que, lors de l’excitation des enroulements d’excitation de la partie primaire, la partie secondaire se déplace dans la direction de déplacement de la machine.

Cependant, cette solution technique présente plusieurs inconvénients. Les discontinuités des aimants dans les directions axiale et transversale introduisent des ondulations dans les forces magnétiques créées entre la partie primaire et la partie secondaire. Or, ces ondulations sont préjudiciables pour la précision des asservissements en position de la machine et engendrent également des bruits et des vibrations. Par ailleurs, seuls les aimants se trouvant directement sous les branches contribuent à la conversion électromécanique, ce qui peut représenter une faible partie des aimants de la partie secondaire. De plus, une machine selon la configuration décrite dans le document FR2733644A1 correspond à une hybridation de deux machines électriques linéaires, une dans la direction transversale et une dans la direction longitudinale. Ainsi, les forces magnétiques qui agissent sur la partie secondaire sont une combinaison des forces magnétiques de deux machines, ce qui implique une génération d’efforts transversaux qui s’appliquent sur les moyens de guidage de la partie secondaire.

Par conséquent, les solutions de l’art antérieur proposées pour les machines électriques à mouvement linéaire présentent toujours des inconvénients et des améliorations de ces systèmes sont possibles.

L’invention a notamment pour objectif de proposer une machine électrique linéaire présentant un rapport de réduction entre la vitesse linéaire de déplacement de la pièce mobile et la fréquence du champ magnétique, sans recourir à une pièce intermédiaire en rotation.

Un autre objectif de l’invention est de proposer une machine électrique linéaire sans recourir à des aimants ou à des pièces polaires de formes hélicoïdales.

Un autre objectif de l’invention est de proposer une machine linéaire qui limite les efforts sur les moyens de guidage ne contribuant pas au déplacement de la machine.

Un autre objectif de l’invention est de proposer une machine électrique linéaire comprenant un stator bobiné configuré pour fournir des flux magnétiques traversant des surfaces en forme de trapèze ou de parallélogramme de polarités nord et sud.

Un autre objectif de l’invention est de proposer une machine électrique linéaire dont le volume d’aimants est optimisé pour la conversion électromagnétique.

Un autre objectif de l’invention est de proposer un machine électrique linéaire sans ondulation de force et donc, de courant.

Un autre objectif de l’invention est de proposer une machine électrique linéaire qui crée un champ magnétique se déplaçant le long d’un axe transversal.

Un autre objectif de l’invention est de proposer une machine électrique linéaire pour laquelle les stators sont facilement bobinables.

Un autre objectif de l’invention est de proposer une architecture de machine électrique linéaire à faible vitesse de déplacement grâce à un nombre élevé de pôles de stators.

Un autre objectif de l’invention est d’améliorer l’efficacité énergétique de la conversion de l’électricité en mouvement mécanique et réciproquement.

Ainsi, la présente invention a pour objet une machine électrique polyphasée configurée pour transformer, en mode moteur, une énergie électrique en énergie mécanique de type mouvement linéaire selon une direction dite de déplacement, et pour transformer, en mode générateur, une énergie mécanique de type mouvement linéaire selon la direction de déplacement en énergie électrique, ladite machine comprenant : un ensemble primaire comprenant au moins une face d’interaction, chaque face d’interaction étant constituée en tout ou partie par une alternance d’éléments magnétiques de polarités opposées régulièrement espacés, deux éléments magnétiques adjacents ayant des polarités opposées ; un ensemble secondaire comprenant au moins un ensemble stator, chaque ensemble stator comprenant au moins un ensemble culasse formé en regard d’au moins une face d’interaction de l’ensemble primaire, la machine étant configurée pour qu’au moins un ensemble culasse soit formé en regard de chaque face d’interaction, un entrefer étant formé entre chaque ensemble stator et l’ensemble primaire, chaque ensemble culasse s’étendant, en projection dans le plan de la face d’interaction en regard, selon une direction transversale à la direction de déplacement et chaque ensemble stator portant des dents s’étendant vers la face d’interaction en regard, lesdites dents étant portées par au moins un ensemble culasse et agencées sur chaque ensemble culasse portant des dents selon une matrice ayant plusieurs colonnes et au moins une ligne correspondant à la direction transversale à la direction de déplacement, l’ensemble secondaire comprenant en outre au moins une bobine formée autour d’au moins une dent d’un ensemble stator, la machine étant configurée pour qu’au moins une bobine soit formée en regard de chaque face d’interaction, et une base de chaque dent de l’ensemble secondaire entourée par une bobine étant parallèle à la face d’interaction en regard ; un ensemble alimentation conçu pour délivrer au moins une alimentation polyphasée aux bobines de l’ensemble secondaire, lesdites bobines étant configurées et reliées à l’ensemble alimentation pour former des pôles de la machine et pour, en mode moteur, générer des champs magnétiques configurés pour interagir avec l’au moins une face d’interaction afin d’entraîner un mouvement relatif de l’ensemble primaire et de l’ensemble secondaire et, dans un mode générateur, pour collecter de l’énergie électrique produite par des interactions magnétiques entre l’ensemble primaire et l’ensemble secondaire lors d’un mouvement relatif de l’ensemble primaire et de l’ensemble secondaire, le déplacement relatif entre l’ensemble primaire et l’ensemble secondaire se faisant selon la direction de déplacement ; chaque face d’interaction comprenant un rectangle de course correspondant au plus petit rectangle dans lequel sont inscrites les zones, de ladite face d’interaction, survolées en utilisation par des dents entourées par une bobine, caractérisée par le fait que : les éléments magnétiques dans chaque face f_id’interaction, i étant un entier supérieur ou égal à 1, sont inclinés d’un angle α_fipar rapport à la direction transversale à la direction de déplacement et s’étendent au moins d’un bord à un autre bord du rectangle de course de ladite face d’interaction, l’ensemble primaire comprend au moins un élément de support configuré pour maintenir entre eux les éléments magnétiques de manière à constituer l’au moins une face d’interaction et chaque élément magnétique constitue une partie d’au moins une face d’interaction de l’ensemble primaire, la base de chaque dent entourée par une bobine est comprise, en projection sur la face d’interaction en regard, entre deux droites parallèles de même direction qu’une direction longitudinale des éléments magnétiques de ladite face d’interaction et écartées d’une distance égale à une largeur d’une portion, directement en regard de ladite base, d’un élément magnétique, les bobines de l’ensemble secondaire sont formées autour des dents et alimentées par l’ensemble d’alimentation de telle sorte qu’à tout instant une force d’attraction magnétique est créée entre chaque pôle de la machine et, sur la face d’interaction en regard, un élément magnétique de polarité opposée, chacune desdites forces d’attraction magnétiques étant orientée selon une direction transversale à la direction longitudinale de l’élément magnétique sur lequel elle s’applique, c’est-à-dire orientée selon une direction formant l’angle α_fiavec la direction de déplacement, que deux pôles d’un ensemble culasse, adjacents dans une direction transversale à la direction de déplacement, sont de polarités opposées et que la variation de l’au moins une alimentation polyphasée produit une variation des champs magnétiques analogue à un déplacement transversal des champs magnétiques.

Les configurations des éléments magnétiques et de l’ensemble secondaire de la machine électrique décrites ci-dessus permettent de produire un déplacement transversal du flux magnétique et d’introduire un rapport de réduction entre la vitesse linéaire de déplacement de l’ensemble primaire et la fréquence du champ magnétique.

La machine électrique selon cette configuration peut être utilisée, en mode moteur, pour déplacer un élément en translation à partir d’une alimentation électrique polyphasée et peut être utilisée, en mode générateur, pour générer un signal électrique polyphasé ayant une intensité et une tension à partir d’un déplacement en translation, sans recourir à des éléments magnétiques de formes hélicoïdales.

L’utilisation d’éléments magnétiques continus en regard de l’ensemble secondaire permet de ne pas introduire d’ondulations dans les forces créées par la machine, ce qui améliore la précision des asservissements en position de la machine et empêche la création de bruits ou de vibrations.

Plusieurs ensembles stator, dont les bobinages d’une même phase sont éventuellement reliés électriquement, peuvent être placés de manière à augmenter la force de poussée de la machine. Les bobinages peuvent être reliés en série ou en parallèle en fonction des courants admissibles dans chaque bobine.

Pour garantir le bon fonctionnement de la machine électrique polyphasée, l’alimentation électrique des bobines se fait en cohérence avec les éléments magnétiques disposés en regard sur l’ensemble primaire.

L’alimentation délivrée à l’ensemble primaire comprend au moins deux phases et la machine comprend au moins deux pôles.

Pour changer le sens du déplacement relatif entre l’ensemble primaire et l’ensemble secondaire, il suffit de changer l’ordre d’alimentation des phases comme dans le cas d’une machine électrique classique.

De préférence, en mode moteur, chaque pôle de la machine est excité pour créer un champs magnétique de polarité opposée à celle d’un élément magnétique disposé sur la face d’interaction en regard à un emplacement décalé de la position directement à la verticale du pôle, de manière à créer une force d’attraction magnétique entre ledit pôle et ledit élément magnétique afin de générer un déplacement relatif entre l’ensemble primaire et l’ensemble secondaire ; et lorsque ledit élément magnétique est à la verticale dudit pôle, l’ensemble alimentation est commandé de manière à changer la polarité dudit pôle pour créer une force d’attraction magnétique entre ledit pôle et un autre élément magnétique disposé à un emplacement décalé par rapport à la verticale dudit pôle.

Les éléments magnétiques ont directement ou indirectement des propriétés magnétiques d’aimants qui permettent de créer des interactions magnétiques entre les éléments magnétiques et les éléments bobinés de la machine.

Selon l’invention, par matériau magnétisable, on entend un matériau qui peut être magnétisé sous l’effet d’un champ magnétique extérieur audit matériau. Il est précisé que la notion de « matériau magnétisable » utilisée pour décrire l’invention est étendue aux matériaux magnétiques et matériaux ferromagnétiques. Parmi les matériaux magnétisables figurent notamment la fonte, le fer doux, et les matériaux magnétiques doux composites SMC (acronyme de l’anglais Soft Magnetic Composite – composite magnétique doux).

Lorsque l’ensemble primaire comprend plusieurs faces d’interaction et que l’ensemble secondaire comprend plusieurs ensembles stator, la machine est agencée pour que la direction de déplacement soit la même pour toute les faces d’interaction.

Selon un mode de réalisation, l’ensemble primaire est mobile et l’ensemble secondaire est fixe, l’ensemble primaire comprenant des moyens d’accouplement, configurés pour accoupler l’ensemble primaire à un système externe.

On comprendra que le système externe peut être un système moteur permettant de mettre en mouvement l’ensemble primaire ou un système devant être mis en mouvement par l’ensemble primaire. Ces moyens d’accouplement peuvent, par exemple, être constitués par un axe, faisant saillie de deux côtés opposés de l’ensemble primaire ou un demi-axe en saillie d’un unique côté de l’ensemble primaire, la direction de l’axe ou du demi-axe correspondant alors à la direction de déplacement. D’autres moyens peuvent également être envisagés par l’homme du métier.

Selon un mode de réalisation, l’alimentation des bobines délivrée par l’ensemble alimentation a un profil choisi parmi un profil sinusoïdal, un profil rectangulaire et un profil trapézoïdal.

L’alimentation des bobines est choisie en fonction de l’utilisation souhaitée de la machine. De préférence, l’alimentation est équilibrée et les amplitudes des tensions de phase sont identiques.

Selon un mode de réalisation, les dents présentent un profil en forme de quadrilatère, en coupe transversale au niveau d’une zone sur laquelle est bobinée la bobine.

L’utilisation de surfaces externes régulières permet de faciliter la formation des bobinages autour des dents et permet d’atteindre une densité de matière élevée. Cette matière est de préférence du cuivre mais peut également être de l’aluminium ou un matériau supraconducteur.

Selon un mode de réalisation, au moins un ensemble culasse est constitué par au moins un élément de culasse qui s’étend longitudinalement d’une extrémité à l’autre de l’ensemble culasse, et au moins une colonne de dents de l’ensemble culasse étant mécaniquement reliée audit ensemble culasse par une liaison mécanique.

De préférence, les éléments de culasse sont tous identiques.

L’utilisation d’une solution technique permettant de relier mécaniquement les dents à l’ensemble culasse correspondant permet notamment de pouvoir facilement former un bobinage autour d’une dent ou d’un groupe de dents puis de fixer la dent ou le groupe de dents à l’ensemble culasse correspondant.

De préférence, la liaison est réalisée à l’aide d’une solution qui permet de minimiser l’entrefer entre une dent et l’ensemble culasse respectif.

Toute solution technique, permettant de relier mécaniquement une dent à un ensemble culasse peut être envisagée, comme par exemple un montage en queue d’aronde.

Selon un mode de réalisation, au moins un ensemble culasse est constitué par une pluralité d’éléments de culasse et lesdits éléments de culasse étant configurés pour relier mécaniquement deux dents adjacentes dans la direction longitudinale dudit ensemble culasse.

De préférence, tous les éléments de culasse sont identiques et le bobinage est formé autour des dents avant l’assemblage des dents et des éléments de culasse.

Selon un mode de réalisation, les dents sont solidarisées à l’ensemble culasse selon une direction parallèle à la direction de déplacement.

Selon un mode de réalisation, des dents, en regard de la face f_id’interaction, sont solidarisées à l’ensemble culasse correspondant selon des directions formant un angle avec la direction de déplacement égal à l’angle α_fi.

De préférence, la base des dents a une forme trapézoïdale ou en parallélogramme configurée pour correspondre à la disposition des éléments magnétiques sur l’ensemble primaire en fonction de la manière dont les dents sont solidarisées à l’ensemble culasse respectif, ce qui permet de rendre les interactions magnétiques entre l’ensemble primaire et l’ensemble secondaire maximales.

Selon un mode de réalisation, la base de chaque dent est d’un seul tenant avec la dent ou rapportée sur la dent. La base peut ainsi être collée ou soudée sur la face inférieure de la dent.

Selon un mode de réalisation, au moins les parties en matériau magnétisable de l’ensemble secondaire sont formées par des assemblages de tôles magnétiques.

L’utilisation de tôles magnétiques permet de garantir de bonnes propriétés magnétiques, notamment une faible réluctance, aux éléments formés par un assemblage de tôles magnétiques et ainsi d’améliorer les performances de la machine.

Selon un mode de réalisation, les éléments magnétiques de l’ensemble primaire sont constitués par l’un parmi au moins un aimant ou au moins un élément en matériau magnétisable magnétisé par au moins un aimant déporté, ledit au moins un aimant déporté étant disposé dans au moins une structure latérale solidaire de l’ensemble primaire.

L’utilisation d’aimants pour réaliser les éléments magnétiques disposés sur l’ensemble primaire permet la création d’interactions magnétiques entre l’ensemble primaire et l’ensemble secondaire.

La réalisation des éléments magnétiques en matériau magnétisable et l’utilisation d’aimants déportés pour magnétiser les éléments magnétiques permettent de réduire la quantité d’aimants nécessaire au bon fonctionnement de la machine et permettent de rendre maximale la quantité d’aimants utilisée à un instant donné pour la conversion électromécanique, ainsi pour une machine selon ce mode de réalisation, tous les aimants sont utilisés à tout instant.

Selon un mode de réalisation, chaque aimant est l’un du type aimant permanent ou du type électroaimant.

Les aimants peuvent être choisis parmi des aimants permanents et des électro-aimants, par exemple, en fonction de l’encombrement et de l’intensité des champs magnétiques souhaités.

Des électro-aimants peuvent, par exemple, être utilisés pour pouvoir faire varier les valeurs du champ magnétique inducteur afin de faire varier la vitesse de déplacement, pour faciliter la mise en œuvre de machines de grande taille pour lesquelles la disposition d’aimants permanents est complexe, ou simplement pour éviter l’usage d’aimants permanents et s’affranchir de l’utilisation de terres rares.

Selon un mode de réalisation, l’ensemble primaire est l’un parmi une plaque, plusieurs plaques accolées adjacentes, et un prisme dont la base est un polygone régulier.

La configuration de l’ensemble primaire est, de préférence, choisie de manière à rendre maximales les interactions magnétiques entre l’ensemble primaire et l’ensemble secondaire pour un encombrement donné et, en mode moteur, plus particulièrement pour rendre maximale la force de poussée dans la direction de déplacement.

Selon un mode de réalisation, les faces d’interaction de l’ensemble primaire sont disposées selon une configuration, les éléments magnétiques sont disposés dans les faces d’interaction selon une configuration et l’ensemble secondaire est configuré pour correspondre à la configuration des faces d’interaction et à la configuration des éléments magnétiques, les configurations des faces d’interaction, des éléments magnétiques et de l’ensemble secondaire étant conçues de manière à compenser des efforts générés, par un fonctionnement de la machine, dans des directions intersectant la direction de déplacement afin de minimiser des efforts résultants s’exerçant sur des moyens de guidage.

La disposition d’éléments magnétiques sur plusieurs faces d’interaction de l’ensemble primaire et la disposition d’ensembles stator en regard desdites faces d’interaction offrent la possibilité de compenser certains efforts. Par exemple, la disposition avantageuse des éléments magnétiques sur les différentes faces d’interactions de l’ensemble primaire en fonction de la configuration de la machine permet de réduire les efforts parasites transversaux exercés sur les moyens de guidage.

Selon un mode de réalisation, au moins un ensemble culasse d’au moins un ensemble stator est configuré de manière à permettre un bouclage magnétique, de telle sorte qu’à tout instant, au moins un premier pôle dudit ensemble culasse interagit avec un élément magnétique de polarité opposée à l’au moins un premier pôle, et au moins un second pôle dudit ensemble culasse de polarité opposée à l’au moins un premier pôle, interagit avec un autre élément magnétique de polarité opposée à l’au moins un second pôle ;

de telle sorte qu’un flux magnétique entrant par la base d’une dent de l’au moins un premier pôle peut se propager par ledit ensemble culasse et sortir par la base d’une dent de l’au moins un second pôle.

Ce mode de réalisation permet de réaliser un bouclage magnétique entre deux points de l’ensemble primaire par l’intermédiaire de l’ensemble secondaire, ce qui permet de faciliter la circulation d’un flux magnétique dans l’ensemble secondaire et donc d’améliorer les performances de la machine.

Plusieurs modes de réalisation particuliers de la présente invention vont maintenant être décrits à titre d’exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés.

Sur ces dessins :

est une vue en perspective d’une machine électrique polyphasée selon un premier mode de réalisation, avec deux ensembles culasse en regard d’une face d’interaction.

est une vue de dessus de la machine selon la , un seul ensemble culasse étant représenté pour plus de clarté.

est une vue en perspective d’un ensemble culasse selon la , les bobines n’étant pas représentées sur la moitié droite du stator pour des raisons de clarté.

est une vue en perspective d’une machine électrique polyphasée selon un deuxième mode de réalisation avec des structures latérales conçues pour recevoir des aimants déportés.

est une vue en perspective d’une structure latérale selon la .

est une vue en perspective d’une machine électrique polyphasée selon un troisième mode de réalisation, avec deux ensembles stator, chacun en regard d’une face d’interaction.

est une vue en perspective d’une machine électrique polyphasée selon un quatrième mode de réalisation.

est une vue en perspective d’une machine électrique polyphasée selon un cinquième mode de réalisation.

est une vue en perspective de dessous d’un ensemble culasse d’une machine électrique polyphasée selon un sixième mode de réalisation.

est une vue en perspective de l’ensemble culasse de la , les bobines, les éléments de fixation et une partie des éléments de positionnement n’étant pas représentés pour des raisons de clarté.

est une vue en perspective des bases de dents d’un stator de la .

est une vue en perspective d’une machine électrique polyphasée selon un septième mode de réalisation.

est une vue en perspective d’une machine électrique polyphasée selon un huitième mode de réalisation.

Si l’on se réfère tout d’abord aux Figures 1 et 2, on peut voir que l’on y a représenté une machine électrique polyphasée 1 selon un premier mode de réalisation de la présente invention. Ladite machine électrique polyphasée 1 comprend un ensemble primaire 2 s’étendant selon une direction dite de déplacement et un ensemble secondaire 3 s’étendant suivant une direction transversale à la direction de déplacement. Les ensembles primaire 2 et secondaire 3 sont espacés l’un de l’autre par un entrefer 4.

Selon le mode de réalisation représenté sur les Figures 1 et 2 l’ensemble primaire 2 est une plaque sensiblement rectangulaire, la direction longitudinale de l’ensemble primaire 2 correspondant à la direction de déplacement. L’ensemble primaire 2 est mobile le long de la direction de déplacement et l’ensemble secondaire 3 est fixe. L’ensemble primaire 2 comprend, à chaque extrémité dans la direction longitudinale, des moyens d’accouplement 5 sous la forme d’axe ayant la même direction que la direction longitudinale et configurés pour accoupler l’ensemble primaire 2 à un système externe. Pour plus de lisibilité, des carters de l’ensemble secondaire 3 et des moyens de guidage en translation de l’ensemble primaire 2 n’ont pas été représentés. Ces moyens de guidage en translation sont de préférence des paliers configurés pour maintenir l’ensemble primaire 2 et guider l’ensemble primaire 2 en translation selon la direction de déplacement.

Cependant, en variante de la présente invention, l’ensemble primaire 2 peut être fixe et l’ensemble secondaire 3 peut être mobile selon la direction de déplacement. Dans le cas où l’ensemble primaire 2 est fixe et l’ensemble secondaire 3 est mobile, les moyens de guidage en translation permettent de guider l’ensemble secondaire 3 selon la direction de déplacement et les moyens d’accouplement 5 sont solidaires de l’ensemble secondaire 3.

Comme cela est représenté sur les Figures 1 et 2, l’ensemble primaire 2 comprend une face f₁d’interaction 6 et un élément de support 2a sur lequel sont disposés une pluralité d’éléments magnétiques 7. Les éléments magnétiques 7 sont dans ce mode de réalisation rectangulaires, de largeurs et d’épaisseurs identiques entre eux, les longueurs des éléments magnétiques différant en fonction de leur position sur le support 2a. Les éléments magnétiques 7 sont régulièrement espacés, inclinés d’un angle α_f1par rapport à une direction transversale à la direction de déplacement, deux éléments magnétiques 7 adjacents étant de polarités opposées. On comprendra que pour chaque face f_id’interaction 6 l’angle α_fiest défini de la même manière que l’angle α_f1sur la face f₁d’interaction 6. Les éléments magnétiques 7 peuvent être des aimants permanents ou des électroaimants.

Dans le mode de réalisation représenté sur les Figures 1 et 2, l’ensemble primaire 2 ne comprend qu’une face f₁d’interaction 6 mais, en variante, l’ensemble primaire 2 peut comprendre plusieurs faces f_id’interaction 6, chaque face f_id’interaction 6 (i désignant un entier naturel supérieur ou égal à 1 correspondant au nombre de faces d’interaction) étant constituée en tout ou partie par une alternance d’éléments magnétiques 7.

Pour le mode de réalisation représenté sur les Figures 1 et 2, l’ensemble secondaire 3 comprend un seul ensemble stator 8 qui s’étend en regard de la face d’interaction 6, selon une direction transversale à la direction de déplacement en projection sur ladite face d’interaction 6.

L’ensemble stator 8 comprend, dans ce mode de réalisation, deux ensembles culasse 9 s’étendant parallèlement en regard de la face d’interaction 6, selon une direction transversale à la direction de déplacement en projection sur ladite face d’interaction 6.

Ainsi, selon le mode de réalisation représenté en Figures 1 et 2, la machine électrique polyphasée 1 comprend une face d’interaction 6, un ensemble stator 8 et deux ensembles culasse 9. Sur la , seul un ensemble culasse 9 a été représenté pour plus de clarté et ne pas alourdir la Figure.

Cependant, en variante de ce mode de réalisation, la machine électrique polyphasée 1 peut comprendre plusieurs ensembles stator 8 et chaque ensemble stator 8 peut comprendre un nombre d’ensembles culasse 9 différent de deux.

Si l’on se réfère maintenant à la , on peut voir qu’un ensemble culasse 9 est représenté plus en détail et porte des dents 10 qui s’étendent, à l’état monté, vers la face d’interaction 6 en regard dudit ensemble culasse 9, chaque dent 10 comprenant un corps de dent 10a et une base de dent 10b. Selon le mode de réalisation représenté, pour chaque dent 10, le corps de dent 10a est formé d’un seul tenant avec la base de dent 10b mais, en variante, la base de dent 10b pourrait également être un élément rapporté, par collage, soudage, vissage ou autres.

Chaque dent 10 a sensiblement la forme d’un rectangle en coupe sagittale et d’un « I » en coupe frontale, avec un pied constituant la base de dent 10b, élargi par rapport au corps du « I » qui s’étend à partir du pied, une encoche 10d étant formée dans la partie supérieure du corps du « I », de chaque côté du corps du « I » où s’étend le pied, les encoches 10d servant à constituer la culasse comme cela sera décrit ci-après.

Selon le mode de réalisation représenté sur les Figures 1 à 3, chaque ensemble culasse 9 est constitué par une pluralité d’éléments de culasse 9a configurés pour relier mécaniquement deux dents 10 adjacentes dans la direction longitudinale dudit ensemble culasse et une bobine 11 est formée autour de chaque dent 10 au niveau de son corps 10a. Les éléments de culasse 9a sont par exemples reliés aux dents 10 par soudage ou collage dans les encoches 10d des dents 10.

De préférence, les bobines 11 sont formées autour des dents 10 puis les dents 10 sont reliées aux éléments de culasse 9a afin de faciliter le montage. De préférence encore, chaque élément de culasse 9a est constitué par un empilement de tôles magnétiques identiques, empilées selon une direction d’empilement perpendiculaire à la direction longitudinale de l’ensemble culasse 9 et perpendiculaire à la direction de déplacement.

Si l’on se réfère plus particulièrement à la , on peut voir que chaque dent 10 est reliée à l’ensemble culasse 9 respectif selon une direction qui forme, avec la direction de déplacement, un angle α_f1égal à l’angle que forment les éléments magnétiques 7 avec la direction transversale à la direction de déplacement dans le plan de la face f₁d’interaction 6 dont lesdits éléments magnétiques 7 font partie. Les bases 10b des dents 10 s’étendent donc suivant une direction longitudinale des éléments magnétiques 7 en regard.

De préférence, chaque dent 10 est constituée par un empilement de tôles magnétiques identiques, empilées selon une direction d’empilement qui correspond à la direction selon laquelle ladite dent est reliée à l’ensemble culasse 9.

On peut aussi voir sur les Figures 2 et 3 que le corps 10a d’une dent 10 à un profil rectangulaire en coupe transversale, ce qui permet de faciliter la disposition d’une bobine 11 autour de ladite dent 10 et permet également de maximiser une zone de contact 10c entre ladite bobine 11 et ladite dent 10.

Selon des variantes de l’invention, les dents peuvent avoir un profil en coupe transversale de forme différente, par exemple un autre quadrilatère ou un ovoïde.

Toujours en référence à la , on peut voir qu’en projection sur la face d’interaction 6 correspondante, une dimension maximale d’une dent 10 selon la direction de déplacement est égale à une dimension maximale d’un élément magnétique 7 en regard selon la direction de déplacement, ici la largeur de l’élément magnétique 7.

On peut également voir que les projections des bases 10b de toutes les dents 10 d’un ensemble culasse 9 sont contenues, à un instant donné, dans un premier rectangle 12a. Ce rectangle 12a est disposé selon l’angle α_f1par rapport aux éléments magnétiques 7. De même, les projections des bases 10b de toutes les dents 10 d’un ensemble stator 8 délimitent, à un instant donné en projection sur la face d’interaction 6a en regard, un deuxième rectangle et se faisant selon la direction de déplacement et sur toute la course de déplacement relatif entre l’ensemble primaire 2 et l’ensemble secondaire 3, les bases 10b des dents 10 d’un ensemble stator 8 définissent en projection un rectangle de course 12 sur la face d’interaction 6a en regard, correspondant à une zone survolée par les dents 10 de l’ensemble stator 8 au cours du déplacement relatif entre l’ensemble primaire 2 et l’ensemble secondaire 3.

Pour un fonctionnement optimal, chaque élément magnétique 7 s’étend, pour une face d’interaction 6 donnée, d’un bord à un autre bord du rectangle de course 12 correspondant. Selon le mode de réalisation représenté sur les Figures 1 et 2, l’ensemble primaire 2 et l’ensemble secondaire 3 sont configurés de telle sorte que le rectangle de course 12 à les mêmes dimensions que la face f₁d’interaction 6 de l’ensemble primaire 2 de telle sorte que les éléments magnétiques 7 s’étendent d’un bord à un autre bord de la face f₁d’interaction 6.

Selon le mode de réalisation représenté sur les Figures 1 à 3, la machine électrique polyphasée 1 est alimentée par un courant polyphasé comprenant 3 tensions équilibrées Ua, Ub, Uc délivré par un ensemble alimentation par exemple de type onduleur de tension ALIM et chaque ensemble culasse 9 comprend quatre pôles P1, P2, P3, P4, chaque pôle P1, P2, P3, P4 d’un ensemble culasse 9 étant de polarité opposée à un pôle adjacent P1, P2, P3, P4. Chaque pôle P1, P2, P3, P4 est constitué par trois dents 10 adjacentes portant chacune une bobine 11 parcourue chacune par une tension d’alimentation Ua, Ub, Uc du courant d’alimentation.

Selon le mode de réalisation représenté, les bobines 11 de deux pôles P1, P2, P3, P4 adjacents ont un sens de bobinage opposé, ce qui permet d’obtenir des champs magnétiques de polarités opposées avec le même courant d’alimentation. Cependant, en variante, toute configuration des bobines 11 et de l’ensemble alimentation ALIM permettant d’obtenir des pôles P1, P2, P3, P4 adjacents de polarités opposées, peut être utilisée, par exemple l’utilisation de courants d’alimentation différents pour les pôles P1, P2, P3, P4 de polarités opposées.

Selon des variantes de l’invention, la répartition des pôles P1, P2, P3, P4 sur un ensemble culasse 9 peut également être différente de celle illustrée en , les pôles P1, P2, P3, P4 peuvent notamment être décalés vers la droite ou vers la gauche. Par exemple, le pôle P4 peut comprendre la première bobine 11 d’un ensemble culasse 9 et les deux dernières bobines 11 dudit ensemble culasse 9, les autres pôles P1-P3 étant alors décalés vers la droite de manière correspondante. De la même manière, le pôle P1 peut comprendre les deux premières bobines 11 d’un ensemble culasse 9 et la dernière bobine 11 dudit ensemble culasse, les autres pôles P2-P4 étant alors décalés vers la gauche de manière correspondante.

Pour garantir le bon fonctionnement de la machine électrique polyphasée 1, l’alimentation des bobines 11 se fait en cohérence avec les éléments magnétiques 7 disposés en regard sur l’ensemble primaire 2. Si l’on se réfère à la , à un instant donné, par exemple lorsque l’ensemble culasse se trouve au-dessus du rectangle 12a, la machine est configurée pour que le pôle P1 se trouve globalement au-dessus d’un élément magnétique 7 A1, pour que le pôle P2 se trouve globalement au-dessus d’un élément magnétique 7 A2, pour que le pôle P3 se trouve globalement au-dessus d’un élément magnétique 7 A3 et pour que le pôle P4 se trouve globalement au-dessus d’un élément magnétique 7 A4.

Pour créer, en mode moteur, un mouvement de l’ensemble primaire 2 dans la direction de déplacement et vers le haut selon ce qui est représenté sur la , respectivement vers le bas, l’ensemble alimentation ALIM est commandé pour délivrer une alimentation aux bobines 11 de manière à ce que le champ magnétique créé au pôle P1 soit de polarité opposée à la polarité d’un élément magnétique 7 A4’, respectivement A2, pour que le champ magnétique créé au pôle P2 soit de polarité opposée à la polarité de l’élément magnétique 7 A1, respectivement A3, pour que le champ magnétique créé au pôle P3 soit de polarité opposée à la polarité de l’élément magnétique 7 A2, respectivement A4, et pour que le champ magnétique créé au pôle P4 soit de polarité opposée à la polarité de l’élément magnétique 7 A3, respectivement A1’’, de telle sorte que des forces d’attraction magnétiques sont créées entre chaque pôle P1, P2, P3, P4 et l’élément magnétique 7 A1, A2, A3, A4, A4’, A1’’ respectif.

Compte tenu de la configuration de l’ensemble primaire 2 et de l’ensemble secondaire 3, les forces d’attraction magnétique s’appliquent sur les éléments magnétiques 7 respectifs selon des directions formant un angle αf₁avec la direction de déplacement et les moyens de guidage de l’ensemble primaire 2 permettent un déplacement de l’ensemble primaire 2 selon la direction de déplacement.

Le déplacement induit tend alors à ce que chaque pôle P1, P2, P3, P4 soit positionné en regard de l’élément magnétique 7 A1, A2, A3, A4, A4’, A1’’ de polarité opposée. Cependant, l’alimentation des bobines 11 est commandée pour annuler puis inverser la polarité du champ magnétique de chaque pôle P1, P2, P3, P4 avant que les éléments magnétiques 7 A1, A2, A3, A4, A4’, A1’’ ne soient à la verticale d’un pôle P1, P2, P3, P4 de polarité opposée.

Par exemple, pour le cas précédent et un mouvement vers le haut selon la , lorsque l’élément magnétique 7 A4’ arrive au voisinage de la verticale du pôle P1, la polarité du pôle P1 est inversée pour créer une force d’attraction magnétique avec un élément magnétique 7 A3’, et de manière analogue la polarité des pôles P2, P3 et P4 est inversée pour créer des forces d’attraction magnétiques avec les éléments magnétiques 7 A4’, A1 et A2, respectivement.

Ainsi, la variation de l’alimentation des bobines 11 créé un déplacement transversal des champs magnétiques et un déplacement de l’ensemble primaire 2 selon la direction de déplacement.

On comprendra que, pour un fonctionnement efficace, l’écartement entre deux ensembles culasse 9 identiques disposés en regard d’une face f_id’interaction dépend de l’angle α_fimais que cet écartement peut être augmenté ou réduit en modifiant le bobinage entre deux ensembles culasse 9 voisins, par exemple une modification pour décaler les pôles P1, P2, P3, P4 vers la droite ou vers la gauche.

En variante du premier mode de réalisation, les bobines 11 pourraient également être formées autour de plusieurs dents 10. Par exemple, les bobines 11 pourraient être formées autour de plusieurs dents 10 adjacentes. Par exemple encore, les bobines 11 pourraient être formées en diagonale, de telle sorte que, plutôt que de former une première bobine 11 autour d’une première dent 10 d’un premier ensemble culasse 9 et de former une deuxième bobine 11, avec un même sens de bobinage et alimentée en utilisation avec la même tension d’alimentation Ua, Ub, Uc, autour d’une seconde dent 10 d’un second ensemble culasse 9, une bobine 11 pourrait être formée autour de la première dent 10 et de la seconde dent 10 et s’étendre en diagonale entre lesdites dents 10.

Selon le mode de réalisation illustré sur les Figures 1 à 3, chaque ensemble culasse 9 comprend douze dents 10 et quatre pôles P1, P2, P3, P4 comprenant chacun trois dents 10. On comprendra cependant qu’en variante un ensemble culasse 9 peut comprendre des nombres de dents 10 ou de pôles différents.

Un ensemble culasse 9 de douze dents 10 peut par exemple être remplacé par deux ensembles culasse de six dents 10 disposés côte à côte.

De préférence, le nombre de dents 10, portées par un ensemble culasse 9, est un multiple du nombre de phases du courant polyphasé délivré par l’ensemble alimentation ALIM.

De préférence, chaque ensemble culasse 9 est configuré de manière à permettre un bouclage magnétique, de telle sorte qu’à tout instant, au moins un premier pôle dudit ensemble culasse 9 interagit avec un élément magnétique 7, de polarité opposée à l’au moins un premier pôle, et au moins un second pôle dudit ensemble culasse 9, de polarité opposée à l’au moins un premier pôle, interagit avec un autre élément magnétique 7, de polarité opposée à l’au moins un second pôle, de telle sorte qu’un flux magnétique entrant par la base 10b d’une dent 10 de l’au moins un premier pôle peut se propager par ledit ensemble culasse 9 et sortir par la base 10b d’une dent 10 de l’au moins un second pôle.

D’autres modes de réalisation de la présente invention vont être décrits, pour lesquels les éléments identiques à un mode de réalisation précédemment décrit ne seront pas détaillés.

Les Figures 4 et 5 illustrent un second mode de réalisation de la présente invention. Ce deuxième mode de réalisation est identique au premier mode de réalisation à l’exception des éléments magnétiques 7’ qui sont ici constitués d’un matériau magnétisable et sont magnétisés par des aimants déportés 13 disposés dans deux structures latérales 14 solidaires de l’ensemble primaire 2. Les aimants déportés 13 peuvent au choix être des aimants permanents ou des électroaimants.

Comme cela est représenté sur la , une structure latérale 14 est composée d’un élément en forme de peigne supérieur 14a et d’un élément en forme de peigne inférieur 14b, les aimants déportés 13 étant disposés entre des dents 14c des éléments en forme de peigne supérieur 14a et inférieur 14b et étant en matériau magnétisable.

Les aimants déportés 13 sont placés dans les structures latérales 14 de manière à ce que pour une structure latérale 14 l’élément en forme de peigne supérieur 14a soit de polarité nord et que l’élément en forme de peigne inférieur 14b soit de polarité sud, et que pour l’autre structure latérale 14, l’élément en forme de peigne supérieur 14a soit de polarité sud et l’élément en forme de peigne inférieur 14b soit de polarité nord. Comme illustré sur la , les structures latérales 14 sont reliées aux éléments magnétiques 7’ par des parties de liaison 14d inclinées par rapport au plan des éléments en forme de peigne supérieur 14a et inférieur 14b, les parties de liaison 14d étant interdigitées entre le peigne supérieur 14a et le peigne inférieur 14b, de telle sorte que chaque élément magnétique 7’ est relié à l’élément en forme de peigne supérieur 14a d’une structure latérale 14 et à l’élément en forme de peigne inférieur 14b de l’autre structure latérale 14 par l’extrémité des parties de liaison 14d.

Comparé au premier mode de réalisation, le deuxième mode de réalisation permet d’utiliser à chaque instant une plus grande quantité des aimants de la machine électrique polyphasée 1 pour la conversion électromécanique.

Les structures latérales 14 peuvent être rendues solidaires de l’ensemble primaire 2 par collage, soudage, ou par des dispositifs de serrage.

La illustre un troisième mode de réalisation. Le troisième mode de réalisation reprend les caractéristiques du premier mode de réalisation, mais l’ensemble primaire 2 comprend en outre une deuxième face f₂d’interaction 6 disposée sur l’élément de support 2a à l’opposé de la face f₁d’interaction 6, et l’ensemble secondaire 3 comprend un deuxième ensemble stator 8 disposé en regard de la deuxième face f₂d’interaction 6. L’utilisation d’une deuxième face d’interaction 6 et d’un deuxième ensemble stator 8 permet de compenser les efforts parasites qui s’exercent transversalement à la direction de déplacement sur les moyens de guidage en translation.

Pour cela, dans le mode de réalisation représenté sur la , les deux ensembles stator 8 sont identiques et les deux faces f₁, f₂d’interaction 6 sont identiques lorsqu’elles sont vues de face, c’est-à-dire que leurs rectangles de course 12 sont de mêmes dimensions, que leurs éléments magnétiques 7 sont de mêmes dimensions et sont disposés de manière identique et que, dans une vue de face de chaque face f₁, f₂d’interaction 6, les éléments magnétiques 7 sont inclinés d’un angle α_f1=α_f2par rapport à la direction de déplacement.

Comparé au premier mode de réalisation, le troisième mode de réalisation permet de supprimer des efforts transversaux parasites qui s’exercent sur les moyens de guidage en translation, mais des moments de torsion parasites subsistent cependant.

Vue de chaque face, le sens d’alimentation et d’inversion des polarités des bobines 11 de chaque stator 8 sont les mêmes.

La illustre un quatrième mode de réalisation. Dans ce mode de réalisation et selon ce qui est représenté sur la , la machine électrique linéaire comprend une première partie disposée à gauche d’un axe longitudinal de moyens d’accouplement 5 et une seconde partie disposée à droite de l’axe longitudinal des moyens d’accouplement 5. La première partie est identique à l’ensemble primaire 2 et à l’ensemble secondaire 3 selon le troisième mode de réalisation représenté sur la , et la seconde partie est la symétrie miroir de la première partie. La première partie comprend donc deux faces f₁, f₂d’interaction 6 et deux ensembles stator 8 disposés en regard, et la seconde partie comprend également deux faces f₃, f₄d’interaction 6 et deux ensembles stator 8 disposés en regard. Les éléments magnétiques 7 de l’ensemble primaire 2 sont alors disposés en chevron dans une vue de face des faces d’interactions 6.

Comparé au troisième mode de réalisation, le quatrième mode de réalisation permet d’éliminer les moments de torsion parasites.

On comprendra que le mode de réalisation illustré sur la est une configuration simple qui permet d’éliminer les moments de torsions parasites mais que d’autres configurations plus complexes sont également possibles.

La présente un cinquième mode de réalisation, dans lequel l’ensemble primaire 2 à la forme d’un prisme à base hexagonale. L’ensemble primaire 2 comprend un élément de support 2a’ comprenant six faces radialement externes sur lesquelles sont disposés des éléments magnétiques 7 inclinés d’un angle α par rapport à la direction de déplacement dans une vue de face de chacune des faces. L’ensemble secondaire 3 comprend un ensemble stator 8 disposé en regard de l’ensemble primaire 2 comprenant un ensemble culasse 9 faisant le tour de l’ensemble primaire 2, deux dents 10 étant disposées en regard de chaque face de l’élément de support 2a’. L’ensemble culasse 9 comprend en outre six éléments de liaison 9b qui relient chacun deux éléments de culasse 9a entre deux faces radialement externes de l’élément de support 2a’.

Comparé au premier mode de réalisation, le cinquième mode de réalisation permet une configuration plus compacte pour la machine électrique polyphasée 1.

Les Figures 9, 10 et 11 présentent un ensemble culasse 9’ selon un sixième mode de réalisation de la présente invention. On peut voir que l’ensemble culasse 9’ comprend un élément de culasse 9a’ qui s’étend longitudinalement d’une extrémité à l’autre de l’ensemble culasse 9’ et se termine à chaque extrémité par une partie cylindrique 9c creuse dont la cavité s’étend selon la direction de déplacement.

L’élément de culasse 9a’ est de préférence constitué par un empilement de tôles magnétiques identiques, empilées selon une direction d’empilement correspondant à la direction de déplacement.

L’ensemble culasse 9’ comprend également des colonnes 15 de dents 10’ dont les parties supérieures sont reçues dans des rainures 16 disposées sur la surface inférieure de l’élément de culasse 9a’ et s’étendant selon la direction de déplacement, les colonnes 15 étant mécaniquement reliées à l’élément de culasse 9a’, par exemple par soudage ou collage.

Dans l’exemple représenté sur les Figures, chaque colonne 15 comprend trois dents 10’.

Chaque colonne 15 de dents 10’ est de préférence constituée par un empilement de tôles magnétiques identiques, empilées selon une direction d’empilement correspondant à la direction longitudinale de l’ensemble culasse 9’.

Chaque dent 10’ se termine à sa partie inférieure par une base de dent 10b’, sous la forme d’un élément rapporté, qui s’étend à l’état monté dans la direction longitudinale des éléments magnétiques 7 en regard. Comme cela est représenté en , les bases de dent 10b’ sont isolées et positionnées entre elles par des cales 17 en matériau non magnétisable, de préférence en forme de Z.

De préférence encore, les bases de dent 10b’ sont formées par un empilement de tôles magnétiques identiques, empilées selon une direction d’empilement formant, à l’état monté et en projection sur la face f_id’interaction 6 en regard, un angle α_fiavec la direction de déplacement, en variante, l’angle pouvant également être α_fi+π/2.

Le positionnement initial et le maintien en position des colonnes 15 en utilisation est réalisé à l’aide de cales de positionnement 18 en matériau non magnétisable, disposées à chaque extrémité de l’ensemble culasse 9’ et fixées à l’élément de culasse 9a’ à l’aide de moyens de fixation 19 s’engageant avec les parties cylindriques 9c de l’élément de culasse 9a’. Les moyens de fixation 19 peuvent également participer à la tenue mécanique de l’élément de culasse 9a’ lorsque celui-ci est formé par un empilement de tôles magnétiques. Les moyens de fixation 19 sont, par exemple, composés d’un boulon et d’un écrou.

Une bobine 11’ est formée autour de chaque colonne 15 autour d’une zone de contact 15a et repose sur un ergot 15b.

On comprendra qu’en variante le bobinage peut être différent, par exemple une bobine 11’ peut être formée autour de plusieurs colonnes 15 de dents 10’ adjacentes.

De préférence, les bobines 11’ sont formées autour des colonnes 15, puis les colonnes 15 sont reliées à l’élément de culasse 9a’.

Comme les dents 10’ sont bobinées par colonnes 15, afin de permettre le bon fonctionnement de la machine électrique polyphasée 1, un centre de chaque dent 10’ est espacé du centre d’une dent 10’ adjacente de la même colonne 15, d’une distance correspondant à la distance m séparant les axes longitudinaux de deux éléments magnétiques 7 de même polarité disposés, en utilisation, sur une face d’interaction 6 en regard.

Selon le mode de réalisation représenté sur les Figures 9 à 11, la machine électrique polyphasée 1 est alimentée par un courant polyphasé comprenant 3 tensions équilibrées Ua, Ub, Uc délivré par un ensemble alimentation ALIM et chaque ensemble culasse 9’ comprend quatre pôles P1, P2, P3, P4, chaque pôle P1, P2, P3, P4 d’un ensemble culasse 9’ étant de polarité opposée à un pôle adjacent P1, P2, P3, P4. Chaque pôle P1, P2, P3, P4 est constitué par trois colonnes 15 dents 10’ adjacentes portant chacune une bobine 11’ parcourue par une tension d’alimentation Ua, Ub, Uc du courant d’alimentation. De la même manière que pour le premier mode de réalisation, les pôles P1, P2, P3, P4 peuvent aussi être décalés vers la droite ou vers la gauche.

On comprendra qu’en variante, un ensemble culasse 9’ peut comprendre des nombres de colonnes 15 de dents 10’ ou de pôles différents.

Un ensemble culasse 9’ de douze colonnes 15 dents 10’ peut par exemple être remplacé par deux ensembles culasse de six colonnes 15 dents 10’ disposés côte à côte.

De préférence, le nombre de colonnes 15 dents 10’, portées par un ensemble culasse 9’, est un multiple du nombre de phases du courant polyphasé délivré par l’ensemble alimentation ALIM.

De préférence, chaque ensemble culasse 9’ est configuré de manière à permettre un bouclage magnétique, de telle sorte qu’à tout instant, au moins un premier pôle dudit ensemble culasse 9’ interagit avec un élément magnétique, de polarité opposée à l’au moins un premier pôle, et au moins un second pôle dudit ensemble culasse 9’, de polarité opposée à l’au moins un premier pôle, interagit avec un autre élément magnétique, de polarité opposée à l’au moins un second pôle, de telle sorte qu’un flux magnétique entrant par la base 10b’ d’une dent 10’ de l’au moins un premier pôle peut se propager par ledit ensemble culasse 9’ et sortir par la base 10b’ d’une dent 10’ de l’au moins un second pôle.

La illustre un septième mode de réalisation, dans lequel l’ensemble primaire 2 est identique à l’ensemble primaire 2 selon le quatrième mode de réalisation représenté en et l’ensemble secondaire 3 comprend deux ensembles stator 8, chacun disposé en regard de deux faces d’interaction 6. La configuration d’un ensemble stator 8 selon le septième mode de réalisation est proche de la configuration d’un ensemble stator 8 selon le sixième mode de réalisation représenté en Figures 9 à 11. Comme illustré en , chaque ensemble stator 8 selon le septième mode de réalisation comprend un ensemble culasse 9’’ comprenant un élément de culasse 9a’’ qui s’étend longitudinalement d’une extrémité à l’autre de l’ensemble culasse 9. Chaque ensemble culasse 9’’ comprend également vingt-quatre colonnes 15 de trois dents 10’, identiques à celles du sixième mode de réalisation, qui sont reçues dans des rainures 16 disposées sur la surface inférieure de l’élément de culasse 9a’’ et s’étendant selon la direction de déplacement. Les colonnes 15 sont mécaniquement reliées à l’élément de culasse 9a’’, par exemples par soudage ou collage, de manière analogue au sixième mode de réalisation. Encore de manière analogue au sixième mode de réalisation, l’élément de culasse 9a’’ selon le septième mode de réalisation se termine aux extrémités longitudinales de l’ensemble culasse 9’’ par des parties cylindriques 9c creuses dans lesquelles sont placés, à l’état monté, des moyens de fixations 19 utilisés pour fixer des cales de positionnement 18 et chaque dent 10’ est isolée d’une dent 10’ adjacente, appartenant à une colonne 15 adjacente, par une cale 17.

L’élément de culasse 9a’’ comprend également au centre une ouverture traversante 9c’ s’étendant selon la direction de déplacement et dans laquelle passent des moyens de fixation 19 destinés à maintenir une cale de positionnement centrale 18’ s’étendant selon la direction de déplacement et configurée pour positionner et maintenir en position les colonnes 15 de dents 10’ à une zone centrale.

Les cales de positionnement 18, la cale de positionnement centrale 18’ et les cales 17 étant de préférence réalisées en matériau non magnétisable.

Une bobine 11’ est également formée autour de chaque colonne 15 de dents 10’ de la même manière que pour le sixième mode de réalisation.

Comme pour le sixième mode de réalisation, on comprendra qu’en variante le bobinage peut être différent, par exemple une bobine 11’ peut être formée autour de plusieurs colonnes 15 de dents 10’ adjacentes.

Selon le mode de réalisation représenté sur la Figures 12, la machine électrique polyphasée 1 est alimentée par un courant polyphasé comprenant trois tensions équilibrées Ua, Ub, Uc délivré par un ensemble alimentation ALIM analogue à l’ensemble alimentation ALIM des précédents modes de réalisation, et chaque ensemble culasse 9’’ comprend huit pôles, chaque pôle d’un ensemble culasse 9’’ étant de polarité opposée à un pôle adjacent. Chaque pôle est constitué par trois colonnes 15 de dents 10’ adjacentes portant chacune une bobine 11’ parcourue par une tension d’alimentation Ua, Ub, Uc de l’ensemble alimentation ALIM. De la même manière que pour le premier mode de réalisation, les pôles peuvent aussi être décalés vers la droite ou vers la gauche.

On comprendra qu’en variante, un ensemble culasse 9’’ peut comprendre des nombres de colonnes 15 de dents 10’ ou de pôles différents.

Un ensemble culasse 9’’ de vingt-quatre colonnes 15 de dents 10’ peut par exemple être remplacé par deux ensembles culasse 9’ de douze colonnes 15 de dents 10’ disposés côte à côte.

De préférence, le nombre de colonnes 15 de dents 10’, portées par un ensemble culasse 9’’, est un multiple du nombre de phases du courant d’alimentation.

De préférence, chaque ensemble culasse 9’’ est configuré de manière à permettre un bouclage magnétique, de telle sorte qu’à tout instant, au moins un premier pôle dudit ensemble culasse 9’’ interagit avec un élément magnétique 7, de polarité opposée à l’au moins un premier pôle, et au moins un second pôle dudit ensemble culasse 9’’, de polarité opposée à l’au moins un premier pôle, interagit avec un autre élément magnétique 7, de polarité opposée à l’au moins un second pôle, de telle sorte qu’un flux magnétique entrant par la base 10b’ d’une dent 10’ de l’au moins un premier pôle peut se propager par ledit ensemble culasse 9’’ et sortir par la base 10b’ d’une dent 10’ de l’au moins un second pôle.

On comprendra que le septième mode de réalisation de la présente, comme le quatrième mode de réalisation de la , l’avantage d’éliminer les moments de torsions parasites

La illustre un huitième mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, l’ensemble secondaire 3 est identique à l’ensemble secondaire 3 selon le quatrième mode de réalisation représenté en et l’ensemble primaire 2 comprend quatre faces f₁-f₄d’interaction 6 formées par des éléments magnétiques 7 maintenus en position par un élément de support central 2b, deux éléments de support latéraux 2c, un élément de support avant 2d et un élément de support arrière 2e. Les éléments de support 2b-2e étant, de préférence, réalisés en matériau non magnétisable.

Les éléments magnétiques 7 sont disposés entre les éléments de support 2b-2e de telle sorte que chaque élément magnétique 7 forme une partie de deux faces d’interaction 6 opposées.

Des cales 2f en matériau non magnétisable sont disposées entre deux éléments magnétiques 7 adjacents de polarité opposée pour empêcher un court-circuit magnétique.

Le principe de fonctionnement du huitième mode de réalisation est identique aux principes de fonctionnement de tous les autres modes de réalisation décrits ci-dessus.

Pour créer, en mode moteur, un mouvement de l’ensemble primaire 2 dans la direction de déplacement, l’ensemble alimentation ALIM est commandé pour délivrer une alimentation aux bobines 11’ de manière à ce que le champ magnétique créé à chaque pôle soit de polarité opposée à la polarité d’éléments magnétiques 7 disposés sur la face f_id’interaction 6 en regard à des emplacements décalés des positions directement à la verticale des dents 10’ des rangées 15 des pôles, de telle sorte que des forces d’attraction magnétiques sont créées entre chaque pôle et les éléments magnétiques 7 respectifs. Compte tenu de la configuration de l’ensemble primaire 2 et de l’ensemble secondaire 3, les forces d’attraction magnétique s’appliquent sur les éléments magnétiques 7 respectifs selon des directions formant un angle α_fiavec la direction de déplacement et les moyens de guidage de l’ensemble primaire 2 permettent un déplacement de l’ensemble primaire 2 selon la direction de déplacement. Le déplacement induit tend alors à positionner chaque dent 10’ de chaque colonne 15 de chaque pôle au-dessus d’un élément magnétique 7 de polarité opposée. Cependant, l’alimentation des bobines 11 est commandée pour inverser la polarité du champ magnétique de chaque pôle avant que les éléments magnétiques 7 ne soient à la verticale des dents 10’ d’un pôle de polarité opposée.

Ainsi, la variation de l’alimentation des bobines 11’ créé un déplacement transversal des champs magnétiques et un déplacement de l’ensemble primaire 2 selon la direction de déplacement.

Comparé au quatrième mode de réalisation, le huitième mode de réalisation permet de réduire le nombre d’éléments magnétiques 7 nécessaires et propose une configuration plus compacte pour la machine électrique polyphasée 1.

Claims (15)

1. – Machine électrique polyphasée (1) configurée pour transformer, en mode moteur, une énergie électrique en énergie mécanique de type mouvement linéaire selon une direction dite de déplacement, et pour transformer, en mode générateur, une énergie mécanique de type mouvement linéaire selon la direction de déplacement en énergie électrique, ladite machine (1) comprenant :
   un ensemble primaire (2) comprenant au moins une face d’interaction (6), chaque face d’interaction (6) étant constituée en tout ou partie par une alternance d’éléments magnétiques (7, 7’) de polarités opposées régulièrement espacés, deux éléments magnétiques (7, 7’) adjacents ayant des polarités opposées ;
   un ensemble secondaire (3) comprenant au moins un ensemble stator (8), chaque ensemble stator (8) comprenant au moins un ensemble culasse (9, 9’, 9’’) formé en regard d’au moins une face d’interaction (6) de l’ensemble primaire (2), la machine (1) étant configurée pour qu’au moins un ensemble culasse (9, 9’, 9’’) soit formé en regard de chaque face d’interaction (6), un entrefer (4) étant formé entre chaque ensemble stator (8) et l’ensemble primaire (2), chaque ensemble culasse (9, 9’, 9’’) s’étendant, en projection dans le plan de la face d’interaction (6) en regard, selon une direction transversale à la direction de déplacement et chaque ensemble stator (8) portant des dents (10, 10’) s’étendant vers la face d’interaction (6) en regard, lesdites dents (10, 10’) étant portées par au moins un ensemble culasse (9, 9’, 9’’) et agencées sur chaque ensemble culasse (9, 9’, 9’’) portant des dents (10, 10’) selon une matrice ayant plusieurs colonnes (15) et au moins une ligne correspondant à la direction transversale à la direction de déplacement, l’ensemble secondaire (3) comprenant en outre au moins une bobine (11, 11’), chaque bobine (11, 11’) étant formée autour d’au moins une dent (10, 10’) d’un ensemble stator (8), la machine (1) étant configurée pour qu’au moins une bobine (11, 11’) soit formée en regard de chaque face d’interaction (6), et une base (10b, 10b’) de chaque dent (10, 10’) de l’ensemble secondaire (3) entourée par une bobine (11, 11’) étant parallèle à la face d’interaction (6) en regard ;
   un ensemble alimentation (ALIM) conçu pour délivrer au moins une alimentation polyphasée aux bobines (11, 11’) de l’ensemble secondaire (3), lesdites bobines (11, 11’) étant configurées et reliées à l’ensemble alimentation (ALIM) pour former des pôles (P1, P2, P3, P4) de la machine (1) et pour, en mode moteur, générer des champs magnétiques configurés pour interagir avec l’au moins une face d’interaction (6) afin d’entraîner un mouvement relatif de l’ensemble primaire (2) et de l’ensemble secondaire (3) et, dans un mode générateur, pour collecter de l’énergie électrique produite par des interactions magnétiques entre l’ensemble primaire (2) et l’ensemble secondaire (3) lors d’un mouvement relatif de l’ensemble primaire (2) et de l’ensemble secondaire (3), le déplacement relatif entre l’ensemble primaire (2) et l’ensemble secondaire (3) se faisant selon la direction de déplacement ;
   chaque face d’interaction (6) comprenant un rectangle de course (12) correspondant au plus petit rectangle dans lequel sont inscrites les zones, de ladite face d’interaction (6), survolées en utilisation par des dents (10, 10’) entourées par une bobine (11, 11’),
   caractérisée par le fait que :
   les éléments magnétiques (7, 7’) dans chaque face f_id’interaction (6), i étant un entier supérieur ou égal à 1, sont inclinés d’un angle α_fipar rapport à la direction transversale à la direction de déplacement et s’étendent au moins d’un bord à un autre bord du rectangle de course (12) de ladite face d’interaction (6),
   l’ensemble primaire (2) comprend au moins un élément de support (2a, 2a’, 2b, 2c, 2d, 2e) configuré pour maintenir entre eux les éléments magnétiques (7, 7’) de manière à constituer l’au moins une face d’interaction (6) et chaque élément magnétique (7, 7’) constitue une partie d’au moins une face d’interaction (6) de l’ensemble primaire (2),
   la base (10b, 10b’) de chaque dent (10, 10’) entourée par une bobine (11, 11’) est comprise, en projection sur la face d’interaction (6) en regard, entre deux droites parallèles de même direction qu’une direction longitudinale des éléments magnétiques (7, 7’) de ladite face d’interaction (6) et écartées d’une distance égale à une largeur d’une portion, directement en regard de ladite base (10b, 10b’), d’un élément magnétique (7, 7’),
   les bobines (11, 11’) de l’ensemble secondaire (3) sont formées autour des dents (10, 10’) et alimentées par l’ensemble d’alimentation de telle sorte qu’à tout instant une force d’attraction magnétique est créée entre chaque pôle (P1, P2, P3, P4) de la machine et, sur la face d’interaction (6) en regard, un élément magnétique (7, 7’) de polarité opposée, chacune desdites forces d’attraction magnétiques étant orientée selon une direction transversale à la direction longitudinale de l’élément magnétique (7, 7’) sur lequel elle s’applique, c’est-à-dire orientée selon une direction formant l’angle α_fiavec la direction de déplacement, que deux pôles (P1, P2, P3, P4) d’un ensemble culasse (9, 9’, 9’’), adjacents dans une direction transversale à la direction de déplacement, sont de polarités opposées et que la variation de l’au moins une alimentation polyphasée produit une variation des champs magnétiques analogue à un déplacement transversal des champs magnétiques.
2. – Machine (1) selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l’ensemble primaire (2) est mobile et l’ensemble secondaire (3) est fixe, l’ensemble primaire (2) comprenant des moyens d’accouplement (5), configurés pour accoupler l’ensemble primaire (2) à un système externe.
3. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisée par le fait que l’alimentation des bobines (11, 11’) délivrée par l’ensemble alimentation (ALIM) a un profil choisi parmi un profil sinusoïdal, un profil rectangulaire et un profil trapézoïdal.
4. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que les dents (11, 11’) présentent un profil en forme de quadrilatère, en coupe transversale au niveau d’une zone (10c, 15a) sur laquelle est bobinée la bobine (11, 11’).
5. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu’au moins un ensemble culasse (9’, 9’’) est constitué par au moins un élément de culasse (9a’, 9a’’) qui s’étend longitudinalement d’une extrémité à l’autre de l’ensemble culasse (9), et au moins une colonne (15) de dents (10’) de l’ensemble culasse (9’, 9’’) étant mécaniquement reliée audit ensemble culasse (9’, 9’’) par une liaison mécanique.
6. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait qu’au moins un ensemble culasse (9) est constitué par une pluralité d’éléments de culasse (9a) et lesdits éléments de culasse (9a) étant configurés pour relier mécaniquement deux dents (10) adjacentes dans la direction longitudinale dudit ensemble culasse (9).
7. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que les dents (10’) sont solidarisées à l’ensemble culasse (9’, 9’’) selon une direction parallèle à la direction de déplacement.
8. – Machine selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait que des dents (10), en regard de la face f_id’interaction, sont solidarisées à l’ensemble culasse (9) correspondant selon des directions formant un angle avec la direction de déplacement égal à l’angle α_fi.
9. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que la base (10b, 10b’) de chaque dent (10, 10’) est d’un seul tenant avec la dent (10) ou rapportée sur la dent (10’).
10. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée par le fait qu’au moins les parties en matériau magnétisable de l’ensemble secondaire (3) sont formées par des assemblages de tôles magnétiques.
11. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée par le fait que les éléments magnétiques (7, 7’) de l’ensemble primaire (2) sont constitués par l’un parmi au moins un aimant (7) ou au moins un élément en matériau magnétisable (7’) magnétisé par au moins un aimant déporté (13), ledit au moins un aimant déporté (13) étant disposé dans au moins une structure latérale (14) solidaire de l’ensemble primaire (2).
12. – Machine (1) selon la revendication 11, caractérisée par le fait que chaque aimant (7, 13) est l’un du type aimant permanent ou du type électroaimant.
13. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée par le fait que l’ensemble primaire (2) est l’un parmi une plaque, plusieurs plaques accolées adjacentes, et un prisme dont la base est un polygone régulier.
14. – Machine (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée par le fait que les faces d’interaction (6) de l’ensemble primaire (2) sont disposées selon une configuration, les éléments magnétiques (7, 7’) sont disposés dans les faces d’interaction (6) selon une configuration et l’ensemble secondaire (3) est configuré pour correspondre à la configuration des faces d’interaction (6) et à la configuration des éléments magnétiques (7, 7’), les configurations des faces d’interaction (6), des éléments magnétiques (7, 7’) et de l’ensemble secondaire (3) étant conçues de manière à compenser des efforts générés, par un fonctionnement de la machine (1), dans des directions intersectant la direction de déplacement afin de minimiser des efforts résultants s’exerçant sur des moyens de guidage.
15. – Machine (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée par le fait qu’au moins un ensemble culasse (9, 9’, 9’’) d’au moins un ensemble stator (8) est configuré de manière à permettre un bouclage magnétique, de telle sorte qu’à tout instant, au moins un premier pôle (P1, P2, P3, P4) dudit ensemble culasse (9, 9’, 9’’) interagit avec un élément magnétique (7, 7’) de polarité opposée à l’au moins un premier pôle (P1, P2, P3, P4), et au moins un second pôle (P1, P2, P3, P4) dudit ensemble culasse (9, 9’, 9’’) de polarité opposée à l’au moins un premier pôle (P1, P2, P3, P4), interagit avec un autre élément magnétique (7, 7’) de polarité opposée à l’au moins un second pôle (P1, P2, P3, P4) ;
    de telle sorte qu’un flux magnétique entrant par la base (10b, 10b’) d’une dent (10, 10’) de l’au moins un premier pôle (P1, P2, P3, P4) peut se propager par ledit ensemble culasse (9, 9’, 9’’) et sortir par la base (10b, 10b’) d’une dent (10, 10’) de l’au moins un second pôle (P1, P2, P3, P4).