Brevet FR3025059A1 — publié le 20160226

"Moteur ou génératrice synchrone électromagnétique à plusieurs entrefers et flux magnétique diagonal " La présente invention porte sur un moteur ou une génératrice synchrone électromagnétique à plusieurs entrefers et flux magnétique diagonal, ce flux se différenciant d'un flux axial ou radial ou d'une combinaison de ces deux types de flux. Selon l'état de la technique, un mode de réalisation classique de moteur se compose d'au moins un rotor formant son élément tournant et d'au moins un stator formant son élément fixe. Le rotor peut comprendre au moins une série d'aimants permanents et le stator peut comprendre au moins une série de bobinages. Quand la série ou les séries de bobinages sont alimentées électriquement, le rotor qui est fixé à l'arbre d'entraînement du moteur est soumis à un couple résultant du champ magnétique ainsi créé. Selon la direction du flux magnétique créé, un moteur est désigné comme étant de flux axial, radial ou transverse. Pour une génératrice, c'est la rotation du rotor qui créé un courant induit dans les séries de bobinages. Pour un moteur à flux axial, la ou chaque série d'aimants présente une forme d'arc de cercle épais. Les aimants sont dits à flux axial car leur champ magnétique est orthogonal au plan de l'arc du disque formant le corps du rotor. Le centre de l'arc de cercle passe par l'axe d'entraînement du moteur ou de la génératrice électromagnétique. Il existe aussi des moteurs synchrones à flux magnétique radial dirigé vers le centre du moteur et des moteurs synchrones à flux transverse. Un moteur à flux transverse présente la configuration suivante : un stator avec une unique bobine axiale avec plusieurs circuits magnétiques, des étriers, d'orientation orthoradiale et chevauchant le bobinage, le rotor conservant son rôle de rebouclage du flux magnétique mais présentant des aimants à la nouvelle configuration des étriers statoriques et de bobinage. Pour ces deux types de moteur synchrone, il a aussi été développé une structure multi-entrefers, c'est-à-dire présentant au moins un stator entre deux 3025059 2 rotors ou au moins un rotor entre deux stators. Ceci permet d'augmenter le couple délivré par le moteur mais présente le désavantage de compliquer la construction et l'encombrement du moteur. De plus en plus les moteurs synchrones doivent remplir l'exigence de 5 présenter un encombrement le plus réduit possible tout en fournissant la plus forte puissance possible. Il a donc été aussi proposé des moteurs combinant un flux axial à un flux radial. Le document W0/2011059162 décrit un moteur ou une génératrice à aimants permanents à flux axial qui combine un mode de flux axial avec un 10 mode à flux radial. Ce moteur ou générateur comporte un premier et un deuxième rotor comprenant chacun au moins un aimant, lesdits aimants étant installés dans des sens opposés, un premier et un deuxième stator comprenant chacun une bobine à chacune des extrémités d'un noyau, face à face, ledit noyau comprenant une unité de fixation reliée à sa partie centrale et 15 fixée à un support externe d'ancrage à interposer entre le premier rotor et le deuxième rotor. Le moteur ou la génératrice selon ce document comprend aussi une culasse qui est écartée des aimants installés dans les premier et deuxième rotors et qui est reliée aux premier et deuxième rotors par l'intérieur pour 20 former un circuit de flux magnétique. De ce fait, un tel moteur ou génératrice associe les avantages d'un flux axial et d'un flux radial. De plus, en disposant de deux stators entre les aimants, le couple en un lieu donné peut être doublé, ce qui donne un moteur ou une génératrice à haut rendement. 25 Il est cependant souhaitable de pouvoir encore augmenter le couple produit par un moteur synchrone tout en n'augmentant pas notoirement son prix ou son encombrement. Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un moteur ou une génératrice qui puisse délivrer un flux magnétique lors de son 30 fonctionnement non dérivé d'un flux axial ou radial ou d'une combinaison de ces deux flux, ce flux magnétique permettant d'augmenter notoirement le couple fourni par le moteur ou l'énergie délivrée par la génératrice tout en conservant une grande compacité au moteur ou à la génératrice, ce moteur ou cette génératrice pouvant supporter une vitesse de rotation élevée du rotor. 3025059 3 A cet effet, on prévoit selon l'invention un moteur ou une génératrice électromagnétique comprenant un rotor avec un corps sous forme d'un disque solidaire d'au moins un arbre d'entraînement médian, au moins un stator, un entrefer étant défini entre le rotor et ledit au moins un stator, au moins un 5 aimant permanent étant porté par le rotor et au moins un bobinage associé étant porté par ledit au moins un stator, ledit au moins un bobinage étant positionné pour créer un flux magnétique sur ledit au moins un aimant quand alimenté électriquement ou inversement, caractérisé en ce que le rotor comprend au moins deux aimants s'étendant selon deux directions différentes 10 dont au moins un s'étend en saillie et en révolution du corps du rotor en faisant avec le corps un angle différent de 0° et de 90°, un bobinage étant prévu de chaque coté de chaque aimant. Un tel moteur ou génératrice électrique ne peut être qualifié de moteur ou génératrice à flux radial ou à flux axial ou même à flux combiné radial et 15 axial. Le flux créé s'apparente plutôt à un flux diagonal selon le positionnement des aimants notamment quand ceux-ci sont positionnés en section axiale dans une configuration étoilée. Il est possible ainsi d'avoir un moteur ou une génératrice à multiples entrefers avec une puissance multipliée par le nombre d'aimants formant des branches de direction différente sur le 20 rotor. Avantageusement, lesdits au moins deux aimants sont inclinés l'un par rapport à l'autre en section axiale du rotor. Ceci permet de conserver un intervalle se rétrécissant plus on se rapproche du rotor et de garantir que les aimants prennent un minimum de place en exploitant tout l'espace entourant 25 la portion du rotor qui porte les aimants. Avantageusement, lesdits au moins deux aimants sont répartis tout autour du corps sous forme de disque du rotor en laissant un intervalle entre eux dans lequel est logé un bobinage, le flux magnétique créé par le bobinage s'exerçant sur les deux aimants l'entourant ou inversement pour une 30 génératrice. Il est ainsi obtenu une distribution uniforme des aimants tout autour du corps du rotor. Avantageusement, chaque bobinage présente une forme spécifique à son intervalle associé. Ceci permet d'exploiter au maximum l'intervalle associé. 3025059 4 Avantageusement, chaque bobinage présente une forme en pointe se rétrécissant vers la portion du rotor séparant deux aimants adjacents. Ainsi, l'intervalle entre deux aimants est pratiquement complètement rempli par une bobine, d'où un gain de place et l'obtention d'un moteur ou d'une génératrice 5 de configuration compacte. Avantageusement, lesdits au moins deux aimants définissent en section axiale du rotor une forme étoilée. La forme étoilée est préférée étant donné qu'elle permet d'exploiter tout l'espace environnant tout autour de la portion du rotor portant les aimants. Les aimants ne sont pas ainsi superposés 10 ou alignés mais reliés les uns aux autres à la portion du rotor les portant, ce qui procure un gain de place et aide à obtenir un moteur ou une génératrice de configuration compacte. Avantageusement, la forme étoilée comprend de deux à dix branches, chaque branche portant un aimant. 15 Avantageusement, les bobinages sont solidarisés avec une structure porteuse formant stator. Ceci aide au support des bobinages et à la compacité du stator, de même qu'à sa rigidité. Avantageusement, au moins deux bobinages sont portés par une structure commune. Ceci aide au support et au maintien des bobinages afin 20 que ceux-ci soient correctement introduits dans leur intervalle respectif entre deux aimants adjacents du rotor et restent en place dans cet intervalle sans possibilité de décalage. Avantageusement, la structure commune auxdits au moins deux bobinages est reliée à la structure porteuse, ce qui renforce le maintien des 25 bobines en position. Avantageusement, lesdits au moins aimants sont portés vers la périphérie du corps du rotor en formant un premier ensemble d'aimants et de bobinages. Avantageusement, le moteur ou la génératrice présente au moins un 30 deuxième ensemble d'aimants et de bobinages, le deuxième ensemble d'aimants et de bobinage se trouvant plus proche de l'arbre d'entraînement que le premier ensemble. Avec un tel arrangement, pour un même encombrement du stator, il peut être délivré un couple au moins deux fois plus fort ou n fois plus fort quand le moteur comprend n ensembles. 3025059 5 Ces au moins deux ensembles peuvent fonctionner communément ou alternativement. Par exemple, comme exemple de fonctionnement alternatif, pour un moteur développant un fort couple, un positionnement externe d'un ensemble est avantageux tandis que pour un moteur tournant à grande 5 vitesse, un positionnement plus interne d'un ensemble est plus approprié, ce qui permet de diminuer la force centrifuge s'appliquant sur les aimants portés par les ensembles et éviter leur décollement. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention 10 apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels : - la figure 1 est une représentation schématique d'une coupe axiale d'un moteur ou génératrice synchrone à flux non axial ou radial selon un premier mode de réalisation de la présente invention, 15 - la figure 2 est une représentation schématique d'une coupe axiale d'un moteur ou génératrice synchrone à flux non axial ou radial selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives 20 de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions des différentes pièces ne sont pas représentatives de la réalité. Plus précisément, le nombre de branches de la section axiale en 25 étoile représentée aux figures 1 et 2 n'est pas limitatif. De plus les bobinages représentés ne sont pas forcément reliés l'un à l'autre ou les uns aux autres de la manière illustrée. Des formes différentes de structure porteuse de bobinages ont été représentés à droite et à gauche dans la figure : ceci n'est pas forcément le cas, ces structures porteuses pouvant être similaires à 30 gauche et à droite, ce qui est le mode de réalisation préféré. Ces différentes structures porteuses peuvent constituer des modes de réalisation alternatifs pour le maintien des bobinages. En se référant aux figures 1 et 2, d'une manière générale, un moteur 1 ou une génératrice électromagnétique comprend un rotor 2 sous forme d'un 35 disque solidaire d'au moins un arbre 3, 3a d'entraînement médian et au moins 3025059 6 un stator 4. Le rotor 2 comprend un corps 2a qui forme le disque s'étendant perpendiculairement à l'arbre 3, 3a d'entraînement en lui étant solidaire. Aux figures 1 et 2, il y a deux arbres d'entraînement 3 et 3a solidaires de la rotation du rotor 2, le premier de ces deux arbres 3 étant disposé d'un 5 côté du stator 4 tandis que le second de ces arbres 3a est disposé de l'autre côté du stator 4. Ceci n'est pas limitatif et il peut n'y avoir qu'un arbre d'entraînement solidaire de la rotation du rotor 2. Un palier de roulement 10, 10a fixé au stator 4 entoure chaque arbre d'entraînement 3, 3a afin de permettre sa rotation par rapport au stator 4. 10 Au moins un aimant 5, 5a permanent est porté par le rotor 2 et au moins un bobinage 6, 6a, 6b, 6c associé est porté par ledit au moins un stator 4, un entrefer étant défini entre ledit au moins un aimant 5, 5a et ledit au moins un bobinage 6, 6a, 6b, 6c. Ledit au moins un bobinage 6, 6a, 6b, 6c est positionné pour créer un flux magnétique sur ledit au moins un aimant 6, 6a, 15 6b, 6c. Pour une génératrice, c'est la rotation du rotor 2 et dudit au moins un aimant 5, 5a qui créé un courant induit dans les bobinages 6, 6a, 6b, 6c. Aux figures 1 et 2, seuls deux aimants sont représentés en étant insérés dans une forme 11 les logeant faisant partie du rotor 2 en étant indiqués par les références 5 et 5a. Ces références s'appliquent cependant à 20 tous les aimants permanents illustrés à ces figures qui peuvent être logés dans une forme respective. Il en va de même pour les bobinages et leurs références 6, 6a qui sont valables pour tous les bobinages. Les références 6b, 6c sont relatives à des bobinages spécifiques qui seront ultérieurement détaillés. 25 Aux figures 1 et 2, il est visible que dans les modes de réalisation illustrés, les aimants 5, 5a sont portés par une branche respective dont deux seulement sont référencées 11. Les aimants 5, 5a peuvent être encapsulés dans une résine ou un autre liant pour être solidarisés respectivement avec leur branche 11. Dans un mode de réalisation de la présente invention, il est 30 possible aussi que les aimants occupent la totalité de la largeur de la forme les portant respectivement. Selon la présente invention, le rotor 2 comprend au moins deux aimants 5, 5a s'étendant selon deux directions différentes dont au moins un s'étend en saillie et en révolution du corps 2a du rotor 2 en faisant avec le 3025059 7 corps 2a un angle différent de 0° et de 90°, un bobinage 6, 6a, 6b, 6c étant prévu de chaque coté de chaque aimant 5, 5a. Le moteur ou la génératrice est dit à plusieurs entrefers avec une succession de flux magnétiques diagonaux différents pour la plupart d'un flux 5 magnétique radial ou axial. Les aimants 5, 5a peuvent être de révolution en étant continus autour du rotor 2 de même que les bobinages 6, 6a, 6b, 6c, les aimants 5, 5a pouvant être alors sensiblement cylindriques. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, un aimant 5 ou 5a peut être constitué d'une série 10 d'aimants formant une répartition d'aimants en révolution autour du rotor 2, principalement de son corps 2a. Lesdits au moins deux aimants 5, 5a sont avantageusement inclinés l'un par rapport à l'autre en section axiale du rotor 2. Il se peut qu'un des aimants 5 soit dans le prolongement du corps du rotor 2 ou inclus dans le 15 corps du rotor 2 tandis que l'autre forme un angle avec le corps du rotor toujours en section axiale du rotor 2. Dans une forme préférentielle de la présente invention, montrée à la figure 1, lesdits au moins deux aimants 5, 5a sont répartis tout autour du disque constitué par le corps 2a du rotor 2 en laissant un intervalle entre eux 20 dans lequel est logé une bobine 6, 6a, 6b, 6c, le flux magnétique créé par le bobinage 6, 6a, 6b, 6c s'exerçant sur les deux aimants 5, 5a l'entourant ou inversement pour la génératrice. De manière préférentielle, comme montré à la figure 1, cette répartition peut être uniforme et symétrique en laissant le même intervalle 25 entre chaque aimant 5, 5a et son voisin immédiat. Chaque bobinage 6, 6a, 6b, 6c présente une forme spécifique à son intervalle associé. Comme les aimants 5, 5a peuvent s'étendre en présentant une inclinaison, avantageusement axiale, entre eux donc en s'étendant dans des directions divergentes s'éloignant l'une de l'autre, plus on s'éloigne du 30 rotor 2, chaque bobinage 6, 6a, 6b, 6c présente une forme en pointe 7 se rétrécissant vers la portion du rotor 2 séparant deux aimants 5, 5a adjacents. Dans une forme de réalisation préférentielle et particulièrement avantageuse de la présente invention, toujours montrée à la figure 1, lesdits au moins deux aimants 5, 5a définissent en section axiale du rotor 2 une 3025059 8 forme étoilée. Cette forme étoilée présente au moins deux branches, chaque branche comportant un aimant 5, 5a respectif. Ainsi la forme étoilée en section axiale du rotor 2 peut comprendre de deux à n branches, n étant un entier naturel supérieur à deux, chaque 5 branche portant un aimant ou une succession d'aimants faisant le tour du rotor 2. Le nombre n est avantageusement compris entre trois et vingt. La figure 2 montre une forme de réalisation alternative à celle de la figure 2. Dans cette forme de réalisation, lesdits au moins deux aimants 5, 5a sont répartis de manière non uniforme autour du disque constitué par le corps 10 2a du rotor 2 en laissant un intervalle entre eux dans lequel est logé une bobine 6, 6a, 6b, 6c, le flux magnétique créé par le bobinage 6, 6a, 6b, 6c s'exerçant sur les deux aimants 5, 5a l'entourant ou inversement pour la génératrice. Il y a donc une partie de l'étoile dirigée vers l'arbre d'entraînement 3, 3a qui ne présente pas de branches. 15 En se référant à nouveau aux figures 1 et 2, au moins une partie des bobinages 6, 6a, 6b, 6c peut être solidarisée avec une structure porteuse 8 formant stator 4, notamment en définissant son contour intérieur. La structure porteuse 8 peut avantageusement être sous la forme d'un carter contenant les bobinages 6, 6a, 6b, 6c et entourant au moins partiellement à distance le 20 contour externe du corps 2a du rotor 2, notamment sa périphérie externe la plus éloignée de l'arbre d'entraînement 3, 3a. Au moins deux bobinages 6b, 6c peuvent aussi être portés par une structure commune 9. Dans ce cas, la structure commune 9 auxdits au moins deux bobinages 6b, 6c peut être avantageusement reliée à la structure 25 porteuse 8. Aux figures 1 et 2, des flèches d'aimantation sont incorporées dans les aimants. Il est possible d'inverser le sens des flèches et même de disposer les aimants de telle manière que les flèches soient orientées différemment. Lesdits au moins deux aimants 5, 5a peuvent être portés vers la 30 périphérie externe du corps 2a en forme de disque du rotor 2, c'est-à-dire sa portion externe la plus éloignée de l'arbre d'entraînement 3, 3a. Dans ce cas, la périphérie du rotor 2 avec lesdits au moins deux aimants 5, 5a et les bobinages 6, 6a, 6b, 6c forment un premier ensemble en révolution d'aimants 5, 5a et de bobinages 6, 6a, 6b, 6c. 3025059 9 Le moteur 1 ou la génératrice peut présenter au moins un deuxième ensemble d'aimants et de bobinages, le deuxième ensemble d'aimants et de bobinage se trouvant plus proche de l'arbre d'entraînement 3, 3a que le premier ensemble. Les bobinages 6, 6a, 6b, 6c de chacun de ces ensembles 5 peuvent être alimentés séparément afin de procurer au moteur une régulation de sa puissance. Un bobinage 6, 6a, 6b, 6c classique peut consister en un fil métallique bon conducteur enroulé sur un moyen de support avantageusement souple et élastiquement déformable. Les bobinages 6, 6a, 6b, 6c peuvent être aussi 10 noyés dans tout liant isolant, par exemple une résine, pour assurer une bonne isolation électromagnétique de ceux-ci. Une forme de réalisation non limitative d'un ou de bobinages pour un moteur ou une génératrice peut comprendre un ou des bobinages sous forme d'une branche rigide, par exemple trois branches rigides ce qui correspond à 15 l'utilisation d'un courant triphasé. Cette ou ces branches rigides sont avantageusement d'un seul tenant. Avantageusement, le moteur ou la génératrice électromagnétique selon la présente invention peut être polyphasé. Dans ce cas, il présente avantageusement au moins un bobinage par phase de courant. 20 L'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples. REVENDICATIONS1. Moteur (1) ou génératrice électromagnétique comprenant un rotor (2) avec un corps (2a) sous forme d'un disque solidaire d'au moins un arbre (3, 3a) d'entraînement médian, au moins un stator (4), au moins un aimant (5, 5a) permanent étant porté par le rotor (2) et au moins un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) associé étant porté par ledit au moins un stator (4), un entrefer étant défini entre ledit au moins un aimant (5, 5a) et ledit au moins un bobinage (6, 6a, 6b, 6c), ledit au moins un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) étant positionné pour créer un flux magnétique sur ledit au moins un aimant (5, 5a) quand alimenté électriquement ou inversement, caractérisé en ce que le rotor (2) comprend au moins deux aimants (5, 5a) s'étendant selon deux directions différentes dont au moins un s'étend en saillie et en révolution du corps (2a) du rotor (2) en faisant avec le corps (2a) un angle différent de 0° et de 90°, un bobinage (6, 6a, 6b, 6c) étant prévu de chaque coté de chaque aimant (5, 5a). 2. Moteur (1) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel lesdits au moins deux aimants (5, 5a) sont inclinés l'un par rapport à l'autre. 3. Moteur (1) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel lesdits au moins deux aimants (5, 5a) sont répartis tout autour du corps (2a) du rotor (2) en laissant un intervalle entre eux dans lequel est logé un bobinage (6, 6a, 6b, 6c), le flux magnétique créé par le bobinage (6, 6a, 6b, 6c) s'exerçant sur les deux aimants (5, 5a) l'entourant. 4. Moteur (1) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel chaque bobinage (6, 6a, 6b, 6c) présente une forme spécifique à son intervalle associé. 5. Moteur (1) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel chaque bobinage (6, 6a, 6b, 6c) présente une forme en pointe (7) se rétrécissant vers la portion du rotor (2) séparant deux aimants (5, 5a) adjacents. 3025059 11 6. Moteur (1) ou génératrice selon l'une quelconque des trois revendications précédentes, dans lequel lesdits au moins deux aimants (5, 5a) définissent en section axiale du rotor (2) une forme étoilée. 7. Moteur (1) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel 5 la forme étoilée comprend de deux à n branches, n étant un entier naturel supérieur à 2, chaque branche portant un aimant (5, 5a). 8. Moteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une partie des bobinages (6, 6a, 6b, 6c) est solidarisée avec une structure porteuse (8) formant stator (4). 10 9. Moteur (1) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel au moins deux bobinages (6b, 6c) sont portés par une structure commune (9). 10. Moteur (1) ou génératrice selon la revendication précédente, dans lequel la structure commune (9) auxdits au moins deux bobinages (6b, 6c) est 15 reliée à la structure porteuse (8). 11. Moteur (1) ou génératrice selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdits au moins deux aimants (5, 5a) sont portés vers la périphérie du corps (2a) du rotor (2) en formant un premier ensemble en révolution d'aimants (5, 5a) et de bobinages (6, 6a, 6b, 6c). 20 12. Moteur (1) ou génératrice selon la revendication précédente, lequel présente au moins un deuxième ensemble d'aimants et de bobinages, le deuxième ensemble d'aimants et de bobinage se trouvant plus proche de l'arbre d'entraînement (3, 3a) que le premier ensemble. 25