Brevet FR2695268A1 — publié le 19940304

L'invention concerne un moteur-générateur électrique, notamment pour un véhicule électrique. Lorsqu'un moteur électrique alimenté par une source électrique à capacité limitée est utilisé pour la mise en mouvement d'un ensemble cinématique, il est souvent intéressant de récupérer une partie de l'énergie dépensée en transformant les variations de l'énergie cinétique ou potentielle en courant de recharge. Par exemple, dans un véhicule électrique, les moteurs d'entraînement des roues doivent fournir un couple important lors des phases de démarrage, d'accélération ou en montée. En revanche, lors des décélérations, ou en descente, le véhicule entraîné par son propre poids engendre une énergie cinétique que les constructeurs souhaitent récupérer au mieux et le plus facilement possible. Malheureusement, les dispositifs existants connus de l'inventeur permettant de récupérer cette énergie cinétique ou potentielle manquent d'efficacité et de rendement. Ils sont volumineux, par l'existence d'un ensemble double moteur et générateur en général juxtaposés sur le même arbre. Ils sont par ailleurs peu efficaces car les variations rapides et aléatoires des périodes permettant de récupérer de l'énergie (décélération, freinage, descente d'une pente), ainsi que les variations des vitesses de rotation conduisent à des phases de récupération extrêmement variables en tension et en intensité. Lorsque le moteur électrique lui-même est utilisé comme générateur dans les phases de récupération, les caractéristiques du courant de récupération sont également insatisfaisantes pour recharger les batteries dans de bonnes conditions. Lèmoteur-générateur selon l'invention a pour M but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, il associe dans un appareil unique les fonctions motrices et génératrices. Le dispositif présente l'avantage, outre l'encombrement réduit, de diminuer sensiblement les pertes et fuites thermiques et magnétiques, d'optimiser le rendement et l'efficacité du moteur et du générateur. A cet effet, le rotor comprend au moins deux enroulements superposés ou imbriqués, dont un circuit moteur ou inducteur dont les enroulements sont généralement disposés en périphérie du rotor et un circuit générateur dont les enroulements sont situés en dessous à l'intérieur du volume défini par les enroulements du circuit moteur dans le même ensemble mécanique définissant le rotor autour de son arbre unique. La fonction de générateur existe toujours dès que l'arbre commun tourne de façon motrice ou entraînée. Le moteur-générateur selon l'invention s'avère facile et économique à fabriquer. En raison de son caractère compact, les pertes par frottements et dissipation de chaleur sont réduites. Une des particularités de l'invention concerne la recharge qui existe à tout moment du fonctionnement. Son niveau est fonction du travail demandé. Ainsi, le moteur-générateur selon l'invention peut être considéré comme un producteur double d'énergie: énergie motrice et énergie électrique. Les caractéristiques techniques et d'autres avantages de l'invention sont consignés dans la description qui suit, effectuée à titre d'exemple non limitatif sur un mode d'exécution en référence aux dessins accompagnants dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un moteur-générateur selon l'invention la figure 2 est une vue en coupe transversale du moteur-générateur la figure 3 est une vue en perspective du rotor du moteur-générateur ;; la figure 4 est un schéma montrant diverses variantes de courants de récupération possibles les figures 5 et 6 sont des vues schématiques en perspective du rotor montrant uniquement les enroulements respectivement générateur et moteur, dans une réalisation préférée. L'idée générale inventive consiste à associer sur l'arbre du rotor d'un moteur électrique, notamment celui d'un véhicule électrique, au moins deux circuits en disposition coaxiale autour de l'arbre unique du rotor dont un circuit moteur disposé en périphérie et un circuit générateur se développant à l'intérieur du volume défini par les enroulements du circuit moteur. Plus particulièrement, il existe un ou plusieurs induits intérieurs générateurs utilisés pour recharger les batteries de façon à former un moteurgénérateur compact et performant. Le moteur-générateur selon l'invention, représenté dans son ensemble sur la figure 1, est constitué d'une carcasse 1 de forme générale cylindrique, enveloppant un stator 2 constitué par deux aimants permanents 3 et 4 de forme pratiquement demicylindrique, un rotor 5 se développant autour d'un arbre central de rotation 6. Les aimants 3 et 4 demi-cylindriques formant le stator sont plaqués contre la paroi intérieure 7 de la carcasse 1 et de préférence solidarisés à celle-ci, en vis-à-vis, leurs extrémités longitudinales étant séparées par un intervalle, comme représenté sur la figure 2. Leur épaisseur est déterminée de façon à ménager un espace cylindrique 8 de rotation du rotor, dans lequel existe le champ magnétique transversal engendré par les deux aimants permanents 3 et 4. Ces aimants permanents utilisent les matériaux magnétiques actuels les plus performants de manière à engendrer un champ magnétique puissant. L'arbre 6 du rotor est porté à chacune de ses extrémités 9 et 10 par un palier-roulement respectivement 11 et 12. Cet arbre 6 est relié mécaniquement par exemple à l'arbre de roue d'un véhicule électrique que le moteur a pour fonction d'entraîner en rotation. Par exemple, deux roues seront montées sur les extrémités de l'arbre unique du moteur ou ses prolongations à travers des liaisons à cardan. Le rotor 5 représenté sur la figure 3 est constitué par un empilement d'une succession de disques tels que 13 de tôle métallique fine, de façon à former un ensemble-noyau compact 14, de forme générale cylindrique, d'un diamètre légèrement inférieur à celui de la cavité de rotation. Cet ensemble sert de support mécanique et de noyau magnétique aux enroulements des circuits moteur et générateur. Dans le volume cylindrique formé par l'ensemble métallique 14 existent des encoches rectilignes parallèles et longitudinales telles que 15 (figures 2 et 3) définissant autant de pôles magnétiques tels que 16 sur la surface extérieure 17 de l'ensemble 14 que de surfaces longitudinales bombées les séparant constituant les fractions de surface latérale de l'ensemble-noyau 14. De manière préférée, les encoches débouchent sur la surface latérale de l'ensemble métallique cylindrique 14 selon des fentes de largeur réduite, de façon à obtenir pour les pôles 16 une surface maximale, formant à l'intérieur des espaces 18 libres, disponibles pour l'enroulement des circuits induits. De façon préférentielle, on prévoit un nombre d'encoches important. Sur l'ensemble mécanique du rotor sont établis en superposition ou en imbrication par exemple par bobinage un circuit moteur 19 et un circuit générateur 20. Les enroulements du circuit moteur 19 sont situés de préférence à la périphérie du rotor délimitant un volume annulaire cylindrique qui enveloppe un volume intérieur dans lequel se développent les enroulements du circuit générateur. Pour ce dernier, il s'agit d'un générateur alternatif de haute tension. Les enroulements affectent dans le mode de réalisation représenté sur les figures une succession périphérique de cadres partiellement superposés occupant toute la surface latérale. Chaque circuit induit moteur 19 est formé par un bobinage de fils conducteurs dans une encoche et une autre plus éloignée. L'enroulement par passages successifs dans les encoches est réalisé de manière classique, en fonction du nombre élevé de pôles 16 du rotor. Le circuit induit générateur situé sur le même bloc mécanique tournant, à savoir ltensemble- noyau, du rotor produira de l'énergie en permanence dès la rotation motrice ou entraînée du rotor. De manière préférée, comme représenté sur la figure 5, l'induit générateur 20 est constitué de deux enroulements 21 et 22, par exemple en tambours en vue de produire un courant alternatif haute tension. Ces bobines forment des cadres dont les plans sont dirigés parallèlement à l'axe de l'arbre moteur. Cet induit générateur 20 est disposé à l'intérieur du rotor sous l'induit moteur 19. Selon la forme du courant et l'énergie de récupération désirées, le nombre d'enroulements pourra être supérieur à deux. Les enroulements sont montés en parallèle ou en série. Le circuit induit moteur 19, représenté sur la figure 6, est constitué d'une pluralité d'enroulements successifs tels que 23, montés de manière classique dans les encoches du feuillard. Le nombre d'enroulements (et également d'encoches) pourra varier, mais sera de préférence élevé, comme représenté. Dans l'exemple de réalisation décrit, les circuits moteur et générateur sont disposés de manière superposée sur le rotor respectivement à l'extérieur et à l'intérieur. Bien entendu, d'autres dispositions sont également envisageables. Notamment, le circuit générateur pourra être disposé à la périphérie, ou bien les circuits pourront être imbriqués, par exemple dans le cas d'un nombre d'enroulements générateurs supérieur à deux. Le circuit induit moteur 19 est alimenté en courant continu à partir des batteries par un collecteur multipolaire 24 adapté. Ce collecteur est disposé sur l'arbre à une extrémité du rotor. I1 est en contact permanent avec au moins une paire de charbons 25,26 assurant la liaison électrique avec l'alimentation. A l'autre extrémité du rotor, sont disposées sur l'arbre au moins deux bagues collectrices 27,28 pour le courant de récupération. Ces bagues collectrices, connectées avec le circuit induit générateur, permettent d'obtenir un courant de récupération, ce courant étant de façon préférée un courant alternatif haute tension. Le courant de récupération est -transmis par l'intermédiaire de balais en contact permanent avec les bagues, et utilisé après redressement pour recharger les batteries d'alimentation du moteur. En variante, comme représenté schématiquement sur la figure 4, le nombre de bagues pourra varier de deux 27 et 28 à quatre 27,28,29,30 ou plus, ces bagues étant reliées à des enroulements induits générateurs adéquats, de façon à obtenir en sortie un courant de récupération monophasé, triphasé, ou triphasé plus neutre, selon les bornes N,R,S,T. Pour une autre variante, l'alimentation en courant continu de l'induit moteur est effectuée par l'intermédiaire de plusieurs paires de charbons contacteurs sur le collecteur. Par exemple, deux paires de contacteurs diamétralement opposées seront disposées sur des diamètres perpendiculaires. Ainsi, les enroulements de l'induit moteur pourront être alimentés dans leur totalité, ou bien seulement la moitié d'entre eux, si une paire seulement des charbons est connectée aux batteries d'alimentation. I1 est bien entendu qu'au-delà des moyens décrits, diverses modifications évidentes et variantes simples entrent dans le cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Moteur-générateur électrique comprenant un stator (2) et un rotor (5) mobile en rotation, caractérisé en ce que le rotor (5) présente au moins un circuit induit moteur (19) alimenté par une source de courant continu et au moins un circuit ' induit générateur (20), coaxial au circuit induit moteur et connecté à un moyen de récupération de l'énergie électrique. 2. Moteur-générateur selon la revendication. 1, caractérisé en ce que le circuit générateur (20) est disposé à l'intérieur du rotor (5) sous le circuit moteur (19). 3. Moteur-générateur selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit moteur (19) est alimenté en courant continu. 4. Moteur-générateur selon les revendications 1,2 ou 3, caractérisé en ce que le circuit générateur (20) fournit un courant alternatif haute tension. 5. Moteur-générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit générateur (20) est constitué par deux bobines (21,22) en tambour. 6. Moteur selon les revendications 3, 4 ou 5, caractérisé en ce que l'induit moteur (19) est alimenté en courant continu par l'intermédiaire d'un collecteur (24) à charbons disposé sur l'arbre (6) du rotor (5). 7. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la liaison électrique du moyen de récupération entre l'induit générateur (20) et le circuit de récupération de l'énergie électrique comprend au moins deux bagues collectrices (27,28) disposées sur l'arbre (6) du rotor (5). 8. Moteur selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le collecteur (21) est disposé sur une extrémité (10) de l'arbre du rotor et les bagues collectrices (27,28) sur l'autre extrémité (9) du rotor. 9. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le collecteur (24) est alimenté par l'intermédiaire de plusieurs paires de charbons collecteurs.