WO2008006953A1 - Element actif de machine electromagnetique, procede de fabrication d'un tel element actif, et machine electromagnetique comportant un tel element actif - Google Patents

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portions
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magnetic
active
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PCT/FR2007/001088
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Nicolas Ziegler
Daniel Matt
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Messier-Dowty Sa
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    • H02K7/08—Structural association with bearings

Definitions

  • An electromagnetic machine active element a method of manufacturing such an active element, and an electromagnetic machine comprising such an element
  • the invention conc ⁇ u ⁇ x has rxîe active element in electromagnetic machine, a method of manufacturing such an active element, and a machine having such an active element.
  • Linear electromagnetic machines having two moving parts relative to one another in a sliding direction are known. At least one of the parts comprises active elements comprising, arranged in the direction of sliding direction, a succession of portions having various magnetic properties.
  • each active element In variable reluctance machines, the portions of each active element are alternately ferromagnetic and nonmagnetic. In machines with permanent magnets, the active elements of one of the parts comprise alternately ferromagnetic and non-magnetic portions, while the active elements of the other part comprise portions alternately magnetized in a first direction and magnetized in a second opposite direction. in the first sense.
  • the two parts are placed in electromagnetic interaction, one of the parts being associated with means for generating a magnetic field.
  • the generation of magnetic fields causes the appearance of magnetic forces tending to relatively move the parts in the direction of sliding.
  • the machine can operate as a generator by imposing a relative displacement on both parts.
  • the portions forming the active elements are in the form of plates or blades.
  • the active elements of the two parts are parallel and form respectively nested combs one in the other so that a active element of one of the parts extends between two active elements of the other part (except of course for the external active elements).
  • the portions forming the active elements of the mobile part are divided into two sub-portions which extend on either side of a support. central which maintains the sub-portions by one of their ends and takes again the magnetic efforts undergone by the parts.
  • the portions forming the active elements of the fixed part are also divided into two sub-portions which are each held by one of their ends by an external support.
  • These supports are complex to manufacture and receive the sub-portions by one of their end, so that the latter are cantilevered and therefore undergo stresses tending to remove them from the support that receives them.
  • the end of the sub-portions which is engaged in the supports is not in magnetic interaction with the sub-portions of the active element opposite, and therefore does not participate in the operation of the machine.
  • the presence of the central supports and external supports increases the size of the machine. The supports do not participate either in the magnetic interaction between the active elements and therefore occupy a valuable place tending to limit the power density of the machine.
  • the central support does not contribute to the magnetic interactions and occupies a precious place, tending to limit the power of the machine.
  • the subject of the invention is a new active element offering greater efficiency.
  • an active element for electromagnetic machine comprising a succession in a main direction of portions having a first magnetic property alternated with portions having a second magnetic property.
  • the active element comprises a thin amagnetic coating with respect to a thickness of the portions which extends to cover a substantial part of an external surface of the active element, the coating being secured to at least some of the portions and having sufficient mechanical strength to form a mechanical transmission member magnetic stresses experienced by the portions.
  • the coating is disposed outside the active element, i.e. in a zone of maximum inertia so that the coating contributes to strongly stiffen the active element, despite its thinness.
  • the electromagnetic interactions then take place through the coating .
  • the magnetic forces exerted on the portions are mechanically transmitted by shear in the coating, which is very favorable from a mechanical point of view.
  • the coating thus forms an effective transmitter of effort, very compact.
  • an active element in the form of a plate or a blade, it is advantageous to provide a coating comprising two thin walls substantially covering the two large faces of the active element through which the electromagnetic interactions take place.
  • a coating comprising a tubular thin wall covering the cylindrical portions.
  • FIG. 1 is a perspective view of an electromagnetic machine comprising plate-shaped active elements according to the invention.
  • FIG. 2 is a broken detail view of an active element of the machine illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 3 is a broken detail view of another active element of the machine illustrated in FIG. 2;
  • FIG. 4 is a view of the active element of FIG. 3 illustrated during manufacture
  • FIG. 5 is a view of the active element of Figure 3 illustrated during manufacture according to an alternative embodiment
  • FIG. 6 is a perspective view of an electromagnetic machine comprising rod-shaped active elements according to the invention
  • FIG. 7 is a detail view partially cut away from a section of active element of the machine illustrated in FIG.
  • FIG. 1 a linear electromagnetic machine with polycarriers such as that illustrated in FIG. 1.
  • a machine comprises a cage 1 made of ferromagnetic material receiving here three coils 2 electrically powered so as to be successively phase shifted by 120 degrees.
  • the magnetic field generated by the coils 2 is transmitted in an active zone of the cage 1 in which:
  • Each of the fixed plates 10 comprises a succession of permanent magnets, as will be detailed below in relation to FIG. 2;
  • movable plates 20 Active elements in the form of movable plates 20 parallel to each other and each extending between two fixed plates 10 to present with them a plurality of air gaps (a single movable plate 20 is referenced).
  • Each of the movable plates 20 comprises a succession of ferromagnetic portions and non-magnetic portions, as will be detailed below in relation to FIGS. 3 to 5.
  • the movable plates 20 are secured together by means of pins 30 extending to cross all the movable plates 20. These slide in a direction of sliding X opposite the fixed plates 10.
  • each fixed plate 10 comprises permanent magnets 11 oriented in a first direction alternately arranged with permanent magnets 12 oriented in a second direction opposite to the first direction, as indicated by the arrows drawn on the tremities permanent magnets.
  • Permanent magnets 11, 12 are adjoined bars and form successive portions having alternating magnetic properties.
  • each fixed plate 10 comprises nonmagnetic thin walls 15 which extend on either side of the fixed plate 10 on the large faces thereof, being secured to the permanent magnets 11, 12, for example by gluing. The large areas are formed by the adjacent side walls of the bars.
  • the permanent magnets 11, 12 have a thickness of the order of 1 mm, while the thin walls 15 have a thickness of 0.1 mm.
  • the tubular thin wall 75 is made of bronze.
  • the thin walls 15 form support means for the permanent magnets 11, 12 which are very compact. The entire height of the permanent magnets 11, 12 is thus able to interact electromagnetically with the moving plates 20 opposite through the thin walls 15 so that all the magnets are used to produce mechanical forces on the movable plates 20.
  • the thin walls 15 form the outer layers of a sandwich whose core is constituted by the permanent magnets 11,12, which gives the fixed plate 10 a high flexural rigidity.
  • each movable plate 20 has ferromagnetic portions 21 arranged alternately with non-magnetic portions 22.
  • the portions 21,22 form contiguous bars.
  • Each movable plate 20 further comprises nonmagnetic ends 23 extending in the extension of the portions 21,22 and intended to receive the pins 30 which secure the movable plates 20 together to form the mobile element of the machine.
  • each movable plate 20 has thin walls 25 which extend on either side of the movable plate 20 on the large faces thereof, being secured to the portions 21, 22 and the ends 23, by example by gluing.
  • the thin walls also ensure the mechanical transmission at the ends 23 of the magnetic stresses sustained by the portions 21, 22.
  • the mechanical transmission of forces between the thin walls 25 and the portions 21, 22 is by shear, which is an efficient mode of transmission in bonded assemblies.
  • the thin walls 25 are made of bronze.
  • each movable plate 20 is obtained by using a sheet of non-magnetic material 26 in which parallel windows 27 are cut to receive the ferromagnetic portions 21.
  • movable plate 20 is glued on a large face of the cut sheet 26 a thin wall 25, here on the large lower face. Then the ferromagnetic portions 21 are placed in the windows 27. One of the ferromagnetic portions 21 is illustrated during placement in one of the windows 27. Then the other thin wall 25 is glued to the large face
  • the lateral edges of the cut sheet 26 are then outlined by the dashed lines so that the portions of the cut sheet 26 which remain between the ferromagnetic portions 21 form the non-magnetic portions 22. piercing the ends 23 to make the receiving holes of the pins 30.
  • the cut sheet 26 is made of ferromagnetic material, while the windows are filled with liquid resin 28 intended to form the non-magnetic portions. After curing the resin, bonding the upper thin wall, and flattening the side edges according to the dotted lines, the portions of the cut sheet extending between the windows form the ferromagnetic portions 21 while the resin 28 forms the non-magnetic portions 22 .
  • FIGS. 4 and 5 can of course be applied to a fixed plate, or even to a plate without an end. In the same way, we can leave the windows empty, the air which is there forming the nonmagnetic portions.
  • the precise guidance thus produced increases the rigidity and therefore the buckling resistance of the movable plates 20, which can be long.
  • the movable plates 20 can thus be mounted floating on the pins 30.
  • the material used for the thin walls 15,25 allows a relative sliding of the plates with a low coefficient of friction.
  • the thin walls 15, 25 may be made of another non-magnetic material and, if this material does not have a favorable coefficient of friction, the thin walls 15, 25 will advantageously be coated with a surface layer with a low coefficient of friction.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • This type of machine also comprises a cage 51 receiving three coils 52 out of phase at 120 degrees.
  • the magnetic field generated by the coils 52 is transmitted in an active zone of the cage 51 in which:
  • a fixed core 60 composed of permanent magnets in the form of disks having alternating magnetizations
  • Each of the movable rods 70 comprises a succession of ferromagnetic portions and non-magnetic portions, as will be detailed later in connection with FIG.
  • the movable rods 70 are interconnected by means of a flange 80 to which are fixed the ends of the movable rods 70. These slide in a direction of sliding X.
  • the fixed core 60 here plays the same role as the fixed plates 10
  • the movable rods 70 play the same role as the movable plates 20.
  • each movable rod 70 comprises ferromagnetic portions 71 alternately arranged with non-magnetic portions 72.
  • Each movable rod 70 further comprises threaded non-magnetic ends 73 extending in the extension of the portions 71. , 72 and intended to be received on one of the flanges 80 which secure the movable rods 70 between them to form the mobile element of the machine.
  • each movable rod 70 comprises a tubular thin wall 75 (shown partially cut away for the sake of clarity of the figure) which extends around the movable rod 70 being secured to the portions 71, 72 and at the ends 73, for example by gluing. The electromagnetic interaction between the portions of the movable rods and the fixed core is through the tubular thin wall 75.
  • the tubular thin wall 75 holds the portions 71, 72, rigidly stiffens the movable rod 70, and mechanically transmits the magnetic stresses experienced by the portions 71, 72 at the ends 73 (by shear, like before) .
  • the absence of central support allows for portions 71.72 full, without central orifice, which increases the efficiency of the machine.
  • the movable rods 70 are received in the orifices of the stationary fixed core 60 with a slight clearance, allowing contact between the movable rods 70 and the fixed core 60.
  • the movable rods 70 which can be long, are perfectly guided, which increases their rigidity and their resistance to buckling.
  • the air gap is perfectly controlled and substantially equal at most to the thickness of the tubular thin wall 75 increased sliding clearance.
  • the tubular thin wall 75 is made of bronze, a material having a low coefficient of friction. The tubular thin wall 75 rubs directly into the orifice of the fixed core.
  • the thin wall 75 is continuous and without edges, which promotes the sliding of the associated movable rod.
  • portions of an active element have been shown here adjacent, a void may be left between the portions. Moreover, a portion may consist entirely of emptiness.
  • the active elements illustrated here comprise an outer coating in the form of one or more continuous thin walls covering the entirety of an outer face of the active element
  • the coating may take other forms.
  • the coating may comprise not continuous walls but strips which extend in the direction of sliding of the active element on the surface of the active element.
  • the bands of an active element will be arranged to face the bands of the active element opposite. In any case, it is important that the coating be sufficiently solid to mechanically recover the magnetic stresses sustained by the portions of the active element.
  • the coating may for example be obtained by coating the portions with a heated material which on cooling forms the coating. The coating can still be projected on the portions in the gas phase.
  • the invention may be applied to rotary machines, comprising, for example, active elements in the form of disks.
  • the portions extend along angular sectors and are alternated in a main direction which extends in a circle.
  • the coating then comprises two thin walls which extend on the two large faces of the disk formed by the adjacent side faces of the portions.

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Abstract

L'invention concerne un élément actif (20) pour machine électromagnétique, comportant une succession alternée selon une direction principale (X) de portions (21) présentant une première propriété magnétique et de portions (22) présentant une seconde propriété magnétique, caractérise en ce que l'élément actif comporte un revêtement mince (25,25) par rapport a une épaisseur des portions qui s'étend pour recouvrir une partie substantielle d'une surface externe de l'élément actif, le revêtement étant solidarise a au moins certaines des portions et ayant une résistance mécanique suffisante pour former un organe de transmission mécanique des efforts magnétiques subis par les portions.

Description

Elément actif de machine électromagnétique, procédé de fabrication d'un tel élément actif, et machine électromagnétique comportant un tel élé-
L' invention
Figure imgf000003_0001
conc^rxîe au^xélément actif de machine électromagnétique, un procédé de fabrication d'un tel élément actif, ainsi qu'une machine comportant un tel élément actif.
ARRIERE-PLAN DE L'INVENTION
On connaît des machines électromagnétiques linéaires ayant deux parties mobiles relativement l'un à l'autre selon une direction de coulissement . Au moins l'une des parties comporte des éléments actifs comprenant, disposées dans le sens de la direction de coulissement, une succession de portions ayant diverses propriétés magnétiques .
Dans les machines à réluctance variable, les por- tions de chaque élément actif sont alternativement ferromagnétiques et amagnétiques . Dans les machines à aimants permanents, les éléments actifs de l'une des parties comportent des portions alternativement ferromagnétiques et amagnétiques, tandis que les éléments actifs de l'autre partie comportent des portions alternativement aimantées dans un premier sens et aimantées dans un second sens opposé au premier sens .
Les deux parties sont placées en interaction électromagnétique, l'une des parties étant associée à des moyens de génération de champ magnétique. La génération de champs magnétiques entraîne l'apparition de forces magnétiques tendant à déplacer relativement les parties selon la direction de coulissement. Alternativement, la machine peut fonctionner en générateur en imposant un dé- placement relatif aux deux parties.
Dans un premier type de machine électromagnétique, les portions formant les éléments actifs sont en forme de plaques ou de lames. Les éléments actifs des deux parties sont parallèles et forment respectivement des peignes imbriqués l'un dans l'autre de sorte qu'un élément actif d'une des parties s'étend entre deux éléments actifs de l'autre partie (sauf bien sûr pour les éléments actifs externes) .
Dans un mode de réalisation illustré par la fi- gure 5 du document FR 2 588 133, les portions formant les éléments actifs de la partie mobile sont divisées en deux sous-portions qui s'étendent de part et d'autre d'un support central qui maintient les sous-portions par une de leurs extrémités et reprend les efforts magnétiques subis par les parties. Les portions formant les éléments actifs de la partie fixe sont également divisées en deux sous- portions qui sont chacune maintenues par une de leur extrémités par un support externe.
Ces supports sont complexes à fabriquer et reçoi- vent les sous-portions par une de leur extrémité, de sorte que ces dernières sont en porte-à-faux et subissent donc des contraintes tendant à les déchausser du support qui les reçoit. En outre, l'extrémité des sous-portions qui est engagée dans les supports n'est pas en interac- tion magnétique avec les sous-portions de l'élément actif en regard, et ne participe donc pas au fonctionnement de la machine. De plus, la présence des supports centraux et des supports externes augmente l'encombrement de la machine. Les supports ne participent pas non plus à l'interaction magnétique entre les éléments actifs et occupent donc une place précieuse tendant à limiter la puissance volumique de la machine.
Dans un deuxième type de machine électromagnétique illustré dans l'article "Actionneur linéaire syn- chrone à aimants permanents multi-tiges" , présenté au colloque "Electrotechnique du futur, SUPELEC, 9-10 décembre 2003", les éléments actifs de la partie mobile sont en forme de tiges et comportent des portions cylindriques enfilées sur un support central . Le support central main- tient les portions et reprend mécaniquement les efforts magnétiques subis par les portions, et rigidifie la tige.
De la même façon que pour les plaques, le support central ne contribue pas aux interactions magnétiques et occupe une place précieuse, tendant à limiter la puis- sance volumique de la machine .
Comme suggéré dans le document FR 2 588 133, on peut se passer de support et coller ou braser les portions d'un même élément actif entre eux. Cependant, ce procédé suppose que les portions soient adjacentes et puissent être brasées ou collées. Les efforts magnétiques sont alors mécaniquement transmis par les liaisons ainsi réalisées qui travaillent alors en traction, ce qui n'est pas idéal d'un point de vue mécanique.
OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un nouvel élément actif offrant une plus grande efficacité.
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de ce but, on propose un élément actif pour machine électromagnétique, comportant une succession selon une direction principale de portions présentant une première propriété magnétique alternées avec des portions présentant une seconde propriété magnétique. Selon l'invention, l'élément actif comporte un revêtement amagnëtique mince par rapport à une épaisseur des portions qui s'étend pour recouvrir une partie substantielle d'une surface externe de l'élément actif, le revêtement étant solidarisé à au moins certaines des portions et ayant une résistance mécanique suffisante pour former un organe de transmission mécanique des efforts magnétiques subis par les portions.
Ainsi, le revêtement est disposé à l'extérieur de l'élément actif, c'est-à-dire dans une zone d'inertie maximale de sorte que le revêtement contribue à rigidi- fier fortement l'élément actif, malgré sa minceur. Les interactions électromagnétiques ont alors lieu au travers le revêtement .
Les efforts magnétiques s ' exerçant sur les portions sont mécaniquement transmis par cisaillement dans le revêtement, ce qui est très favorable d'un point de vue mécanique. Le revêtement forme ainsi un transmetteur efficace d'efforts, très peu encombrant.
Ainsi, dans le cadre d'un élément actif en forme de plaque ou de lame, il est avantageux de prévoir un revêtement comportant deux parois minces qui recouvrent substantiellement les deux grandes faces de l'élément actif par lesquelles ont lieu les interactions électromagnétiques. Dans le cadre d'un élément actif en forme de tige, il est avantageux de prévoir un revêtement comportant une paroi mince tubulaire recouvrant les portions cylindriques.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en perspective d'une machine électromagnétique comportant des éléments actifs en forme de plaque selon 1 ' invention ;
- la figure 2 est une vue de détail écorchée d'un élément actif de la machine illustrée à la figure 1 ; - la figure 3 est une vue de détail écorchée d'un autre élément actif de la machine illustré à la figure 2;
- la figure 4 est une vue de l'élément actif de la figure 3 illustré en cours de fabrication ;
- la figure 5 est une vue de l'élément actif de la figure 3 illustrée en cours de fabrication selon une variante de réalisation ;
- la figure 6 est une vue en perspective d'une machine électromagnétique comportant des éléments actifs en forme de tige selon 1 ' invention ; - la figure 7 est une vue de détail partiellement écorchée d'un tronçon d'élément actif de la machine illustrée à la figure 5.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est tout d'abord décrite en référence à une machine électromagnétique linéaire à polyentrefers telle que celle illustrée à la figure 1. De façon connue en soi, une telle machine comporte une cage 1 en matériau ferromagnétique recevant ici trois bobinages 2 électriquement alimentés de façon à être déphasés successivement de 120 degrés. Le champ magnétique généré par les bobinages 2 est transmis dans une zone active de la cage 1 dans laquelle s'étendent alternativement :
- des éléments actifs en forme de plaques fixes 10 parallèles entre elles et immobiles par rapport à la cage 1 (une seule plaque fixe est référencée) . Chacune des plaques fixes 10 comporte une succession d'aimants permanents, comme cela sera détaillé plus loin en relation avec la figure 2;
- des éléments actifs en forme de plaques mobiles 20 parallèles entre elles et s 'étendant chacune entre deux plaques fixes 10 pour présenter avec ces dernières une pluralité d'entrefers (une seule plaque mobile 20 est référencée) . Chacune des plaques mobiles 20 comporte une succession de portions ferromagnétiques et de portions amagnétiques, comme cela sera détaillé plus loin en relation avec les figures 3 à 5. Les plaques mobiles 20 sont solidarisées entre elles au moyens de broches 30 s 'étendant pour traverser toutes les plaques mobiles 20. Celles-ci coulissent selon une direction de coulissement X en regard des plaques fixes 10.
Comme illustré à la figure 2, chaque plaque fixe 10 comporte des aimants permanents 11 orientés selon un premier sens disposés en alternance avec des aimants permanents 12 orientés selon un second sens opposé au pre- mier, comme indiqué par les flèches dessinées sur les ex- trêmités des aimants permanents . Les aimants permanents 11,12 sont des barreaux accolés et forment des portions successives ayant des propriétés magnétiques alternées. Selon un aspect essentiel de l'invention, chaque plaque fixe 10 comporte des parois minces amagnétiques 15 qui s'étendent de part et d'autre de la plaque fixe 10 sur les grandes faces de celle-ci en étant solidarisées aux aimants permanents 11,12, par exemple par collage. Les grandes surfaces sont formées par les parois latérales adjacentes des barreaux.
A titre d'exemple, les aimants permanents 11,12 ont une épaisseur de l'ordre de 1 mm, tandis que les parois minces 15 ont une épaisseur de 0,1 mm. Ici, la paroi mince tubulaire 75 est réalisée en bronze. Les parois minces 15 forment des moyens de support des aimants permanents 11,12 très peu encombrants. La totalité de la hauteur des aimants permanents 11,12 est ainsi en mesure interagir électromagnêtiquement avec les plaques mobiles 20 en regard au travers des parois minces 15 de sorte que la totalité des aimants est utilisée pour produire des efforts mécaniques sur les plaques mobiles 20.
En outre, les parois minces 15 forment les couches externes d'un sandwich dont le cœur est constitué par les aimants permanents 11,12, ce qui donne à la plaque fixe 10 une grande rigidité en flexion.
Comme illustré à la figure 3, chaque plaque mobile 20 comporte des portions ferromagnétiques 21 disposées en alternance avec des portions amagnétiques 22. Les portions 21,22 forment des barreaux accolés. Chaque plaque mobile 20 comporte en outre des extrémités 23 amagnétiques s 'étendant dans le prolongement des portions 21,22 et destinées à recevoir les broches 30 qui solidarisent les plaques mobiles 20 entre elles pour former l'élément mobile de la machine. Selon un aspect essentiel de 1 ' in- vention, chaque plaque mobile 20 comporte des parois minces 25 qui s'étendent de part et d'autre de la plaque mobile 20 sur les grandes faces de celle-ci en étant solidarisé aux portions 21,22 ainsi qu'aux extrémités 23, par exemple par collage.
Outre leur rôle de rigidification déjà mentionné, les parois minces assurent également la transmission mécanique aux extrémités 23 des efforts magnétiques subis par les portions 21,22. La transmission mécanique des ef- forts entre les parois minces 25 et les portions 21,22 se fait par cisaillement, qui est un mode de transmission efficace dans les assemblages collés. Ici également, les parois minces 25 sont réalisées en bronze.
Comme illustré à la figure 4, et selon un mode préféré de réalisation, chaque plaque mobile 20 est obtenue en utilisant une tôle en matériau amagnétique 26 dans laquelle des fenêtres 27 parallèles sont découpées pour recevoir les portions ferromagnétiques 21. Pour la réalisation d'une plaque mobile 20, on colle sur une grande face de la tôle découpée 26 une paroi mince 25, ici sur la grande face inférieure. Puis on place les portions ferromagnétiques 21 dans les fenêtres 27. L'une des portions ferromagnétiques 21 est illustrée en cours de mise en place dans l'une des fenêtres 27. Puis on colle l'au- tre paroi mince 25 sur la grande face supérieure de la tôle découpée 26. On arase alors les bords latéraux de la tôle découpée 26 selon les pointillés de sorte que les partie de la tôle découpée 26 qui subsistent entre les portions ferromagnétiques 21 forment les portions amagné- tiques 22. Il reste alors à percer les extrémités 23 pour réaliser les orifices de réception des broches 30.
En variante illustrée à la figure 5, la tôle découpée 26 est réalisée en matériau ferromagnétique, tandis que les fenêtres sont remplies de résine 28 liquide destinée à former les portions amagnétiques . Après durcissement de la résine, collage de la paroi mince 25 supérieure, et arasement des bords latéraux selon les pointillés, les parties de la tôle découpée s 'étendant entre les fenêtres forment les portions ferromagnétiques 21 tandis que la résine 28 forme les portions amagnétiques 22.
Le procédé de fabrication illustré ici aux figures 4 et 5 peut bien évidemment être appliqué à une plaque fixe, ou même à une plaque sans extrémité. De même, on peut laisser les fenêtre vides, l'air qui s'y trouve formant les portions amagnétiques.
Dans les machines connues, on cherche à garder des vides entre les plaques en regard pour éviter qu'elles ne se touchent, car les portions en regard ne sont pas recouvertes et risquent donc de coulisser les unes contre les autres et de s'accrocher du fait des multiples arêtes à la frontière entre les portions. Le maintien de ces vides nécessite un guidage externe des plaques mobiles par rapport aux plaques fixes et donnent lieu à des instabilités magnétiques ayant tendance à rapprocher les plaques les unes des autres, et donc à les solliciter en flexion, ce qui conduit à des entrefers variables. Ces vides augmentent considérablement les entrefers entre les plaques, et diminuent donc le rendement de la machine. Au contraire ici, et selon un aspect particulièrement intéressant de l'invention, la machine de la figure 1 est conçue de sorte qu'en fonctionnement, les plaques fixes 10 et les plaques mobiles 20 coulissent avec un jeu très faible autorisant le contact entre les pla- ques. Le guidage précis ainsi réalisé permet de maintenir l'entrefer entre les parties magnétiques de deux plaques en regard sensiblement constant et égal au maximum à l'épaisseur des parois minces frottant entre elles augmentée du jeu de coulissement . Les plaques sont ici en contact par l'intermédiaire de leurs parois minces 15,25 qui sont continues et sans arêtes, ce qui facilite leur glissement .
En outre, le guidage précis ainsi réalisé augmente la rigidité et donc la résistance au flambage des plaques mobiles 20, qui peuvent être longues. Les plaques mobiles 20 peuvent ainsi être montées flottantes sur les broches 30.
Le matériau utilisé pour les parois minces 15,25 (ici du bronze) autorise un glissement relatif des pla- ques avec un faible coefficient de frottement. En variante, les parois minces 15,25 pourront être réalisées dans un autre matériau amagnétique et, si ce matériau ne possède pas un coefficient de frottement favorable, les parois minces 15,25 seront avantageusement revêtues d'une couche superficielle à faible coefficient de frottement, par exemple du polytétrafluoroéthylène (PTFE) , compatibles avec les conditions de fonctionnement de la machine, et notamment la température interne.
L'invention est maintenant illustrée en référence à une machine électromagnétique linéaire à tiges illustrée à la figure 6.
Ce type de machine comporte également une cage 51 recevant trois bobinages 52 déphasés à 120 degrés. Le champ magnétique généré par les bobinages 52 est transmis dans une zone active de la cage 51 dans laquelle s'étendent :
- un noyau fixe 60 composé d'aimants permanents en forme de disques ayant des aimantations alternées ;
- des tiges mobiles 70 parallèles entre elles et s 'étendant dans des orifices du noyau fixe 60 pour présenter avec ce dernier des entrefers annulaires (une seule tige mobile 70 est référencée) . Chacune des tiges mobiles 70 comporte une succession de portions ferromagnétiques et de portions amagnétiques, comme cela sera détaillé plus loin en relation avec la figure 6. Les ti- ges mobiles 70 sont solidarisées entre elles au moyen d'une bride 80 à laquelle sont fixées les extrémités des tiges mobiles 70. Celles-ci coulissent selon une direction de coulissement X. Le noyau fixe 60 joue ici le même rôle que les plaques fixes 10, tandis que les tiges mobiles 70 jouent le même rôle que les plaques mobiles 20.
Comme cela est visible à la figure 7, chaque tige mobile 70 comporte des portions ferromagnétiques 71 dis- posées en alternance avec des portions amagnétiques 72. Chaque tige mobile 70 comporte en outre des extrémités 73 amagnétiques filetées s 'étendant dans le prolongement des portions 71,72 et destinées à être reçues sur l'une des brides 80 qui solidarisent les tiges mobiles 70 entre el- les pour former l'élément mobile de la machine. Selon un aspect essentiel de 1 ' invention, chaque tige mobile 70 comporte une paroi mince tubulaire 75 (représentée partiellement écorchée pour plus de clarté de la figure) qui s'étend autour de la tige mobile 70 en étant solidarisée aux portions 71,72 ainsi qu'aux extrémités 73, par exemple par collage. L'interaction électromagnétique entre les portions des tiges mobiles et le noyau fixe se fait au travers de la paroi mince tubulaire 75.
De la même façon que pour les plaques, la paroi mince tubulaire 75 maintient les portions 71,72, rigidi- fie fortement la tige mobile 70, et transmet mécaniquement les efforts magnétiques subis par les portions 71,72 aux extrémités 73 (par cisaillement, comme précédemment) . En outre, l'absence de support central permet de réaliser des portions 71,72 pleines, sans orifice central , ce qui augmente le rendement de la machine .
Selon un aspect particulièrement intéressant de l'invention, les tiges mobiles 70 sont reçues dans les orifices du noyau fixe 60 à glissement avec un faible jeu, autorisant les contacts entre les tiges mobiles 70 et le noyau fixe 60. Ainsi, les tiges mobiles 70, qui peuvent être longues, sont parfaitement guidées, ce qui augmente leur rigidité et leur résistance au flambage. En outre, l'entrefer est parfaitement maîtrisé et sensible- ment égal au maximum à l'épaisseur de la paroi mince tu- bulaire 75 augmentée du jeu de coulissement . Ici, la paroi mince tubulaire 75 est réalisée en bronze, matériau présentant un faible coefficient de frottement . La paroi mince tubulaire 75 frotte directement dans l'orifice du noyau fixe. Cependant, la paroi mince 75 est continue et sans arêtes, ce qui favorise le coulissement de la tige mobile associée.
L'invention n'est pas limitée à ce qui vient d'être décrit, mais englobe au contraire toute variante entrant dans le cadre défini par les revendications.
En particulier, bien que l'on ait décrit ici des machines dont certains des éléments actifs ont portions aimantées, on pourra bien sûr appliquer l'invention à d'autres types de machines, par exemple des machines à réluctance variable sans aimants permanents, les portions composant les éléments actifs étant alors alternativement ferromagnétiques et amagnétiques .
Bien que les portions d'un élément actif aient été ici illustrées adjacentes, un vide pourra être laissé entre les portions. Bien plus, une portion pourra être entièrement constituée de vide.
Bien que les éléments actifs illustrés ici comportent un revêtement externe sous la forme d'une ou plusieurs parois minces continues recouvrant l'intégralité d'une face externe de l'élément actif, le revêtement pourra prendre d'autres formes. En particulier, le revêtement pourra comporter non des parois continues mais des bandes qui s'étendent selon la direction.de coulissement de l'élément actif à la surface de l'élément actif. De préférence alors, les bandes d'un élément actif seront agencées pour être en regard des bandes de l'élément actif en regard. Dans tous les cas, il importe que le revêtement soit suffisamment solide pour pouvoir reprendre mécaniquement les efforts magnétiques subis par les por- tions de l'élément actif.
Bien que 1 ' on ait indiqué que le revêtement est collé aux portions, on pourra utiliser d'autres modes de liaison. Le revêtement peut par exemple être obtenu par enduction des portions avec un matériau chauffé qui, en refroidissant, forme' le revêtement. Le revêtement peut encore être projeté sur les portions en phase gazeuse.
Bien que l'on ait indiqué que toutes les portions sont solidarisées au revêtement, on pourra ne solidariser que certaines des portions, par exemple une portion sur deux. Les efforts magnétiques seront alors transmis à la ou les parois minces uniquement par les portions solidarisées, toujours en cisaillement.
Enfin, bien que l'on ait décrit l'invention en relation avec des machines électromagnétiques linéaires, on pourra appliquer l'invention à des machines rotatives, comportant par exemple des éléments actifs en forme de disques. Dans ce cas, les portions s'étendent selon des secteurs angulaires et sont alternées selon une direction principale qui s'étend selon un cercle. Le revêtement comporte alors deux parois minces qui s'étendent sur les deux grandes faces du disque formées par les faces latérales adjacentes des portions.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément actif (10,-20,-70) pour machine électromagnétique, comportant une succession alternée selon une direction principale (X) de portions (11; 21; 71) présentant une première propriété magnétique et de portions (12;22;72) présentant une seconde propriété magnétique, caractérisé en ce que l'élément actif comporte un revêtement amagnétique mince (15,-25; 75) par rapport à une épaisseur des portions qui s'étend pour recouvrir une partie substantielle d'une surface externe de l'élément actif, le revêtement étant solidarisé à au moins certaines des portions et ayant une résistance mécanique suffisante pour former un organe de transmission mécanique des efforts magnétiques subis par les portions.
2. Elément actif selon la revendication 1, dans lequel les portions sont des barreaux (11, 12 ; 21, 22) de sorte que l'élément actif est substantiellement en forme de plaque présentant deux grandes faces opposées formées par des faces latérales adjacentes des barreaux, le revêtement (15,-25) s ' étendant pour recouvrir une partie substantielle des grandes faces.
3. Elément actif selon la revendication 2, dans lequel le revêtement comporte deux parois minces (15; 25) rapportées sur les grandes faces de l'élément actif.
4. Elément actif selon la revendication 1, dans lequel les portions sont en forme de tronçons cylindriques (71,72) de sorte que l'élément actif est substantiellement en forme de tige présentant une face périphé- rique, le revêtement (75) s 'étendant pour recouvrir au moins une partie substantielle de la face périphérique.
5. Elément actif selon la revendication 4, dans lequel le revêtement (75) comporte une paroi mince tubu- laire s 'étendant autour de l'élément actif.
6. Elément actif selon la revendication 1, corn- portant au moins une extrémité qui s'étend dans le prolongement des portions et qui est solidarisée au revêtement de sorte que les efforts magnétiques subis par les portions soient mécaniquement transmis à l'extrémité par le revêtement .
7. Machine électromagnétique comportant au moins un élément actif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'élément actif est reçu à coulissement dans une partie fixe de la machine avec un faible jeu au- torisant des contacts entre l'élément actif et la partie fixe de la machine.
8. Machine électromagnétique comportant une pluralité d'éléments actifs selon la revendication 2, imbriqués de sorte qu'un élément actif mobile se trouve entre deux éléments actifs fixes, dans laquelle les éléments actifs coulissent avec un faible jeu autorisant des contacts entre les éléments actifs en regard.
9. Machine électromagnétique selon la revendication 7 ou la revendication 8, dans laquelle le revêtement présente au moins une couche superficielle à faible coefficient de frottement.
10. Machine électromagnétique linéaire selon la revendication 9 dans lequel l'ensemble du revêtement est réalisé dans un matériau à faible coefficient de frotte- ment .
11. Procédé de fabrication d'un élément actif selon la revendication 2, comportant les étapes de:
- découper des fenêtres parallèles dans une tôle (26) présentant une première propriété magnétique; ou laisser les fenêtres vides ;
- rapporter dans les fenêtres des portions présentant une deuxième propriété magnétique;
- appliquer sur les deux faces de la tôle un revêtement qui recouvre substantiellement la tôle portions; - araser des bords latéraux de la tôle de sorte que les parties de la tôle qui s'étendent entre deux fenêtres forment elles-mêmes des portions.
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