Brevet FR2797533A1 — publié le 20010216

"MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE A COURANT ALTERNATIF" La présente invention concerne une machine électrique tournante du type moteur-générateur, propre à transformer la puissance électrique alterna tive qui lui est fournie en puissance mécanique et en puissance électrique. Les moteurs électriques à courant alternatif délivre une puissance mé canique inférieure à la puissance électrique absorbée, avec une perte non né gligeable. Ils ont un rotor en acier et en aluminium, qui est entraîné par un champ magnétique tournant, d'où une perte d'énergie dans le rotor du fait de ses composants inertes. De plus, ils ne présentent aucune possibilité de fourniture de puissance électrique. La machine électrique selon l'invention permet de remédier à ces in convénients. Une machine électrique tournante à courant alternatif du type moteur générateur, étant constituée conformément à l'invention, se caractérise en ce qu'elle comporte - un rotor intérieur ayant au moins sa périphérie qui est constituée en acier doux et qui supporte des aimants permanents à aimantation radiale ré partis de manière à présenter une alternance de pôles N et S, lesdits aimants étant constitués en un matériau à très forte induction, - et un stator annulaire entourant coaxialement le rotor, ce stator étant constitué en acier doux et présentant intérieurement des noyaux d'étendue ra diale qui supportent chacun . une bobine émettrice disposée en regard et à proximité du rotor, . et une bobine réceptrice disposée radialement en arrière de la bobine réceptrice, et en couplage magnétique avec la bobine émettrice située sur le même noyau, - les bobines émettrices étant disposées avec leurs sens d'enroulement alternativement inversés d'une bobine à la suivante, toutes les bobines émettri ces étant connectées les unes aux autres en série, entre deux bornes d'alimentation électrique de la machine, - les bobines réceptrices étant disposées avec leurs enroulements res pectifs tous dans le même sens, toutes les bobines réceptrices étant connec tées les unes aux autres en série, entre deux bornes entre lesquelles apparaît une tension lorsque la machine est en fonctionnement. De préférence, pour parvenir à une machine de caractéristiques opti males, les aimants permanents présentent une énergie d'au moins 280 kJlm3, et typiquement une induction d'au moins 12.300 Gauss, et à cette fin il est inté ressant d'avoir recours à des aimants en néodyme-fer-bore. Toujours dans le but d'obtenir des performances optimales, il est sou haitable de multiplier au maximum le nombre des aimants, et pour cela les ai mants permanents du rotor sont disposés en succession serrée sur la susdite périphérie. Enfin, pour obtenir une machine parfaitement équilibrée, il est souhaita ble que les bobines émettrices soient toutes identiques et de mêmes caracté ristiques, et de même que les bobines réceptrices soient toutes identiques et de mêmes caractéristiques. De préférence, les bobines émettrices et réceptri ces sont identiques et de mêmes caractéristiques. Grâce à l'invention, on obtient une machine électrique tournante qui, d'une part, est propre à délivrer sur son arbre de sortie, solidaire coaxialement du rotor, une puissance mécanique accrue grâce à ses aimants permanents de très grande puissance montés sur le rotor et qui, d'autre part, est apte à resti tuer une puissance électrique annexe grâce à ses couples de bobines réceptri- ces-émettrices fonctionnant en transformateurs. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation préféré donné uniquement à titre d'exemple non limitatif. Dans cette description on se réfère aux dessins annexés sur les quels - la figure 1 est une vue de face de la machine de l'invention, montrée ouverte, et - la figure 2 est une vue de côté de la machine de la figure 1. En se reportant maintenant à ces deux figures, la machine électrique tournante conforme à l'invention comporte un stator annulaire 1, extérieur, en tourant un rotor central 7 qui lui est coaxial. Le stator annulaire 1 est constitué en acier doux, par exemple sous forme de plaques minces formant une couronne présentant intérieurement une multiplicité de noyaux 2 (ici au nombre de six) d'étendue radiale et sur chacun desquels sont emboîtées une bobine émettrice 4 disposée vers l'extrémité libre (côté rotor) du noyau et une bobine réceptrice 5 disposée en arrière (côté cou ronne) de la bobine émettrice. Les paires de bobines réceptrice et émettrice de chaque noyau sont couplées magnétiquement à la manière d'un transforma teur. Les bobines émettrices 4 sont disposées avec leurs sens d'enroulement alternativement inversés d'une bobine à la suivante. Toutes les bobines émet trices 4 sont connectées les unes aux autres en série par des conducteurs 18, entre deux bornes d'un bomier d'entrée 9 pour l'alimentation électrique alterna tive 12 de la machine. De préférence, toutes les bobines émettrices 4 sont identiques et de mêmes caractéristiques (même nombre de spires constituées du même fil, même valeur ohmique, ... ). Les bobines réceptrices 5 sont disposées avec leurs sens d'enroulement respectifs tous dans le même sens. Les bobines réceptrices 5 sont toutes connectées les unes aux autres, en série, par des conducteurs 19, entre deux bornes d'un bomier de sortie 10 entre lesquelles est disponible une tension al ternative 13 lorsque la machine est en fonctionnement. De préférence, toutes les bobines réceptrices 5 sont identiques et de mêmes caractéristiques (même nombre de spires constituées du même fil, même valeur ohmique, ... ). Les enroulements des bobines émettrices 4 et les enroulements des bo bines réceptrices 5 peuvent posséder le même nombre de spires. Les enrou lements des bobines émettrices 4 et réceptrices 5 sont constitués d'un conducteur de cuivre de même diamètre et possèdent la même valeur ohmique en correspondance avec le courant alternatif 12 appliqué aux bornes d'entrée 9 pour éviter tout échauffement excessif. Autrement dit, les bobines émettrices 4 et réceptrices 5 sont identiques. Le rotor 7, situé intérieurement et coaxialement au stator 1, est constitué sous forme d'une masse cylindrique de révolution en aluminium calé en rota tion sur un arbre de sortie 8 supporté, de part et d'autre, dans respectivement deux cages à roulements 11 montées sur des traverses 14 fixées elles-mêmes sur le stator 1 par des boulons 17 passant par les entretoises 15 et les trous 16 du stator 1 comme illustré à la figure 2. Le rotor 7 est entouré étroitement par une bague 6 en acier doux (par exemple emboîtée sur le rotor). Pour canaliser le flux magnétique et éviter des courants inductifs nuisi bles, on fixe sur la bague 6, une multiplicité d'aimants permanents 3 à aiman tation radiale. Ces aimants sont disposés de manière à présenter une alter nance de pôles N et S. Les aimants 3 sont choisis avec des caractéristiques optimales propres à engendrer un couple maximal : ils présentent ainsi une énergie d'au moins 280 kJlm3. Typiquement, ils sont constitués en un matériau à très forte induction, d'au moins 12.300 Gauss, et à cette fin on peut avoir re cours à des aimants en néodyme-fer-bore qui sont disponibles dans le com merce. Les aimants sont disposés en succession serrée sur la périphérie de la bague en acier doux 6 (ils sont au nombre de dix-huit dans l'exemple illustré sur la figure 1). L'entrefer entre les extrémités frontales en regard des aimants perma nents 3 du rotor et des noyaux radiaux 2 du stator est aussi réduit que possi ble, afin d'améliorer le rendement de la machine au mieux. Lorsqu'une tension alternative est appliquée aux bornes d'entrée 9 de la machine, le rotor 7 tourne avec une vitesse constante déterminée par la fré quence de la tension alternative d'entrée. La mise en oeuvre d'aimants perma nents à très hautes performances permet de disposer, sur l'arbre de sortie 8, d'une puissance considérablement accrue. De plus, les bobines réceptrices 5 montées en tandem derrière les bobi nes émettrices sur les noyaux 2 du stator permettent, grâce à la force électro magnétique produite par le déplacement des aimants permanents 3 et des champs magnétiques des bobines émettrices 4, de générer une énergie élec- trique alternative secondaire aux bornes 10 entre lesquelles sont connectées en série les bobines réceptrices 5. En définitive, la machine électrique tournante conforme à l'invention permet, à partir d'une énergie électrique alternative appliquée à ses bornes d'entrée 9, de disposer simultanément d'une énergie mécanique accrue sur son arbre de sortie 8 et d'une énergie électrique alternative secondaire sur ses bornes de sortie 10. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante à courant alternatif, du type moteur- générateur, caractérisée en ce qu'elle comporte - un rotor intérieur (7) ayant au moins sa périphérie (6) constituée en acier doux et supportant sur celle-ci des aimants permanents (3) à aimantation radiale répartis sur ladite périphérie de manière à représenter une alternance de pôles N et S, lesdits aimants (3) étant constitués en un matériau à très forte induction, - et un stator annulaire (1) entourant coaxialement le rotor (7), ce stator (1) étant constitué en acier doux et présentant intérieurement des noyaux (2) d'étendue radiale qui supportent chacun . une bobine émettrice (4) disposée en regard et à proximité du rotor, . et une bobine réceptrice (5) disposée radialement en arrière de la bo bine réceptrice, et en couplage magnétique avec la bobine émettrice si tuée sur le même noyau, - les bobines émettrices (4) étant disposées avec leurs sens d'enroulements alternativement inversés d'une bobine à la suivante, toutes les bobines émettrices (4) étant connectées (18) les unes aux autres en série, en tre deux bornes (9) d'alimentation électrique de la machine, - les bobines réceptrices (5) étant disposées avec leurs enroulements respectifs tous dans le même sens, toutes les bobines réceptrices (5) étant connectées (19) les unes aux autres en série, entre deux bornes (10) entre lesquelles apparaît une tension lorsque la machine est en fonctionnement. 2. Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les aimants permanents présentent une énergie d'au moins 280 kJlm3. 3. Machine électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les aimants permanents sont en néodyme-fer-bore. 4. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce que les aimants permanents du rotor sont disposés en succession serrée sur la susdite périphérie. 5. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce que les bobines émettrices (4) sont toutes identi ques et de mêmes caractéristiques. 6. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications précé dentes, caractérisée en ce que les bobines réceptrices (5) sont toutes identi ques et de mêmes caractéristiques. 7. Machine électrique selon les revendications 5 et 6, caractérisée en ce que les bobines émettrices (4) et réceptrices (5) sont identiques et de mêmes caractéristiques.