Brevet FR3078839A1 — publié le 20190913

-1- MACHINE ELECTRIQUE A FLUX AXIAL AVEC LONGUEUR D'ENTREFER MODULABLE Description La présente invention concerne les machines électriques et plus particulièrement les machines synchrones à aimants permanents à flux axial, comportant un plateau et un rotor séparés par un entrefer plan et perpendiculaire à l'axe de rotation. Le plateau est équipé de bobinages électriques tandis que le rotor est équipé d'aimants permanents. Les composants appelés plateau et corps stator dans la présente invention sont classiquement confondus et appelé uniquement stator dans les machines synchrones à flux axial connues puisque ce composant est fixe. Il est réputé connu que : - les machines électriques synchrones à flux axial sont des convertisseurs électromagnétiques qui ont la capacité d'être utilisés en mode moteur ou générateur. - dans le cas d'une machine dite pilotée, la puissance qui transite dans la machine est classiquement la conséquence de l'utilisation d'une électronique de puissance qui régule directement ou indirectement les courants électriques dans la machine. - Dans le cas d'une machine qui est utilisée en génératrice avec une électronique passive, la puissance qui transite dans la machine est classiquement la conséquence de la vitesse de rotation de celle-ci et de la tension en entrée de l'électronique. La machine selon l'invention peut se caractériser par le fait que l'utilisateur a la possibilité de contrôler le coefficient de couplage électromagnétique qui existe entre le plateau et le rotor, en modulant la longueur de l'entrefer. Ceci est possible grâce à la caractéristique selon laquelle le plateau est mobile selon au moins une direction colinéaire à l'axe de rotation. L'invention est exploitable aussi bien dans le cas d'une machine associée à une électronique pilotée que passive. L'invention est exploitable aussi bien dans le cas d'une machine utilisée en mode moteur que générateur. Dans une réalisation possible et non limitative, la modulation de la longueur d'entrefer est applicable dans une proportion telle que le couplage électromagnétique entre le plateau et le rotor peut être réduit au point de disparaître. Dans une réalisation possible et non limitative, l'actionneur qui permet de positionner le plateau à l'endroit désirée est un vérin hydraulique, simple ou double effet. Pour illustrer les avantages de cette invention et sans que cette liste soit limitative, l'invention permet de : - Réduire considérablement les pertes électromagnétiques générées dans une machine lorsque celle-ci n'est pas activée, bien que tournante. - Découpler électromagnétiquernent le rotor et le stator en cas de besoin. Dans le cadre de la sécurité de fonctionnement, ceci permet de-stopper la propagation d'un - 2 - défaut. Dans le cas d'un court-circuit stator par exemple, le découplage permet d'interrompre ou du moins de diminuer drastiquement le courant de court-circuit qui est classiquement généré par les aimants permanents toujours en rotation. - Augmenter les régimes de rotation sans avoir besoin d'appliquer un défluxage via l'électronique de pilotage et subir les inconvénients 'associés, comme les pertes joules par exemple. - Contrôler le couple de frein d'une machine utilisée en génératrice et associée à une électronique passive. Pour rappel dans les systèmes connus l'utilisateur n'a pas de moyen de choisir la puissance transitée dans la mesure où il ne contrôle classiquement pas le régime de rotation et la tension en entrée de l'électronique passive qui sont fixés par d'autres facteurs. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux domaines suivant : - Générateurs électriques dans le domaine des énergies renouvelables comme par exemple les machines électriques d'éoliennes ou hydroliennes. - Systèmes de freinage ou de récupération d'énergie dans le domaine des transports. - Systèmes de traction dans le domaine des transports. La présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés mais l'homme du métier saura y apporter toute variante conforme à son esprit. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - La figure 1 est une vue schématique et partielle, en coupe, d'une machine électrique à flux axial avec longueur d'entrefer modulable réalisée conformément à l'invention. La position représentée est celle dans laquelle la longueur d'entrefer est minimum. - La figure 2 est une vue schématique et partielle, de face, d'un plateau. - La figure 3 est une vue schématique et partielle, isométrique, d'un plateau. - La figure 4 est une vue schématique et partielle, de face, d'un rotar. - La figure 5 est une vue schématique et partielle, isométrique, d'un rotor. On a représenté dans la figure 1 de manière schématique une machine électrique réalisée conformément à l'invention comportant un rotor 20 tournant autour d'un axe géométrique X et un plateau 30 mobile selon le même axe géométrique X. Sont représentés également le corps stator 40 de la machine, et les éléments de guidage en rotation 41 entre le corps et l'arbre qui supporte le rotor, et les éléments de guidage en translation 42a et 42b entre le corps et le plateau. On remarquera à l'examen de la figure 1 une cavité 43 pouvant accueillir un actionneur linéaire 44 permettant de positionner le plateau à l'endroit désiré selon son axe de guidage. Dans le cas non limitatif de cette réalisation, l'actionneur est un piston hydraulique. On a représenté isolément sur les figures 2 et 3 le plateau 30. Celui-ci comporte une pluralité de dents 31, au nombre de 16 dans l'exemple décrit. Ces dents ont pour rôle avec la culasse 32 du plateau de supporter les éléments de bobinage électrique. Dans une réalisation possible et non limitative, ce plateau a également pour fonction de conduire le flux magnétique. - 3 - On remarquera à l'examen des figures 2 et 3 les logements 33 qui permettent de supporter des éléments de guidage linéaires, au nombre de 3 dans l'exemple décrit. On a représenté isolément sur les figures 4 et 5 le rotor 20. Celui-ci comporte une pluralité de pôles magnétiques 21 réalisés à partir d'aimants permanents, au nombre 14 dans l'eaimants. xemple décrit. Le rotor est également composé d'un disque 22 qui supporte mécaniquement les Dans une réalisation possible et non limitative, ce disque a également pour fonction de conduire le flux magnétique du rotor. Les aimants permanents peuvent être protégés par une enveloppe réalisée dans un matériau amagnétique, laquelle n'a pas été représentée sur les figures 4 et 5, dans un souci de clarté du dessin. La présente invention est nécessairement présentée dans une configuration particulière, mais apporte un intérêt et reste valable quel que soit : - le schéma et la méthode de bobinage - le nombre de dents et de pôles magnétiques rotor - les dimensions et formes géométriques des dents et des pôles magnétiques rotor le processus industriel d'obtention des composants La présente invention porte sur une machine électrique àflux axial, comportant un 22, corps stator 40, un rotor 20 comprenant des aimants permanents 21 etfl un disque de support plateau 30 supportant un bobinage électrique, et séparé du rotor par un entrefer plan et perpendiculaire à l'axe de rotation, caractérisée par le fait que : - le plateau est mobile par rapport au corps stator de sorte de pouvoir moduler la longueur de l'entrefer. - la force électromotrice générée dans le bobinage ou autrement dit le couplage électromagnétique entre le rotor et le stator peuvent être modifiés par variation de la longueur d'entrefer. - le plateau 30 est mobile dans un mouvement de translation par rapport au corps stator. - le guidage en translation est assuré par des colonnes 42a et des bagues 42b de guidage. - le plateau 30 est déplacé par un actionneur de type vérin hydraulique, simple ou double effet. - l'augmentation de la longueur d'entrefer permet de réduire d'au moins 50% la force électromotrice générée dans le bobinage à régime de rotation donné. - le plateau est dans une position stable lorsque la longueur d'entrefer REVENDICATIONS1. Machine électrique à flux axial, comportant un corps stator (40), un rotor (20) comprenant des aimants permanents (21) et un disque de support (22) et un plateau (30) supportant un bobinage électrique, et séparé du rotor par un entrefer plan et perpendiculaire à l'axe de rotation, caractérisée par le fait que le plateau est mobile par rapport au corps stator de sorte de pouvoir moduler la longueur de l'entrefer. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le plateau (30) est mobile dans un mouvement de translation par rapport au corps stator. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le guidage en translation est assuré par des colonnes (42a) et des bagues (42b) de guidage. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le plateau (30) est déplacé par un actionneur linéaire (44), simple ou double effet. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le plateau est dans une position stable lorsque la longueur d'entrefer est maximum. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée par le fait que le plateau est rappelé dans sa position stable par un système de ressorts.