Brevet FR2417204A1 — publié le 19790907

La présente invention coocerne de nouveaux perfectionnements dans le fonctionnement des moteurs magne'tiques, du type de ceux comportant un rotor muni , à sa périphérie, d'aimants permanents et tournant dans le champ magnétique créé par au moins deux masses polaires de polarités opposées, qui forment un stator. Un inconvénient de tous les moteurs de ce type est constitué par le fait qu'ils exigent un dispositif auxiliaire, mécanique, électrique ou magnétique pour provoquer l'inversion de polarité sur les éléments magnétiques du rotor, lors de chaque franchissement d'un pSle statorique. Cette inversion est surtout gênante quand on désire obtenir une vitesse de rotation élevée de l'arbre rotorique. La présente invention a pour but d'éviter cet inconvénient en réalisaot un moteur magnétique simplifié capable de fonctionner sens inversion de polarité des aimants (ou analogues) du rotor. Un moteur magnétique selon l'invention comprend un rotor mobile en rotation dans un champ magnétique créé par un stator fixe, la périphérie du rotor étant munie d'un nombre aussi élevé que possible d'éléments magnétisés, par exemple d'aimants permanents et il est caractérisé en ce que l'axe du rotor est disposé dans un champ magnétique statorique ouvert sur une de ses faces, la face opposée du stator étant composée d''organes magnétiques qui relient entre elles les deux masses polaires du stator, si bien qu'on crée une dissymétrie des lignes de force magnétique contenues dans des pians sensiblement orthogonaux à l'axe rotorique, cette dissymétrie permettant une rotation continue du rotor dent tous les éléments magnétisés sont de même polarité. Suivant une première réalisation, l'axe du rotor est placé sensiblement dans le même plan que la ligne joignant les extrémités des masses polaires du stator. I1 est perpendiculaire à cette ligne. Le rotor est muni de barreaux radiaux périphériques en aimant permanent. La demi-circonférence comprise entre les piles et les organes magnétiques (par exemple des plaquettes empilées) du stator est plus influencée par le champ que la demicirconférence extérieure au stator, car les lignes de force magnétiques sont plus concentrées à l'intérieur de la forme en U du stator. Suivant une autre caractéristique, des aimants permanents sont fixés aux extrémités libres des masses polaires statoriques, ces aimants se présentant sous la forme de plaquettes dont la face amenée en contact avec la masse polaire est de meme polarité que ladite masse, la face opposée étant tourne vers l'exté- rieur du stator, tandis qu'enfin ces plaquettes rapportées et polarisées ont un côtA qui dépasse de la masse polaire pour venir en saillie dans l'intervalle entre la périphérie du rotor et les extrémités libres des masses polaires statoriques. Suivant une caractéristique supplémentaire, le positionne~ ment et l'orientation des plaquettes rapportées sont prévues pour augmenter l'énergie magnétique positive appliquée sur les aimants du rotor, faciliter le décrochage de ces aimants à leur passage dans l'axe polaire du stator, tandis qu'elles coupent les lignes de force négatives à l'extérieur du stator, ces lignes étant dirigées vers le centre du champ magnétique. Suivant une caractéristique supplémentaire, un profilé en forme générale de UT est disposé à l'extérieur du stator, les extrémités libres de ce profilé venant en contact respectivement avec -les extrémités des masses polaires statoriques ou avec les plaquettes rapportées, si bien que les lignes de force antagonistes aux forces de rotation du rotor sont rassemblées dans ce proeilé qui ferme également le champ magnétique de chacun des organes aimantés portés par le roter. Suivant une caractéristique supplémentaire, on utilise en combinaison deux stators orientés face à face, décalés suivant une direction parallèle à l'axe du Iotor lequel est muni d'un disque ou analogue portant des barrettes aimantées,polarisées et positionnées de façon que tous les pôles de meAme signe soient disposés dans un mme champ magnétique, alors que tous les pôles de signe opposé sont disposés dans le champ magnétique voisin fourni par le second stator, si bien que les forces antagonistes à la rotation sont annulées par les forces actives du champ voisin.En effet les effets de répulsion,apparaissant sur les barrettes successives quand un de leurs pôles arrive en face de l'extrémité de pole identique d'une masse polaire d'un stator, sont compensés par des effets d'attraction de plus grande valeur, dus à l'interaction entre le pôle opposé de ladite barrette et la masse polaire du stator voisin, l'effet d'attraction étant plus grand que l'effet de répuls-ion, en particulier si l'on utilise les plaquettes rapportées décrites précédemment. Suivant une autre caractéristique, les barrettes polarisées longitudinalement, c'est-dire parallèlement a' l'axe du rotor, peuvent être remplacées par une ou des couronnes magnétisées et présentant une périphérie polarisée pour coopérer avec les champs magnétiques adjacents et décalésl'uìi par rap ni t à l'autre). Suivant une autre caractéristique, on choisit les dimensions des masses polaires statoriques, du rotor et du champ magnétique, ainsi que le nombre et la densité des aimants rotoriques de façon que la quasi-totalité des aimants se trouvent dans une zone active fournissant de l'énergie au rotor, le nombre de ces aimants situés dans les éventuels points morts correspondants aux passages devant les masses statoriques étant,relativement,aussi réduit que possible, En conséquence, on cherche à réaliser le plus grand trajet circulaire possible pour le plus gand nombre d'organes aimantés et polarisés du rotor. Par ailleurs, on peut prévoir des dispositifs simples et connus, tels que des bobinages et des alimentations électriques pour, éventuellement remagnétiser les pôles du stator et/ou les plaquettes rapportées. Ces dispositifs constituent des sources auxiliaires d'énergie; leur utilisation est temporaire. Le fonctionnement du moteur de l'invention est assuré par des moyens uniquement magnétiques qui autorisent une vitesse de rotation de l'arbre rotorique théoriquement il limitée, puisqu'aucun mouvement mécanique ou autre n'est nécessaire. On remarquera que, plus la vitesse est grande, plus le décrochage des barreaux (ou analogues) rotoriques est facilité lors du franchissement des extrémités des piles du stator. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, permettra de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention. Fig. 1 est une vue de côté d'un mode simplifié de réalisation d'un moteur magnétique selon l'invention. Fie .2 est une vue en perspective d'une autre variante préférée. Fig. 3 est une vue de côté correspondant à la figure 2. Fig. 4 montre un autre perfectionnement du moteur. Fig. 5 est une coupe suivant les fiches VS ure 6) pour illustrer les positions détaillées du rotor et des stators d'un moteur à deux stators décalés. Fig. 6 est une vue de cgté d'une variante à deux stators décalés parallèlement à l'axe du rotor. On a représenté sur la figure 1 un moteur magnétique composé d'un stator fixe 1 et d'un rotor 2, mobile dans le champ magnéti que c@@é par Je stator. Le rotor tourne autour d'un axe 3 orienté perpendiculairement à la forme générale en U définie par les élé- nents du stator qui comprend - une première masse polaire 6 constituée par une ou plusieurs plaques en matériau magnétique et dont l'extrémité libre présente, par exemple, une polarité Sud',dite S - une seconde masse polaire 7, de structure analogue et sensiblement parallèle à la masse 6, mais dont la polarité est opposée, pour former le pole "Nord" ou N du stator;; - une colonne 8 magnétique, réalisée par exemple par empilement d'un nombre aussi important que possible de plaquettes en céramique, magnétisées ; cette colonne fournit un champ magnétique classique qui se referme sur les pôles Nord et Sud des masses polaires. L'empilement de plaquettes constitue le fond du U statorique, les branches de ce U étant formées par les masses polaires 6 et 7. Les lignes de force du champ sont essentiellement concentrées entre les masses polaires, c'est-à-dire dans l'espace ouvert 10 intérieur à la forme en U du stator. On peut, bien sur, compléter ce stator par un bobinage ou analogue (non représenté) entoutant les plaquettes empilées 9, de façon a' constituer une source d'énergie capable de remagnétiser le stator dont 1 'énergie magnétique est transmise au rotor 2. Le rotor 2 comprend essentie lement : - un disque 4, calé sur l'arbre 3 et élaboré en un matériau amagnétique; - des barreaux ou aimants permanents 5 disposés tadialement et ports par la périphérie du disque 4 ; tous les barreaux ont, extérieurement, la même polarité, par exemple "nord" ou n. On a vu que le champ, donc les lignes de force, était sensi dément plus élevé a l'intérieur du t statorique (espace 10) que dans la région située au-delà et à l'extérieur des extrémités libres (ou pointes) des masses polaires stntoriqL.es. Le stator étant ouvert d'un côté, il y a une dissymétrie dans la répartition des lignes de force. Selon l'invention, on utilise cette dissymétrie pour assurer la rotation de l'axe 3 sans qu'il soit nées aire de prévoir un dispositif d'inversion de polarité des barreaux 5 à chacun de leurs passages devant les masses polaires S et N. A cet effet, on place l'axe rotoriqtRe 3 a;)proximativ-ement d tes l'axe des extrémités libres des masses polaires 6 et 7. Dans l'exemple de la figure f,les interactionsentre les barreaux rotoriques 5 et les poles S et N du stator sont représentées, dans l'espace 10, par les forces F qui agissent dans le même sens pour faire tourner le rotor suivant la flèche 11. On obtient une répulsion après le franchissement du pôle N et une attraction vers le pôle S (les barreaux aimantés 5 étant de polarité n Tous les barreaux situés dans l'espace extérieur au U sont soumis à des forces d'attraction (vers le pôle S) et de répulsion (de la part du pôle N). Ces forces f sont toutes de même sens et opposées aux forces F. Elles tendent à ralentir et, normalement à arrter|la rotation 11.Mais la dissymétrie du champ et la position du rotor font que ces forces antagonistes f sont sensiblement inférieures, en valeur absolue, aux forces F . Ainsi, le rotor continue de tourner de façon permanente sans que la polarité des barreaux 5 soit inversée. On notera que les barreaux arrivant dans la zone de Itaxe de l'extrémité des masses polaires statoriques deviennent inactifs, le temps de traverser cette zone qui constitue un "point mort" au niveau de chaque pôle S et N. On réduit l'importance relatie de ces points morts en augmentant autant que possible le nombre de barreaux 5 et la longueur de leur trajectoire circulaire. Pour la même raison, on augmente la grandeur du champ magnétique. Ceci a une autre conséquence bénéfique. En effet,on sait que pour deux barreaux 5 situés de part dt d'autre d'un pôle statorique et à la même distance de ce pâle, on a : F > f . Ceci est valable pour toutes les paires de barreaux. Par ailleurs, l'éner- gie résultante provoquant la rotation il est fonction de la différence F - f d'une part et du nombre de ces forces résultantes d'autre part. Toutes ces forces ayant le même signe, l'augmenta~ tion du nombre de barreaux augmente le nombre d'interactions entre les aimants du rotor et les poules du stator, ce qui accro4t l'énergie appliquée sur le rotor pour le faire tourner. La construction illustrée sur les figures 2 et 3 améliore l'efficacité du dispositif. Des aimants permanents 12 et 13 sont fixés à la pointe des masses polaires statoriques 6 et 7. L'aimant 12 fixé sur la masse de pssle S est constitué par exemple par une plaquette de ferrite magnétisée et polarisée. La face de polarité "sud" s est plaquée contre la pointe libre de la masse sud S du stator. La face opposée, de polarité nord n est orientée vers l'extérieur du stator en UT ouvert. Par ailleurs, le bord 14 de la plaquette rapportée 12 déborde de la masse polaire et vient en saillie dans l'intervalle entre le contour extérieur du rotor et des barreaux 5 et la face interne de la masse polaire statorique. La plaquette 13 est positionnée de la même façon, c'est-à-dire que son pôle nord est plaqué contre la pointe libre de la masse polaire nord du stator1 comme illustré en figure 3. Les plaquettes 12 et 13 jouent un double rôle qui facilite le décrochage des barreaux aimantés 5 lors de leur passage devant les p8les du stator. Tous les barreaux 5 (supposés de polarité nord) qui se trouvent à l'intérieur de l'espace 10, sont soumis, notamment quand ils sont à proximité des pôles, à des forces d'attraction ou de répulsion f dues aux parties débordantes des plaquettes 12 et 13. Etant donné la nature des polarités dominantes vers l'intérieur du champ, les forces f1 sont de signes identiques entre eux et de meme sens que les forces F auxquelles elles s2ajoutent. La rotation du rotor est alors assurée par la somme des forces F + f . D'un autre conté, les pôles n (pour la plaquette 12) et s (pour la plaquette 13) réduisent sensiblement l'interaction entre les masses polaires et les barreaux 5 situés à l'extérieur du stators. Ils donnent naissance, respectivement, à des forces de répulsion et d'attraction qui compensent les forces f créées par les masses polaires. Les forces f1 et f crééeslpar les aimants rapportés 12 et 13 sont les plus élevées au voisinage des masses polaires S et N, ctest-à-dire dans la zone de décrochage des barreaux du rotor, ce décrochage étant ainsi facilité. Autre intérêt de ces plaquettes (ou analogues) rapportées consistent en ce qu'elles forment une "barrière" magnétique pour les lignes de force dont le trajet est situé normalement vers l'extérieur du champ (au-delà des extrémités des masses polaires). Les plaquettes 12 et 13 dirigent les lignes de force vers itin- térieur du U statorique, ou dans l'axe polaire du stator, la grandeur des effets antagonistes f étant ainsi réduite. En ajoutant au dispositif illustré sur la figure 3 un profilé 14 en forme, par exemple de U ou de demi-cercle, on facilite encore le trajet des airnants rotoriques dans la portion située a l'extérieur de l'espace 10. Ce profilé li t disL,ose drns le prolongement et du côté ouvert du stator 1. Ses extrémités libres 15 et 16 viennent a proximité ou en contact rtspectlvcment avec les faces extérieures nord n de la plaquette 12 et sud s de la plaquette 13. Le profilé 14 entoure le trajet suivi par les barreaux 5 à l'extérieur du U du stator.Il rassemble les lignes de force qui s'opposent à la rotation de l'axe 3. De plus, il annule le flux magnétique des barreaux rotoriques circulant à ltextérieur du stator. A cet effet, le profilé 14 peut présenter une section, prise suivant un plan parallèle à l'axe 3 du rotor1 dont la forme est en U, le profil demi-cylindrique 14 étant complété par des joues latérales 17. Le circuit magnétique de chaque barreau 5 se ferme,par les joues 17, directement sur la masse, par exemple en acier doux, qui supporte les barreaux du rotor(figure 4). Dans le sens de l'axe rotorique 3, les lignes de force du champ magnétique ne dépassent que très peu sur les côtés des masses statotiques. Or utilise cette observation pour réaliser la variante illustrée aux figures 5 et 6. Cette construction constitue un champ magnétique à double effet. Elle comprend - un premier stator 20, ouvert sur le côté droit et de structure analogue à celle décrite en regard de la figure 1; - un secorristator 21, de meome type, mais ouvert sur le côté gauche - un rotor comportant une masse d'acier doux 22,calée sur l'arbr-e 3, tandis que des encoches périphériques 23 et 24 sont taillées dans cette masse pour la mise en place d'aimants permanents ou de barrettes magnétisées 25. Si l'on considère la figure 5 (coupe vue de dessus), on voit que les stators 20 et 21 se font face avec un décalage égal à environ leur largeur. Tous les éléments magnétiques montés dans les encoches 24 sont de polarités identiques et opposées à la polarité des éléments 25 montés dans les encoches 23 La pièce rotorique 22 est disposée de telle façon que toutes les barrettes magndtisées et polarisées 25 des encoches 2's circulent dans le champ du stator 20, tandis que les barrettes, polarisées en sens inverse et fixées dans les encoches 23 circulent dans le champ du stator 21. Les deux stators ont, par exemple,leurs masses polaires sud S eu haut et leurs masses polaires nord N en bas. Les masses de même polarité sont adjacentes.Les barrettes 25 sou luises au champ de 20 rie sont pratiquement pas influencées par le second sttor. Elles sont routes de polarité nord n (par exemple) Les barrettes disposées dans les encoches 23 sont alors de polarite d s. Dans ces conditions, an réalise un moteur fonctionnant suivant l'invention et dont le rotor 26, placé de façon que son axe 3 est sensiblement à l'aplomb de ltaxe polaire de chaque stator, est soumis à un double effet qui tend à le faire tourner suivant la flèche 30. n effet les forces principales des deux champs magnétiques, c'est-a-dire les forces intérieures aux formes en , sont toutes dirigées dans le meme sens, alors que les forces antagonistes sont pratiquement annules. Bien entendu, le moteur peut présenter d'autres formes de construction pratique, sans qu'on sorte du cadre de l'invention. Par exemple, dans la variante à double effet (ou à effet multiple si l'on augmente le nombre de stators), une paire de barrettes 25 peut être remplacée par un barreau en aimant permanent, disposé axialement, tous les barreaux étant prévus de façon que tous les pôles nord soient sur la mAme périphérie, distincte de celle qui tourne dans le champ du stator voisin et sur laquelle sont situés tous les pôles sud des barreaux. On peut également remplacer avantageusement les aux séries de barrettes magnetisées par deux couronnes constituant des aimants permanents et polarisées l'une en nord et l'autre en sud. On peut encore combiner le moteur double effet aXec la réa- libation à plaquettes rapportées. Cette invention présente, comme avantage important, la suppression de tout dispositif d'inversion de polarité. Ceci signifie un appareil simplifié, moins coûteux et autorisant une vitesse accrue pour la rotation de i'arre du rotor. REVENDICATIONS 1. Moteur magnétique comprenant un rotor mobile en rotation dans un champ magnétique créé par un stator, le rotor étant muni, à sa périphérie, dtéléments magnétiques polarisés, caractérisé en ce que le champ magnétique est ouvert, le stator présentant un côté non fermé, alors que l'axe du rotor est décalé vers les extrémités libres, ou pointes, des masses polaires du stator de forme générale plane, si bien que la forme ouverte du stator et la position relative de l'axe du rotor créent une dissymétrie des lignes de force magnétiques, des moyens étant prévus pour accentuer cette dissymétrie et assurer une rotation permanente du rotor sans inversion de polarité au passage des p8les du stator. 2. Moteur magnétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le stator a une forme générale en U ouvert, les branches du U étant constituées par les masses polaires de signes opposés, tandis que le fond du U comporte des éléments magnétisés, par exemple des plaquettes de ferrite empilées. 3. Moteur magnétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe du rotor est disposé dans le plan contenant l'axe polaire reliant les deux extrémités libres des masses polaires statoriques, tandis que la pétiphérie du rotor comporte des barreaux radiaux ayant tous la même polarité extérieure, ces barreaux en aimant permanent étant plus influencés dans la partie de leur trajet intérieure au stator que dans la partie extérieure, ou située au-delà des pointes des masses polaires statoriques. 4. Moteur magnétique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que des plaquettes ou analogues, magnétisées et polarisées, sont fixées aux extrémités libres des masses polaires statoriques, le pôle nord des plaquettes de la masse nord étant plaqué contre le stator, alors que le pôle sud de la ou des plaquettes fixées à la masse sud est plaqué contre le stator, de telle façon qu'on amene en contact les pôles en répulsion, alors qu'enfin les faces opposées des plaquettes constituent la nouvelle pointe de chaque masse polaire et présentent une polarité différente de la masse statorique à laquelle elles sont fixées. 5. Moteur magnétique suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les plaquettes rapportées dépassent de la face interne de la masse polaire à laquelle elles sont fixées, ces plaquettes venant en saillie dans l'intervalle entre le trajet circulaire des arêtes extérieures du rotor et la face interne du stator, si bien que l'orientation de leurs polarités constitue une barrière magnétique contre les lignes de force qui tendraient à se refermer sur l'extérieur du stator ouvert, ces lignes de force étant ainsi dirigées vers le centre du champ magnétique. 6. Moteur magnétique suivant les revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les plaquettes rapportées polarisées créent des forces qui s'ajoutent aux forces de rotation et qui s'opposent aux forces antagonistes naissant à l'extérieur du stator. 7. Moteur magnétique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les lignes de force magnétique extérieures sont rassemblées dans un profilé en demi-cercle qui rejoint, par ses extrémités, les deux masses polaires statoriques, tandis que la section de ce profilé a une forme en U permettant de fermer le circuit magnétique de chaque barreau du rotor. 8. Moteur magnétique suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 4, caractérisé en ce qu'il comprend deux stators de structures identiques, décalés suivant une direction parallèle à l'axe du rotor et ouverts l'un en regard de l'autre, tandis que le rotor comprend deux séries de pales de signes opposés, tous les éléments ou pôles de polarités identiques étant soumis à la seule influence de l'un des stators décalés et dont les piles de même signe sont adjacents, si bien qu'on obtient un moteur à double, ou à multiple effet.