Brevet FR2405582A1 — publié le 19790504

La présente invention se rapporte aux machines électriques tournantes dans lesquelles un mouvement de rotation est imprimé à un organe. I1 est souvent nécessaire d'imprimer un mouvement de rotation à un organe, ceci autour d'un axe commandé de manière à lui conserver une direction constante à l'encontre de certaines influences extérieures ou de manière à lui faire subir un changement déterminé de direction. C'est notamment le cas dans la technique des antennes, par exemple lorsque le support d'une antenne tournante est destiné à tourner autour d'un axe dont la direction peut etre commandée et l'invention a notamment pour but de réaliser une machine perfectionnée capable d'imprimer un mouvement de rotation à un organe autour d'un tel axe. A cet effet l'invention prévoit une machine électrique tournante capable d'imprimer un mouvement de rotation relatif entre deux organes, caractérisée en ce qu'un premier desdits organes présente une surface qui, au moins en partie, est au moins approximativement sphérique, tandis que le deuxième organe comprend un ensemble de plusieurs dispositifs électromagnétiques disposés sur un cercle pour produire, lorsqu'ils sont excités, des lignes de force coupant ladite surface du premier organe, des moyens étant prévus pour appliquer un courant électrique alternatif polyphasé auxdits dispositifs électromagnétiques de manière à induire une rotation relative entre les deux organes autour d'un axe traversant ledit cercle, ces deux organes étant agencés de manière que la surface au moins approximativement sphérique du premier organe puisse se déplacer radialement le long des dispositifs électromagnétiques du second organe, et des moyens étant prévus pour faire varier la tension et/ou la phase de l'alimentation d'au moins l'un des dispositifs électromagnétiques pour incliner ledit axe de rotation. De préférence chacun des dispositifs électromagnétiques est constitué par un enroulement électromagnétique distinct monté sur un noyau. De préférence le noyau est en forme de "U", la branche médiane s'étendant radialement depuis l'axe dudit cercle, auquel cas les surfaces des assemblages que forment les enroulements et les noyaux correspondants,qui sont tournées vers ladite surface du premier organe, sont situées de préférence au moins approximativement sur la surface d'une sphère imaginaire concentrique à ladite surface du premier organe. De préférence trois enroulements électromagnétiques sont disposés sur le cercle, en étant espacés de 1200, et sont agencés pour être alimentés chacun par l'une des phases d'une alimentation triphasée symétrique. Des moyens mécaniques, tels qu'un palier sphérique, peuvent être prévus pour supporter l'un desdits deux organes par rapport à l'autre. De préférence toutefois, un deuxième ensemble de plusieurs dispositifs électromagnétiques sont disposés sur un second cercle, concentrique au premier, pour produire, lorsqu'ils sont excités, des lignes de force coupant ladite surface du premier organe et une force radiale s'opposant à une autre force radiale produite par le premier ensemble de dispositifs électromagnétiques et tendant à produire un déplacement relatif latéral entre ces deux organes. De préférence chacun des dispositifs électromagnétiques du deuxième ensemble comprend un assemblage formé d'un enroulement et d'un noyau, et de préférence aussi, pour chacun des enroulements électromagnétiques disposés sur le premier cercle, un enroulement est disposé sur ledit second cercle en étant aligné radialement avec l'enroulement correspondant du premier cercle. Dans le cas mentionné immédiatement ci-dessus il est possible dans diverses formes de réalisation de faire supporter le premier organe par le second ou inversement, que par des effets de lévitation électromagnétique. Le premier organe peut comprendre du matériau magnétique. Toutefois, dans certaines formes d'exécution de la machine selon l'invention, le premier organe peut comprendre du matériau non magnétique, tel que l'aluminium ou le cuivre, dans lequel des courants de Foucault sont induits par lesdites lignes de force coupant ladite surface du premier organe. I1 est clair qu'il faut qu'un effet de répulsion se produise entre les deux organes si l'on veut que les effets de lévitation magnétique soient suffisants pour faire supporter le premier organe par le second ou inversement. Dans une autre forme d'exécution,le- premier organe comprend un enrou- lement sphérique, bobiné en cage d'écureuil. De préférence des dispositifs sont prévus pour faire varier la tension et/ou la phase de l'alimentation d'au moins l'un desdits enroulements électromagnétiques, pour commander la direction de l'axe de rotation. Le premier ou le second organe peut être fixé relativement à une surface de référence tandis que le second ou le premier organe peut porter un appareil, tel qu'une antenne destinée à tourner autour d'un axe, relativement à ladite surface de référence. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemple la figure I est une vue en plan du stator d'une première machine selon l'invention; les figures 2 et 3 sont des vues en élévation latérale, avec arrachement partiel, de deux machines utilisant le stator représenté à la figure 1; la figure 4 illustre une variante préférée du stator; la figure 5 est une coupe en élévation d'une autre machine; et la figure 6 est une vue en plan du noyau du stator utilisé dans la machine représentée à la figure 5, à lrétat non bobiné. On a utilisé les mêmes indices de référence pour désigner des parties correspondantes. Le stator représenté à la figure 1 est constitué par un ensemble de trois noyaux 1, 2 et 3 en forme de "U", portant chacun un enroulement 4, 5 et 6 respectivement. Les noyaux 1, 2 et 3 s'étendent radialement depuis un axe vertical 7 et sont espacés angulairement l'un de l'autre de 1200. Les noyaux 1, 2 et 3 et leur enroulement correspondant 4, 5 et 6 sont les mêmes et, comme on le voit le mieux à la figure 2, présentent des surfaces supérieures situées appro simativement sur la surface d'une sphère imaginaire 8 représentée en traits interrompus. Comme représenté à la figure 2, le rotor est constitué par un organe sphérique creux 9 en aluminium. La surface sphérique inférieure de l'organe creux 9 est concentrique à la sphère imaginaire 8. L'organe 9 est soutenu par un ensemble de plusieurs tiges radiales de suspension, dont l'une 10 est représentée. Les tiges de suspension 10 sont fixées en un point fixe (non représenté) situé au-dessus de l'organe 3 et sur l'axe 7. Les tiges de suspension 10 sont fixées audit point fixe, au-dessus de l'organe 9 (par exemple à l'aide d'un collier rotatif) de manière que l'assemblage formé par l'organe 9 et les tiges de suspension 10 puisse tourner autour de l'axe 7 à la façon d'un engin de sport connu sous le nom de "pas de géant". Les longueurs des tiges de suspension 10 sont agencées pour ménager un petit entrefer 11 entre la surface sphérique imaginaire 8 et l'organe 9 en aluminium. L'alimentation des enroulements 4, 5 et 6 est constituée par une source triphasée. La première phase est reliée à l'enroulement 5 (comme représenté en 12), la seconde phase à l'enroulement 6 (comme représenté en 13) et la troisième phase à l'enroulement 4 (comme représenté en 14). Les flèches 15, 16 et 17, associées aux- phases 12, 13 et 14 respectivement, indiquent que les ten sions des trois phases sont réglables les unes par rapport aux autres. Le fonctionnement est le suivant. Les trois phases de l'alimentation étant branchées et les tensions des trois phases étant les mêmes, un champ magnétique est engendré qui tourne. Etant donné les courants de Foucault induits dans le matériau constituant l'organe 9, une force de répulsion est engendrée qui agit en direction du centre de la sphère 8. Cette force de répulsion accouple l'organe en aluminium 9 au champ magnétique tournant et l'organe 9 tourne autour de l'axe vertical 7. Si maintenant la tension de la phase appliquée à l'un des enroulements 4, 5 et 6 est changée, l'organe 9 continue à tourner, mais l'axe de rotation s'écarte de l'axe vertical 7. En d'autres termes, l'organe 9 et son axe de rotation s'inclinent. La forme d'exécution illustrée à la figure 3 est semblable à celle déjà décrite en regard des figures 1 et 2, et utilise un stator tel que celui représenté à la figure 1. Toutefois dans ce cas, les tiges de suspension 10 de la figure 2 sont remplacées par un palier à rotule, unique, 18, qui supporte l'organe 9 sur l'axe 7. Ici aussi l'utilisation d'une alimentation triphasée branchée aux enroulements 4, 5 et 6 fera tourner l'organe 9 autour d'un axe déterminé par les tensions de phase appliquées aux enroulements 4, 5 et 6. Dans les deux formes d'exécution décrites ci-dessus, l'organe 9 tend à être soumis à la lévitation. Dans les deux cas la lévitation est empêchée par la suspension ou le support de l'organe 9. Toutefois, avec le stator illustré à la figure I, il n'est pas possible de supprimer la suspension de l'organe 9 et d'utiliser l'effet de lévitation pour assurer le jeu représenté par l'entrefer 11, étant donné que la position de l'axe de rotation de l'organe 9 est fondamentalement instable indépendamment du réglage des tensions des trois phases et sans la contrainte imposée par la suspension, l'organe 9 tendrait à se déplacer hors du champ. La figure 4 illustre une forme d'exécution dans laquelle la stabilité de la position de l'axe de rotation d'un organe comme l'organe 9 des figures 2 ou 3 est obtenue sans qu'il soit nécessaire de prévoir une contrainte par suspension mécanique. Ceci est obtenu en prévoyant non pas un seul anneau d'enroulements sur le stator comme représenté à la figure 1 mais un anneau intérieur et un anneau extérieur. Les différents enroulements de l'anneau extérieur ont été représentés en 4, 5 et 6 comme à la figure 1 et chacun d'eux est monté sur un noyau 1, 2 et 3, en forme de "U", respectivement comme à la figure 1. L'an neau d'enroulements intérieur est constitué de trois enroulements 19, 20 et 21 montés chacun sur un noyau 22, 23 et 24 en forme de "U", respectivement.On voit dans cet exemple que l'enroulement intérieur 20 est aligné radialement sur l'enroulement extérieur 5, l'enroulement intérieur 21 est aligné radialement sur l'enroulement extérieur 6 et l'enroulement intérieur 19 est aligné radialement sur ltenroulement extérieur 4. Les surfaces supérieures de tous les assemblages formés par les enroulements et les noyaux sont situées approximativement sur la surface d'une sphère imaginaire correspondant à celle 8 de la figure 2. Ici aussi les enroulements 4, 5 et 6 sont alimentés chacun par l'une des phases d'une source d'alimentation triphasée comme représenté en 14, 15 et 16. Chacun des enroulements intérieurs 19, 20 et 21 est également alimenté, comme représenté en 25, 26 et 27 par l'une des phases de la meme source d'ali-. mentation triphasée, mais pas par la même phase que celle alimentant l'enroulement extérieur 4, 5 et 6 avec laquelle elle est en alignement radial. Le but est d'assurer une avance ou un retard de phase entre chaque paire d'enroulements intérieurs et extérieurs alignés. Si l'on admet dans cet exemple que les trois phases de l'alimentation triphasée sont les phases rouge, bleue et jaune conventionnelles, la phase rouge alimente l'enroulement extérieur 5 et l'enroulement intérieur 21, la phase bleue l'enroulement extérieur 6 et l'enroulement intérieur 19 et la phase jaune l'enroulement extérieur 4 et l'enroulement intérieur 20. Dans cette forme dlexécution, ltorgane 9 en aluminium tourne autour d'un axe qui est stable bien qu'entièrement supporté par l'effet de lévitation du champ magnétique. La stabilité de l'axe de rotation est due au fait que l'anneau d'enroulements unique représenté à la figure 1 produit un champ de propagation qui agit radialement vers l'extérieur. Les courants de Foucault induits dans l'organe 9 en aluminium retardent le courant des enroulements et l'écoulement des courants dans la partie de l'organe 9 la plus éloignée de l'axe présente un retard accru dû aux courants les plus proches de l'axe.En prévoyant l'anneau intérieur d'enroulements 19, 20 et 21 et en alimentant ceux-ci par un courant en retard relativement aux enroulements de l'anneau extérieur, on induit une force dirigée vers l'intérieur qui s'oppose à la force dirigée vers l'extérieur mentionnée plus haut. En fait, on parvient non seulement à stabiliser l'axe de rotation, mais on parvient aussi à rétablir cet axe lorsque la position de llor- gane en aluminium est perturbée grâce à une force de rappel. Les forces de répulsion additionnelles améliorent également l'effet de lévitation sans perturber semble-t-il la rotation, comparativement à la disposition utilisée dans le stator de la figure 1. En modifiant la phase de l'un des enroulements extérieurs 4, 5 ou 6, la force radiale exercée par le stator est modifiée et l'organe 9 en aluminium (de même que son axe de rotation) s'incline et tourne tout en demeurant stable. Dans les formes d'exécution décrites ci-dessus, le stator comprend les moyens de formation du champ magnétique, tandis que le rotor constitue l'organe dans lequel les courants de Foucault sont induits. Il est clair que l'on peut inverser les rôles et constituer le rotor par l'assemblage des enroulements. On a décrit un rotor constitué par un organe en aluminium, en d'autres termes en un matériau non magnétique. D'autres matériaux peuvent être utilisés, par exemple le cuivre. De plus, le rotor lui-même peut, selon une variante, être lui-même magnétique, par exemple il peut être constitué par un enroulement sphérique et l'une de ces formes d'exécution sera maintenant décrite en regard des figures 5 et 6. Le stator représenté à la figure 5 est constitué d'un noyau 28, illustré en plan à la figure 6 (à l'état non bobiné),ce noyau portant des enroulements 29 situés sur un anneau extérieur et semblables aux enroulements 4, 5 et 6 de la figure 4, et des enroulements 30 situés sur un anneau intérieur et semblables aux enroulements 19, 20 et 21 de la figure 4. Ici aussi les enroulements 29 de l'anneau extérieur sont alimentés par des phases progressivement différentes, comme d'ailleurs les enroulements de l'anneau intérieur, avec aussi d'autre part un retard entre les enroulements correspondants des anneaux intérieur et extérieur en alignement radial. Le rotor est constitué par un noyau 31 partiellement sphérique, en matériau magnétique, qui, dans cet exemple, est suspendu par des éléments de suspension 32 depuis un arbre inclinable 33, porté par un palier à rotule 34. Un enroulement de rotor en cage d'écureuil 35 est disposé sur le noyau 31 du rotor. En se reportant plus particulièrement à la figure 6, on voit que le noyau est constitué essentiellement de bandes enroulées concentriques. Des rainures pour les enroulements sont représentées en 36. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante capable d'imprimer un mouvement de rotation relatif entre deux organes, caractérisée en ce qu'un premier desdits organes présente une surface qui, au moins en partie, est au moins approximativement sphérique, tandis que le deuxième organe comprend un ensemble de plusieurs dispositifs électromagnétiques disposés sur un cercle pour produire, lorsqu'ils sont excités, des lignes de force coupant ladite surface du premier organe, des moyens étant prévus pour appliquer un courant électrique alternatif polyphasé auxdits dispositifs électromagnétiques de manière à induire une rotation relative entre les deux organes autour d'un axe traversant ledit cercle, ces deux organes étant agencés de manière que la surface au moins approxima tivenent sphérique du premier organe puisse se déplacer radialement le long des dispositifs électromagnétiques du second organe, et des moyens étant prévus pour faire varier la tension et/ou la phase de l'alimentation d'au moins l'un des dispositifs électromagnétiques pour incliner ledit axe de rotation. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que chacun des dispositifs électromagnétiques est constitué par un enroulement électromagnétique distinct monté sur un noyau. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit noyau est en forme de "U", la partie médiane de ce noyau s'étendant radialement depuis l'axe dudit cercle. 4. Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que les surfaces des assemblages que forment les enroulements et les noyaux, tournées vers ladite surface du premier organe, sont situées au moins approximativement sur la surface d'une sphère imaginaire concentrique à ladite surface du premier organe. 5. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que trois enroulements électromagnétiques sont disposés sur ledit cercle, en étant espacés angulairement de 1200, et sont agencés pour être alimentés chacun par l'une des phases d'une source d'alimentation triphasée régulière. 6. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que des moyens mécaniques sont prévus pour supporter l'un desdits organes par rapport à l'autre. 7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que ces moyens mécaniques comprennent un palier sphérique. 8. Machine selon-l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'un deuxième ensemble de plusieurs dispositifs électromagnétiques sont disposés sur un second cercle, concentrique au premier, pour produire, lorsqu'ils sont excités, des lignes de force coupant ladite surface du premier organe et une force radiale s'opposant à une force radiale produite par le premier ensemble de dispositifs électromagnétiques et tendant à produire un déplacement latéral relatif entre ces deux organes. 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que chacun des dispositifs électromagnétiques du deuxième ensemble comprend un assemblage formé d'un enroulement et d'un noyau. 10. Machine selon la revendication 9, caractérisée en ce que, pour chacun des enroulements disposés sur le premier cercle, un enroulement est disposé sur ledit second cercle en étant aligné radialement avec l'enroulement correspondant du premier cercle. 11. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier organe comprend du matériau magnétique. 12. Machine selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le premier organe comprend du matériau non magnétique dans lequel des courants de Foucault sont induits par lesdites lignes de force coupant ladin surface du premier organe. 13. Machine selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le premier organe comprend un enroulement sphérique, bobiné en cage d'écureuil. 14. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits dispositifs électromagnétiques comprennent des enroulements électromagnétiques distincts et en ce que des dispositifs sont prévus pour faire varier la tension et/ou la phase de l'alimentation d'au moins l'un de ces enroulements électromagnétiques, pour commander la direction de l'axe de rotation. 15. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier ou le second organe est fixe relativement à une surface de référence. 16. Machine selon la revendication 15, caractérisée en ce que le second ou le premier organe, suivant le cas, porte ou est agencé pour porter un appareil destiné à tourner autour d'un axe, relativement à ladite surface de référence. 17. Machine selon la revendication 16, caractérisée en ce que l'appareil est constitué par une installation d'antenne.