Brevet FR2074578A1 — publié le 19711008

La présente invention concerne un type de moteur electrique permettant d'obtenir des couples élevés à to@tes les gammes de vitesses avec ou sans le secours de régulation électronique. Les moteurs-couples actuels sont classés en ris categories : - Moteurs à aimants permanents - Moteurs à reluctance variable - Moteurs à rotors bobinés La plupart ont pour caractéristique d'avoir -w rotor dont e diamètre est relativesent Important par rapport à la 1ongueur du moteur suivant les génératrices de l'axe de rotation. Tous comportent des masses polaires en acier dox dans la masse ou feuilletée, ou en tous cas des flasques de fermeture magnétique. De nombreux types de moteurs dans chacune de ces trois classes répondent à des utilisations plus ou moins spécialisées. D'une façon générale. malgré la diversité de moteurs de toutes catégories, certaines réalisations sont handicapées ou limitées par l'absence de moteurs qui répondent ê certaines exigences techniques. I1 en est notamment pour tous les systèmes qui exigent des variations de vitesses en puissance avec ou sans de multiples couplages électriques synchrones Dans d'autres domaines, traction automobile entre autres, il est recherch en outre l'économie de lténergie embarquée. Les conditions recherchées sont 1- faible courant de démarrage 2- couple élevé dans une grande plage de vitesses 3- reversible en rotation 4- reversible en moteur au générateur 5- puissance massique aussi grande que possible 6- asservissement électronique pou @@@embra@t et économique. La présente invention perget précirément de réumir tous ces paramètres et d'autres encore, tel@ que : - démarrages en charge élevée - absence de surtension inverse de @@@@utation la tension nominale de fonctionnemention par rapport à - faible reluctance du circuit - absence de for habituellement @@ @@aire pour orienter les champs et accroitre le flux. Le moteur faisant l'objet de la présente invention est constitué : 1- d'un stator @@ Fig 11 et 12 constitué par un double bobinage torique Fig 1 dont les spires sont ouvertes en leur partie diamétrale inférieure. Ce bobinage de forme spéciale est @onstitué par des plaques découpées de telle manière qu'elles forment des spires actives S1 et des spires ea retour S2 qui servent à fermer le circuit électrique. Chacune de ces spires-en retour est coupée de préférence à la partie supérieure en c, afin de les relier chacune de l'une à la suivante. Toutes ces spires sont naturelle ment isolées entre elles par laure faces planes mais connec- bées en série par leurs liaisons e C L'ensemble de ces spires convenablement montées sur un disque D Fig 12 lui-meme utilisé comme porte-roulement forme un tors comportant suivant la Fig 1 un vide circulaire intérieur b et un autre vide a autour de la spire SZ concentrique à la première S1 Des moyens appropriés en mécanique sont utilisés pour assurer un montage convenable du stator compte tenu des autres pièces du rotor.Toutes les spires ou plaques conductrices placées côte à côte en formant le tors sont donc en circuit fermé par leurs liaisons en série de l'une à l'autre, la dernière mise en place fermant la premièrc. La liaison en série des plaques ou spires plates est obtenue suivant un mode d'exécution préférentiel au moyen d'un cavalier prenant en contact chaque extrêmité d'une spire à la suivante. 2- D'un rotor Fig 11 et 12 constitué 2.1- soit par au moins deux sections telles S1 et K2 d'ai mants toriques en matériau magnétique de préférence à aimantation permanente. Ces sections d'anneaux tori ques sont logées dans le vide torique du stator comme indiqué sur la Fig 12, leur diamètre transversal est légèrement plus petit que celui du vide afin que ces sections toriques puissent se mouvoir en tournant autour de l'axe x x'. Ces sections sont solidarisées mécaniquement à un moyeu M solidaire de l'axe de ro tation. 2.2- soit par un anneau torique complet constitué par des spires jointives en métal conducteur aS Fig 7. Cet anneau se meut également dans le vide torique et des conditions appropriées mécaniquement permettent d'as surer un montage commode des éléments du stator et du rotor. Comme pour le stator les spires se referment sur elles-mêmes de la dernière à la première. 2.3- soit par un anneau torique- en métal non magnétique libre de tout contact électrique R6 Fig 8. 2.4- En variante Fig 6 on peut réaliser comme en 2.1 des sections d'anneaux toriques à spires jointives au lieu d'aimants permanents. FUNCTI0ASEX T Ce moteur peut fonctionner en utilisant le même inducteur et quatre types d'induits différents tels que sections de tors à aimants permanents sections de tors en solénoïde tors complet en solénoïde tors complet en matériau non magnétique (alu, cuivre, etc..) Dans le cas de sections d'anneaux toriques en matériau magnétique Fig 5, 11 et 12, lton fait circuler un courant dans les spires du stator par l'intermédiaire de contacts glissants cl c2 Fig 12 ou b1.2.3.4 Fig 5. Par commodité ces contacts frottent directement sur le cOté des spires en retour, les parties frottantes étant bien entendu dénudées. Soit par exemple un montage électrique suivant Fig 5 ; on utilise ici quatre balais de manière à constituer quatre secteurs électriques. Ce mode de contacts permet de diviser le tors en quatre sections polaires de telle sorte qu'il suffit de-mettre aux bornes des contacts une tension convenablement polarisée pour créer dans chaque section de tor-s un champ torique successivement N et S dans chaque section. Par la présence des sections annulaires de tors magnétiques mobiles, eux-mêmes polarisés N et S chacun, il va se créer une réaction de champs entre celui engendré par le courant et eelui existant dans les aimants du rotor. Cette réaction de champ va avoir pour effet de mettre en équilibre stati que les aimants permanents par rapport au champ engendré dans le stator. 11 suffit à cet instant de provequer le dépl@@ ement ou rotation des balais ensemble pour en mem temps déplacer le champ engendré dans le stator, et da ce @ t. pro@oquer le déplacement des aimants @ermanents que cherchert constam ment un nouvel (-quilibre. Suivant un mode de fonctionnement plus @éné@@@@ il suitit de caler convenablement les contacts en @@@ida@@@@@ @ @@@ @@p. port avec l'axe de rotation pour que le système fouctionre de lui-même dès qu'une tension convenable est appliquée aux bornes des balais. En effet, le rotor à ce ment se déplace en poursuite et le dispositif crée un couple dont la valeur et le sens de rotation dépendent de l'angle de calage des balais, des polarités, de la tension appliquée, des @onditions do saturation dans le rotor, des limites admissibles de passage du courant dans le bobinage, et finalement, du bras de levier du rotor. Dans le cas où le rotor est constitué par des sections d'anneaux de tors formés par des solénoïdes à spires jointives Fig Ô, le fonctionnement est identique au précédent avec quatre balais au stator s'il s'agit de deux sections au rotor â ceci près qu'il y a lieu de faire passer un courant constant dans les solénoïdes du rotor pour créer le champ auxiliaire obtenu précédemment par les aimants permanents. Dans le cas où le rotor est constitué par un anneau torique fermé Fig 7, la commutation des spires du stator peut être supprimée ; en effet, il suffit de ne pas fermer les spires sur elles-memes au stator comme au rotor, de relier les extrêmités en série ou en parallèle, et d'y appliquer un courant continu comme précédemment pour engendrer un champ magnétique uniforme d'excitation du stator sur le rotor et entratner celui-ci par courants de Foucault. A la limite on peut réaliser un rotor tel que R6 Fig 8 qui peut être assimilé à une spire unique. D'autres dispositions que celles-ci peuvent être adoptées mais toutes ont pour effet de faire tourner un rotor torique ou en sections anneaux toriques dans un stator lui-même torique. Enfin, l'une des possibilités remrquables de ce moteur sans fer, est de pouvoir fonctionner en enceinte cryogénique, c'est à-dire à la limite, en supracondu@@@@ité @@ effet, pr l'absence de fer, le circuit électriqu té dans une une facile à maintenir à basse températurs, ne serait-ce que par la présence du vide a entourant le spire active S1 Fig 1, vide dans le quel il est commods @@ faits circuler un réfrigérant air, azote ou hélium liquides par exemple. En outre. ce dispositif est particulièrement atantageux du fait de la concentration du champ sous forme torique, onc sans dispersion de flux et du fait qu'en supr@@@nductivité le champ d'induction peut atteindre plusiour tesla ce moteur peut ainsi atteindre des performances sans @@mparaison avec les moteurs classiques Déjà en fonctionnement à température ambiante la puissance massique est accea remarquable, inférieure au Kg/Kw, en supraconductivité elle e 24.tei.P:: les limites infé- rieures de l'hecto/Kw. 11 reste é@@dent que des moyens techno logiques, en l'état de la technique, s utilisés pour assu- rer le fonctionnement de ce moteur e cryogénie. Ce type de moteur a été conqu en @ue des applications suivantes par ailleurs non limitatives moteurs de traction et/ou de servitudes pour véhicules ter restres, maritimes et aérien ; moteurs stationnaires pour entraînement des machines de puissance, grues, machines-outils etc... Associés à des dispositifs de régulation et de servocommande électronique, ces moteurs peuvent être avantageusement utilisés en groupe synchrone en multiples unités pour entraîner des machines-transferts, des trains delaminoirs, des cylindres de rotatives, etc... En outre, facilement reversible en sens de rotation et en génératrice, ce type de moteur peut être utilisé comme transmetteur-récepteur au même titre que les servomécanismes à télétransmission, Suivant une extension technologique, ce moteur peut être réalisé sous forme linéaire, les mêmes spires du stator peuvent être utilisées suivant une génératrice droite Fig 4 au lieu d'être placées suivant une génératrice circulaire Fig 3. En ce cas, les applications possibles non limitatives sont les suivantes : véhicules terrestres à sustentation et propulsion magn & iques simultanément, système permettant la propulsion et l'accélération d'engins à vitesses balistiques pour mesures et/ou essais et/ou pour réaliser des rampes de lancement de véhicules ou engins divers Fig 9 et 10. Enfin, un tel système constitué uniquement des éléments de spires du stator peut , sous forme linéaire ou torique, constituer un moteur magnéto-hydrodynamique avec tous les corollaires qui s'y appliquent y compris un accélérateur de particules fonctionnant en cryogénie. XEVENDiCATI0NS Moteur torique pouvant fonctionner à champ constant et/ou par influence suivant divers modes d'alimentation des conducteurs au stator et/ou au rotor à commutation par spire ou groupe de spires ou en direct, caractérisé par 1- La réalisation d'une double spire élémentaire ouverte, de section quelconque et notamment plate, d'épaisseur quelcon que e suivant un mode préférentiel. Fig 1 et 2. La spire intérieure S1 est la spire active permettant de créer un champ à l'intérieur de celle-ci, la spire extérieure plus grande sert de retour au courant ; elle est conçue de manière à ce que le champ créé par celle-ci, soit d'une valeur insignifiante par rapport au centre de la spire S1. 2- La réalisation de bobines droites Fig 4 ou courbes Fig 3 au moyen de ces spires placées cOte à côte et reliées entre elles de manière à former un solénoïde inducteur. 3- La formation d'un tors en plaçant plusieurs bobines autour d'un disque D, constituant ainsi un élément stator inducteur St Fig 5, 6, 7, 8, 11 et 12. 4- La réalisation d'un rotor ou plus généralement élément in duit, constitué par des sections de tors en matériau magné tique dont les polarités sont orientées comme indiqué Fig 5 voir également montage suivant Fig 11 et 12. 5- La réalisation d'un rotor ou plus généralement élément in duit en courbe ou en ligne droite, constitué par un anneau torique ou sections d'anneaux, ou barre droite de solénoïde sans fer. 6- Un montage d'un élément stator avec un élément induit pour réaliser avec l'ensemble un moteur ou une génératrice de forme torique. Fig 11 et 12. 7- Un montage d'un élément de bebines indurtui@es traites et d'induit en matèriau magnétique ou non @@. forme dre@@e @@@ lisant ainsi ttn moteur linéaire Fig 9 8- Un système d'alimentation au moyen de conta@t@ glissants sur une partie dénudée des bohines du stator c1 c2 Fig 12, ou sur des plots formant collecteur et gra@@@@ pl@@@@uis spires Fig 5 et 6, @@ @@@ore der cont@cts @@@ @@@@ @@lié aux spires extrômes libres pour recev@ir une @@@@ion @@ sé rie ou en parallèle entre elles Fig. 7. 9- Un système d'alimentation de même, constitué par th@ri@@@@ ou autres semi-conducteurs reliés à des s groupes de de spires, la commande des gachettes s'opérant soit par un système en poursuite soit par une commande extérieurs 10- La réalisation d'un moteur magnétohydrodynarique au moyen de bobines courbes Fig 3 et/ou droites Fig A. 11- La réalisation au moyen de bobines courbes et/ou droites d'un accélérateur de particules. 12- La réalisation sous une forme quelconque décrite ci-dessus de moteurs tournants ou linéaires fonctionnant en enceinte cryogénique, notamment, par le passage dans des conditions appropriées de fluide réfrigérant dans la section annulaire a Fig 1 de la spire élémentaire.