FR2912565A1 - Linear or rotative type direct current electric machine e.g. motor, for bicycle, has winding terminals fixed to current source during driving type operation, and fixed and movable parts coupled to actuator during dynamo type operation - Google Patents
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Abstract
Description
10 La présente invention concerne une machine électrique à courant continuThe present invention relates to a DC electric machine
sans commutation de courant, cette machine pouvant constituer un moteur électrique ou une dynamo et être de type linéaire ou rotative. without current switching, this machine can constitute an electric motor or a dynamo and be of linear or rotary type.
Elle a plus particulièrement pour objet une machine électrique de ce type selon 15 laquelle : - en fonctionnement moteur, elle exploite la force de Laplace exercée entre un ou plusieurs conducteurs parcourus par un courant I placé dans un champ (ou flux) magnétique, - en fonctionnement dynamo le (ou les) conducteur(s) sont soumis à un 20 déplacement relatif par rapport au champ magnétique, grâce à un apport d'énergie mécanique, de manière à provoquer un balayage du (ou des) conducteur(s) dans le champ (ou le flux) magnétique. On obtient alors aux bornes du (ou des) conducteur(s) une tension provenant de la force de Lorentz sur les charges, ici des électrons libres (et non d'une variation de 25 flux de Faraday) : cette force de Lorentz F crée un champ E en déplaçant les charges, ainsi qu'une tension. More particularly, it relates to an electric machine of this type according to which: in engine operation, it exploits the Laplace force exerted between one or more conductors traversed by a current I placed in a magnetic field (or flux); dynamo operation the (or) conductor (s) are subject to a relative displacement with respect to the magnetic field, through a supply of mechanical energy, so as to cause a scan of (or) conductor (s) in the magnetic field (or flux). We then obtain at the terminals of the (or) conductor (s) a voltage from the Lorentz force on the charges, here free electrons (and not a variation of Faraday flux): this Lorentz force F creates a field E moving the loads, as well as a voltage.
On sait qu'il a été déjà proposé des machines utilisant un même principe physique. La plus connue est la machine de Gramme qui fait intervenir un 30 rotor constitué par un anneau ferromagnétique monté rotatif autour d'un axe de rotation coaxial. Cet anneau porte un bobinage qui s'étend sur toute sa 1 circonférence et est disposé dans le champ magnétique d'un aimant permanent en forme de U. It is known that machines have already been proposed using the same physical principle. The best known is the Gram machine which involves a rotor consisting of a ferromagnetic ring rotatably mounted about a coaxial axis of rotation. This ring carries a coil which extends over its entire circumference and is disposed in the magnetic field of a U-shaped permanent magnet.
La connexion du bobinage au circuit extérieur (selon le cas, un générateur ou un circuit d'utilisation) s'effectue au moyen de deux balais venant en contact avec le bobinage en deux points diamétralement opposés. Ce contact peut s'effectuer sur des spires adjacentes au fur et à mesure de la rotation du rotor (contact glissant). De ce fait, entre les deux balais, le courant s'écoule dans deux circuits parallèles diamétralement opposés formés par les deux demi- bobinages situés de part et d'autre de l'axe reliant les deux balais. The connection of the winding to the external circuit (as the case may be, a generator or a circuit of use) is effected by means of two brushes coming into contact with the winding at two diametrically opposite points. This contact can be made on adjacent turns as the rotation of the rotor (sliding contact). As a result, between the two brushes, the current flows in two diametrically opposite parallel circuits formed by the two half-coils located on either side of the axis connecting the two brushes.
En fonctionnement dynamo, ce rotor est entraîné en rotation par un organe moteur: la variation de :flux dans le fer et donc dans les spires, engendrée par l'entraînement en rotation du rotor, explique en grande partie la force électromotrice obtenue. In dynamo operation, this rotor is rotated by a motor member: the variation of: flux in the iron and therefore in the turns, generated by the rotational drive of the rotor, largely explains the electromotive force obtained.
En fonctionnement moteur, un courant électrique est appliqué au bobinage. De ce fait, les conducteurs externes à l'anneau, placé dans un champ magnétique, subissent des forces de Laplace tandis que les conducteurs internes à l'anneau ne voient pas le champ et n'agissent donc pas en sens inverse. L'alimentation du bobinage électrique s'effectue à l'aide de contacts glissants de sorte que l'on obtient un mouvement de rotation continu du rotor. In motor operation, an electric current is applied to the winding. As a result, the conductors external to the ring, placed in a magnetic field, undergo Laplace forces whereas the conductors internal to the ring do not see the field and therefore do not act in the opposite direction. The power supply of the electric winding is effected by means of sliding contacts so that a continuous rotational movement of the rotor is obtained.
Néanmoins, ce type de machines s'avère très peu efficace notamment en raison de phénomènes physiques plus ou rnoins inverses qui viennent contrarier son bon fonctionnement. En outre, il fait intervenir des contacts glissants (balais), portant sur un collecteur tournant, ce qui constitue en soi un inconvénient important. Nevertheless, this type of machine proves to be very inefficient, in particular because of more or less inverse physical phenomena which come to hinder its good functioning. In addition, it involves sliding contacts (brushes) on a rotating collector, which in itself constitutes a significant drawback.
L'invention a donc plus particulièrement pour but de supprimer ces inconvénients. The object of the invention is therefore more particularly to eliminate these disadvantages.
Elle propose, à cet effet, une machine comprenant deux parties sujettes à des déplacements relatifs l'une par rapport à l'autre, l'une desdites parties incluant une structure magnétisée comportant deux éléments parallèles de polarité opposée, l'autre élément comportant au moins un enroulement monté sur un support en un matériau ferromagnétique, qui réalise un circuit fermé et est disposé de manière à réaliser avec les deux éléments de la structure magnétique au moins deux entrefers dans au moins l'un desquels passe des spires de l'enroulement, l'axe des conducteurs de l'enroulement situés dans cet entrefer étant sensiblement parallèle aux éléments de la structure magnétisée et perpendiculaire à l'axe de déplacement relatif des deux parties mobiles, les deux bornes de l'enroulement étant connectées avec une source de courant électrique, dans le cas d'un fonctionnement de type moteur, et les deux parties étant couplées à un actionneur dans le cas d'un fonctionnement de type dynamo. It proposes, for this purpose, a machine comprising two parts subject to relative displacements with respect to each other, one of said parts including a magnetized structure comprising two parallel elements of opposite polarity, the other element comprising at least one winding mounted on a support made of a ferromagnetic material, which carries out a closed circuit and is arranged so as to achieve with the two elements of the magnetic structure at least two air gaps in at least one of which turns turns of the winding , the axis of the conductors of the winding located in this air gap being substantially parallel to the elements of the magnetized structure and perpendicular to the axis of relative displacement of the two moving parts, the two terminals of the winding being connected with a source of electric current, in the case of a motor-type operation, and the two parts being coupled to an actuator in the case of a dynamo type operation.
Grâce à ces dispositions, au lieu de séparer le courant en deux branches comme dans la machine de Gramme, le courant circule dans un même circuit de sorte que le support de l'enroulement est magnétisé sans pôle NS déterminé. Thanks to these provisions, instead of separating the current into two branches as in the gram machine, the current flows in the same circuit so that the support of the winding is magnetized without pole NS determined.
Dans le cas d'un fonctionnement de type moteur, il n'y a donc pas de couple entre le champ magnétique de l'aimant et des bobines. Un déplacement relatif des deux structures apparaît car :les conducteurs des deux enroulements subissent des forces de Laplace dans le même sens. In the case of a motor-type operation, there is therefore no torque between the magnetic field of the magnet and the coils. A relative displacement of the two structures appears because: the conductors of the two windings undergo Laplace forces in the same direction.
Un avantage important de la structure précédemment décrite consiste en ce que les circuits magnétiques des deux structures peuvent être réalisés en fer plein car il n'y a pas de variation importante de flux et donc pas de courant de Foucault. Néanmoins, la machine pourrait tout aussi bien fonctionner avec des tôles feuilletées isolées pour permettre un flux non homogène sans échauffement excessif. An important advantage of the previously described structure is that the magnetic circuits of the two structures can be made of solid iron because there is no significant flux variation and therefore no eddy current. Nevertheless, the machine could also work with insulated laminated sheets to allow a non-homogeneous flow without excessive heating.
Bien entendu, la machine précédemment décrite pourra être de type rotative ou de type à déplacement linéaire : Dans le cas où elle est de type rotative, les deux parties seront montées rotatives l'une par rapport à l'autre. Dans ce cas, le support en matériau ferromagnétique sur lequel porte le couple d'entraînement pourra présenter une forme de révolution coaxiale à l'axe de rotation des deux éléments. Dans le cas où la machine est de type linéaire, l'une des deux parties pourra être fixe et comprendre une glissière dans laquelle peut coulisser l'autre partie selon un trajet linéaire. Of course, the machine described above may be of rotary type or linear displacement type: In the case where it is of rotary type, the two parts will be rotatably mounted relative to each other. In this case, the support in ferromagnetic material on which the drive torque bears may have a shape of revolution coaxial with the axis of rotation of the two elements. In the case where the machine is of linear type, one of the two parts may be fixed and include a slide in which can slide the other part along a linear path.
Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels : La figure 1 est une représentation schématique illustrant le principe d'une machine linéaire (moteur ou dynamo) ; Embodiments of the invention will be described hereinafter, by way of non-limiting examples, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic representation illustrating the principle of a linear machine (motor or dynamo );
Les figures 2 et 3 sont deux variantes d'exécution de la machine 20 utilisant un blindage de déviation de flux, la figure 3 proposant une solution à entrefer constant ; Figures 2 and 3 are two alternative embodiments of the machine 20 using flux deflection shielding, Figure 3 providing a constant gap solution;
Les figures 4 et 5 sont des représentations de deux autres variantes dans lesquelles le cadre mobile est pivoté à 90 par rapport aux solutions 25 précédentes; Figures 4 and 5 are representations of two other variants in which the movable frame is rotated 90 relative to the previous solutions;
La figure 6 est une vue selon AA de la figure 5 montrant les bobines fixes ; Figure 6 is a view along AA of Figure 5 showing the fixed coils;
30 La figure 7 montre une machine comportant un cadre de section en U dans lequel s'engage un aimant permanent porté par la structure fixe ; 15 La figure 8 représente schématiquement une forme "déployée" de la machine illustrée figure 7. FIG. 7 shows a machine comprising a U-shaped frame in which a permanent magnet carried by the fixed structure engages; FIG. 8 schematically represents an "extended" form of the machine illustrated in FIG. 7.
La figure 9 est une représentation schématique d'une machine à structure dissymétrique ; Figure 9 is a schematic representation of a machine asymmetrical structure;
Les figures 10 et 11 sont des coupes schématiques axiales (figure 10) et radiale (figure 11) d'une machine tournante ; La figure 12 est une représentation schématique d'une variante d'exécution de la machine représentée figure 11 ; Figures 10 and 11 are schematic axial sections (Figure 10) and radial (Figure 11) of a rotating machine; Figure 12 is a schematic representation of an alternative embodiment of the machine shown in Figure 11;
La figure 13 est une coupe axiale schématique d'une machine tournante se présentant sous la forme d'une roue montée rotative autour d'un axe fixe ; Figure 13 is a schematic axial section of a rotating machine in the form of a wheel rotatably mounted about a fixed axis;
La figure 14 est une coupe radiale partielle de la machine illustrée sur la figure 13. Figure 14 is a partial radial section of the machine illustrated in Figure 13.
Dans l'exemple illustré sur la figure 1, la machine est de type linéaire. Elle comprend une partie fixe incluant une structure magnétisée 1 de section en forme de U comportant un aimant permanent 2 de forme rectangulaire (au moins une partie de l'âme du U) dont les deux faces latérales sont de polarités opposées (NS) et deux éléments parallèles 3, 4, de forme parallélépipédique (ailes du U), qui s'étendent perpendiculairement aux faces principales de l'aimant 2. Ces deux éléments 3, 4 qui viennent en appui sur les faces latérales de l'aimant 2, dans une région adjacente à leurs bords inférieurs, sont réalisés en un matériau ferromagnétique. In the example illustrated in FIG. 1, the machine is of linear type. It comprises a fixed part including a magnetized structure 1 of U-shaped section comprising a permanent magnet 2 of rectangular shape (at least a portion of the core of the U) whose two lateral faces are of opposite polarities (NS) and two parallel elements 3, 4 of parallelepipedal shape (wings of the U), which extend perpendicular to the main faces of the magnet 2. These two elements 3, 4 which bear on the side faces of the magnet 2, in a region adjacent to their lower edges, are made of a ferromagnetic material.
Dans l'espace E1 parallélépipédique délimité par la structure 1 est disposée une structure 5 mobile en translation guidée par des moyens de guidage non représentés selon un axe X, X' perpendiculaire au plan de l'aimant 2. In the parallelepipedal space E1 delimited by the structure 1 is arranged a structure 5 movable in translation guided by guide means not shown along an axis X, X 'perpendicular to the plane of the magnet 2.
Cette structure mobile 5 comprend un cadre rectangulaire 6 réalisé en un matériau ferromagnétique tel que de l'acier doux, plein ou feuilleté. Sur les montants 7, 8 de ce cadre 6 sont bobinés deux enroulements respectifs 9, 10 connectés en série et solidaires des montants 7, 8, par exemple par collage. Le cadre 6 est disposé de manière à ce que les montants 7, 8 s'étendent parallèlement aux éléments 3, 4 tandis que les deux traverses 11, 12 s'étendent parallèlement à l'aimant permanent 2. Avantageusement, les enroulements 9, 10 sont réalisés sur les montants 7, 8 avant assemblage desdits montants 7, 8 sur les traverses 11, 12. This mobile structure 5 comprises a rectangular frame 6 made of a ferromagnetic material such as mild steel, solid or laminated. On the uprights 7, 8 of this frame 6 are wound two respective windings 9, 10 connected in series and secured to the uprights 7, 8, for example by gluing. The frame 6 is arranged so that the uprights 7, 8 extend parallel to the elements 3, 4 while the two crosspieces 11, 12 extend parallel to the permanent magnet 2. Advantageously, the windings 9, 10 are made on the uprights 7, 8 before assembly of said uprights 7, 8 on the crosspieces 11, 12.
Le cadre 6 assure un rebouclage du champ magnétique engendré par l'aimant 2 en formant entre les éléments 3, 4 et les montants 7, 8 deux entrefers el, e2 dans lesquels se trouvent respectivement disposées les spires 9, 10 recouvrant les faces latérales extérieures des montants 7, 8. The frame 6 provides a loopback of the magnetic field generated by the magnet 2 by forming between the elements 3, 4 and the uprights 7, 8 two air gaps el, e2 in which are located respectively the turns 9, 10 covering the outer side faces. amounts 7, 8.
Grâce à ces dispositions, en connectant les deux bornes du circuit formé par les deux enroulements 9, 10 à une source de courant électrique, il s'exerce sur les portions d'enroulement 9, 10 situées dans les entrefers el, e2 une force de Laplace +F engendrant un déplacement de la structure mobile 5 selon l'axe XX'. Eventuellement il sera possible, pour éviter des phénomènes de saturation du cadre, de prévoir au moins un entrefer dans le circuit magnétique du cadre. Thanks to these arrangements, by connecting the two terminals of the circuit formed by the two windings 9, 10 to a source of electric current, it is exerted on the winding portions 9, 10 located in the air gaps el, e2 a force of Laplace + F causing a displacement of the mobile structure 5 along the axis XX '. Possibly it will be possible, to avoid saturation phenomena of the frame, to provide at least one gap in the magnetic circuit of the frame.
Il s'avère en outre que dans cet exemple, le flux f qui se propage dans l'une des traverses du cadre (ici la traverse supérieure 11) s'oppose au flux F de l'aimant 2. Pour supprimer cet inconvénient, on rajoute, par exemple de la façon illustrée sur la figure 2, un chemin de flux constitué par un blindage 13, pour éviter de perturber le flux des bobines 9, 10 dans le cadre 6. Dans cet exemple, ce blindage 13 présente une forme en C couché dont l'âme 17 s'étend en regard de la traverse 11 tandis que les deux ailes 18, 19 viennent légèrement en recouvrement des montants 7, 8. Ce blindage 13 s'avère également utile pour éviter des mutuelles inductions perturbatrices dans une machine dans laquelle la structure mobile 5 comprend plusieurs cadres 6, 6'. It is furthermore found that in this example, the flow f which propagates in one of the cross-members of the frame (here the upper cross-member 11) opposes the flux F of the magnet 2. To eliminate this drawback, one adds, for example in the manner illustrated in FIG. 2, a flux path consisting of a shield 13, to avoid disturbing the flow of the coils 9, 10 in the frame 6. In this example, this shield 13 has a shape in C lying whose core 17 extends opposite the crosspiece 11 while the two wings 18, 19 slightly overlap the uprights 7, 8. This shield 13 is also useful to avoid mutual inducing disturbances in a machine in which the mobile structure 5 comprises several frames 6, 6 '.
10 Par ailleurs, pour bien contrôler le chemin de flux et les efforts engendrés, les entrefers el, e2 entre les éléments parallèles 3, 4 et le cadre 6 de la structure mobile 5, devront être égaux, aussi bien au niveau de la partie recouverte par le blindage 13 que de la partie non recouverte. Moreover, in order to control the flow path and the forces generated, the gaps e1, e2 between the parallel elements 3, 4 and the frame 6 of the mobile structure 5 must be equal, both at the level of the covered part. by the shield 13 than the uncoated portion.
15 La figure 3 montre une solution permettant de résoudre ce problème. Figure 3 shows a solution for solving this problem.
Dans cet exemple, les parties du cadre 20 non recouvertes par le blindage 13' (qui porte les enroulements) présentent une surépaisseur 21, 22 qui correspond sensiblement à l'épaisseur des ailes 23, 24 du blindage. 20 Grâce à ces dispositions, l'entrefer Z au niveau de la partie de la surépaisseur 21, 22 d'un montant 25 portant l'enroulement 26 est égal à la somme de l'entrefer Y entre la partie du montant 25 sans surépaisseur et l'aile 24 du blindage 13' qui le recouvre et de l'entrefer x entre l'aile 24 du blindage 13' et 25 l'élément magnétisé 26. In this example, the parts of the frame 20 not covered by the shielding 13 '(which carries the windings) have an excess thickness 21, 22 which corresponds substantially to the thickness of the flanges 23, 24 of the shield. With these provisions, the gap Z at the portion of the excess thickness 21, 22 of an amount 25 carrying the winding 26 is equal to the sum of the air gap Y between the portion of the upright 25 without extra thickness and the wing 24 of the shield 13 'which covers it and the air gap x between the wing 24 of the shield 13' and the magnetized element 26.
L'invention ne se limite pas au mode d'exécution précédemment décrit. Ainsi, les figures 4 et 5 montrent une solution dans laquelle le cadre 28 est constitué par un tronçon tubulaire de section carrée (ou rectangulaire) axé 30 perpendiculairement à l'aimant permanent 29 de la structure aimantée et dont5 deux parois latérales opposées 30, 31 s'étendent parallèlement aux ailes 32, 33 de cette structure. The invention is not limited to the embodiment described above. Thus, FIGS. 4 and 5 show a solution in which the frame 28 is constituted by a tubular section of square (or rectangular) cross section perpendicular to the permanent magnet 29 of the magnetized structure and of which two opposite sidewalls 30, 31 extend parallel to the wings 32, 33 of this structure.
Les enroulements 34, 35 sont alors effectués sur ces deux parois latérales 30, 5 31 de manière à ce que les tronçons de fils qui recouvrent les faces extérieures de ces parois 30, 31 soient axés perpendiculairement à l'aimant permanent 29. The windings 34, 35 are then carried out on these two lateral walls 30, 31 so that the sections of wire which cover the outer faces of these walls 30, 31 are oriented perpendicularly to the permanent magnet 29.
Grâce à cette dispositiort, la force de Laplace appliquée à ces tronçons de fils s'exerce dans une direction parallèle aux ailes 32, 33 et à l'aimant permanent 10 29 (soit perpendiculairement au plan des figures 4 et 5). With this dispositiort, the Laplace force applied to these son sections exerted in a direction parallel to the wings 32, 33 and the permanent magnet 29 (ie perpendicular to the plane of Figures 4 and 5).
Les moyens de guidage de l'ensemble mobile (cadre 28 + enroulements 34, 35) sont donc axés dans cette direction. The guide means of the moving assembly (frame 28 + windings 34, 35) are therefore oriented in this direction.
15 La machine selon l'invention pourra comprendre une succession de cadres 30, 30', 30" équipés d'enroulements ces cadres étant mobiles axialement dans une structure fixe formée par un rail de section en U réalisé à l'aide de deux ailes latérales 32, 33 en matériau ferromagnétique reliées par un aimant permanent 29 (ou une juxtaposition d'aimants permanents) qui constitue(nt) l'âme du rail, 20 de la façon précédemment décrite. Bien entendu, l'invention ne se limite pas à une disposition particulière des aimants permanents et des structures en matériau ferromagnétique associés à ces aimants permanents. The machine according to the invention may comprise a succession of frames 30, 30 ', 30 "equipped with windings, these frames being axially movable in a fixed structure formed by a U-section rail made with the aid of two lateral wings. 32, 33 in ferromagnetic material connected by a permanent magnet 29 (or a juxtaposition of permanent magnets) which constitutes (s) the core of the rail, in the manner previously described, of course, the invention is not limited to a particular arrangement of permanent magnets and ferromagnetic material structures associated with these permanent magnets.
Les cadres sont montés sur des structures support 36, 36', 36"reliées les une 25 aux autres par une barre de fixation 37 (figure 6). The frames are mounted on support structures 36, 36 ', 36 "connected to each other by a fixing bar 37 (FIG. 6).
Eventuellement ces cadres pourront être accolés les uns aux autres de manière à constituer une structure massive. Eventually these frames can be joined to each other so as to constitute a massive structure.
30 La figure 5 montre une variante d'exécution de la solution de la figure 4 dans laquelle la structure fixe comprend un rail profilé 38 de section en forme de U totalement en matière ferromagnétique. La face intérieure des ailes 39, 40 de ce rail 38 est munie d'une pluralité d'aimants permanents plats 41, 42, la polarité des aimants 41 portés par l'une des ailes 39 de la structure fixe étant la même que celle des aimants 42 portés par l'autre aile 40 (S/N - S/N). Par ailleurs, en transformant légèrernent le dispositif précédemment décrit, il est possible d'obtenir un fonctionnement à double effet comme représenté figure 7. FIG. 5 shows an alternative embodiment of the solution of FIG. 4 in which the fixed structure comprises a profiled rail 38 of U-shaped section completely of ferromagnetic material. The inner face of the wings 39, 40 of this rail 38 is provided with a plurality of flat permanent magnets 41, 42, the polarity of the magnets 41 carried by one of the wings 39 of the fixed structure being the same as that of the magnets 42 carried by the other wing 40 (S / N - S / N). Moreover, by slightly transforming the previously described device, it is possible to obtain a double-acting operation as shown in FIG.
10 Ainsi, dans cet exemple la structure mobile comprend deux ailes parallélépipédiques coaxiales 43, 44 en matière ferromagnétique parallèles aux deux ailes 45, 46 de la structure fixe. Ces deux ailes 43, 44 sont reliées au niveau de leur partie supérieure, par une pièce transversale 47 en matériau ferromagnétique, l'ensemble formé par les ailes 43, 44 et la pièce transversale 15 47 constituant une structure en U disposée dans la structure fixe en position inversée par rapport à cette dernière. En outre, l'âme 48 de la structure fixe porte au moins un aimant permanent central 49 polarisé en sens inverse des aimants 50, 51 portés par la structure fixe (S/N - S/N - S/N). Thus, in this example the mobile structure comprises two coaxial parallelepipedal wings 43, 44 of ferromagnetic material parallel to the two wings 45, 46 of the fixed structure. These two wings 43, 44 are connected at their upper part, by a transverse piece 47 of ferromagnetic material, the assembly formed by the wings 43, 44 and the crosspiece 47 constituting a U-shaped structure disposed in the fixed structure in the inverted position with respect to the latter. In addition, the core 48 of the fixed structure carries at least one central permanent magnet 49 polarized in the opposite direction of the magnets 50, 51 carried by the fixed structure (S / N - S / N - S / N).
20 Cet aimant permanent 49 qui est porté par un socle 52 en un matériau amagnétique fixé sur l'âme 48 de la structure fixe s'engage dans l'espace délimité par la partie mobile. This permanent magnet 49 which is carried by a base 52 of a non-magnetic material fixed on the core 48 of the fixed structure engages in the space delimited by the moving part.
Les enroulements 53, 54 sont effectués autour des ailes 43, 44 de manière à ce 25 que les tronçons de fils qui recouvrent les faces latérales extérieures et les faces intérieures desdites ailes soient axés perpendiculairement à l'âme 48 de la structure fixe. The windings 53, 54 are made around the flanges 43, 44 so that the wire sections which cover the outer lateral faces and the inner faces of said flanges are oriented perpendicularly to the core 48 of the fixed structure.
En conséquence, lors de la circulation d'un courant électrique dans les 30 enroulements 53, 54, les tronçons de fils qui recouvrent les faces extérieures des ailes 43, 44 se trouvent dans le champ magnétique qui circule dans les 2912565 -10- entrefers entre les aimants permanents 50, 51 et les ailes 43, 44, tandis que les tronçons de fils qui recouvrent les faces intérieures des ailes 45, 46 se trouvent dans le champ magnétique qui circule dans les entrefers entre l'aimant central 49 et les ailes 45, 46. Le circuit magnétique relatif à l'aimant central 49 comprend successivement l'aimant 49, l'aile 44, la pièce transversale 47, l'aile 43 et l'aimant 49. Consequently, during the circulation of an electric current in the windings 53, 54, the sections of wire which cover the outer faces of the wings 43, 44 are in the magnetic field which circulates in the air gaps between the permanent magnets 50, 51 and the wings 43, 44, while the wire sections which cover the inner faces of the wings 45, 46 are in the magnetic field which circulates in the air gaps between the central magnet 49 and the wings 45 , 46. The magnetic circuit relating to the central magnet 49 successively comprises the magnet 49, the flange 44, the transverse piece 47, the flange 43 and the magnet 49.
Le circuit magnétique relatif aux aimants permanents 50, 51 portés par la structure fixe comprend, quant à lui, un premier aimant permanent 51 porté par une aile 46, une première aile 44, la pièce transversale 47, une deuxième aile 43, un deuxième aimant permanent 50 porté par l'autre aile et le rail profilé en U. The magnetic circuit relative to the permanent magnets 50, 51 carried by the fixed structure comprises, meanwhile, a first permanent magnet 51 carried by a wing 46, a first wing 44, the transverse piece 47, a second wing 43, a second magnet permanent 50 carried by the other wing and the U-shaped rail.
La figure 8 représente ;schématiquement une forme "dépliée" de la machine illustrée sur la figure 7. Dans ce cas, la structure fixe présente une forme plate dans laquelle les ailes 45', 46' portant les aimants se trouvent dans le prolongement de l'âme 48'. La structure mobile présente également une forme plate dans laquelle les montants 43', 44' portant les bobinages sont dans le prolongement des traverses 47'. L'aimant central 49 est ici divisé en deux parties 49' et 49" portées par un support plat en matière ferromagnétique. Le fonctionnement de cette machine est identique à celle de la figure 7. FIG. 8 schematically represents an "unfolded" form of the machine illustrated in FIG. 7. In this case, the fixed structure has a flat shape in which the wings 45 ', 46' carrying the magnets are in the extension of the 'soul 48'. The movable structure also has a flat shape in which the amounts 43 ', 44' carrying the coils are in the extension of the cross members 47 '. The central magnet 49 is here divided into two parts 49 'and 49 "carried by a flat support of ferromagnetic material, the operation of this machine is identical to that of FIG.
Eventuellement, la machine illustrée sur la figure 7 pourra être simplifiée en supprimant l'aimant central 49, l'un des aimants permanents 50 porté par le rail et la bobine 53 située du côté de l'aile 45 du rail dépourvue d'aimant permanent. On obtient alors une structure dissymétrique comprenant un seul aimant permanent 51" porté par l'élément 46 de la structure fixe et une bobine 54 enroulée autour de l'aile 44 de la structure mobile. L'aile 43 de la structure mobile constitue avec 1"élément 45 de la structure fixe un entrefer par lequel s'effectue un rebouclage du flux (fig. 9). 5 2912565 -11- Comme précédemment mentionné, l'invention concerne également des machines tournantes basées sur le même principe que les machines linéaires précédemment décrites. Optionally, the machine illustrated in Figure 7 can be simplified by removing the central magnet 49, one of the permanent magnets 50 carried by the rail and the coil 53 located on the side of the wing 45 of the rail without permanent magnet . An asymmetrical structure is thus obtained comprising a single permanent magnet 51 "carried by the element 46 of the fixed structure and a coil 54 wound around the wing 44 of the mobile structure.The wing 43 of the mobile structure constitutes with 1 "Element 45 of the structure fixes an air gap through which is looped the flow (Figure 9). As previously mentioned, the invention also relates to rotating machines based on the same principle as the linear machines previously described.
5 Ainsi, dans l'exemple représenté sur les figures 10 et 11, une telle machine tournante fait intervenir une structure rotative montée pivotante autour d'un axe fixe S. Cette structure rotative se compose de deux flasques circulaires coaxiales F1, F2, munies de paliers coaxiaux P1, P2 dans lesquels s'engage l'arbre 50. 10 Les deux flasques F1, F2sont munies, à leur périphérie, d'au moins un circuit magnétique 55, 56 de section en forme de U dont les ailes 57, 58-59, 60 sont respectivement fixées sur les flasques F1, F2. La face intérieure des ailes 57, 58-59, 60 de ce circuit magnétique 55 porte des aimants permanents 61, 62-63, 15 64 relativement plats uniformément répartis sur toute la circonférence. Thus, in the example shown in FIGS. 10 and 11, such a rotating machine involves a rotatable structure pivotally mounted about a fixed axis S. This rotary structure consists of two circular, coaxial flanges F1, F2, provided with coaxial bearings P1, P2 in which the shaft 50 engages. 10 The two flanges F1, F2 are provided, at their periphery, with at least one magnetic circuit 55, 56 of U-shaped section whose flanges 57, 58 -59, 60 are respectively fixed on the flanges F1, F2. The inner face of the wings 57, 58-59, 60 of this magnetic circuit 55 carries permanent magnets 61, 62-63, 64 relatively evenly distributed throughout the circumference.
Par ailleurs, l'arbre S porte une structure fixe 65 qui s'étend radialement à l'intérieur du volume délimité par les deux flasques F1, F2 et sur laquelle est fixée une pluralité de noyaux 66, 67, disposés de manière à pouvoir s'engager 20 dans le volume délimité entre les aimants permanents 61, 62-63, 64 en délimitant avec ces derniers des entrefers. Furthermore, the shaft S carries a fixed structure 65 which extends radially inside the volume defined by the two flanges F1, F2 and on which is fixed a plurality of cores 66, 67, arranged so as to be able to 20 engage in the volume defined between the permanent magnets 61, 62-63, 64 delimiting with them air gaps.
Ces noyaux 66, 67 portent des bobinages 68, 69 dont les tronçons des spires passant dans les entrefers sont orientés radialement. Les connexions 25 électriques entre les bobines 68, 69 et l'extérieur s'effectuent grâce à des conducteurs passant au travers de l'arbre S. These cores 66, 67 carry windings 68, 69 whose sections of the turns passing through the air gaps are oriented radially. The electrical connections between the coils 68, 69 and the outside are effected by means of conductors passing through the shaft S.
Bien entendu, au lieu d'utiliser une pluralité d'aimants permanents 61, 62, il est possible d'utiliser un aimant central coaxial traversé par l'arbre S et des 30 flasques en matériau ferromagnétique. Dans ce cas, le circuit magnétique 2912565 - 12 - annulaire n'est plus nécessaire, les noyaux formant alors des entrefers avec les flasques pour assurer le rebouclage du flux. Of course, instead of using a plurality of permanent magnets 61, 62, it is possible to use a coaxial central magnet traversed by the shaft S and flanges of ferromagnetic material. In this case, the annular magnetic circuit 2912565 - 12 - is no longer necessary, the cores then forming air gaps with the flanges to ensure looping of the flow.
Le mode d'exécution illustré sur la figure 12 se différencie de celui représenté 5 figures 10 et 11 en ce que le circuit magnétique annulaire présente une forme en L et non en U, l'aile radiale 71 de ce circuit portant des aimants permanents 72, tandis que l'aile axiale 73 est directement fixée à la flasque 74. L'aile radiale 71 est quant à elle fixée sur une flasque 75 de plus petit diamètre. The embodiment illustrated in FIG. 12 differs from that shown in FIGS. 10 and 11 in that the annular magnetic circuit has a shape in L and not in U, the radial flange 71 of this circuit carrying permanent magnets. , while the axial wing 73 is directly attached to the flange 74. The radial flange 71 is fixed to a flange 75 of smaller diameter.
10 Par ailleurs, les noyaux magnétiques 76 portent chacun un bobinage 77 dont les spires s'étendent dans des plans axiaux et définissent deux entrefers respectivement entre la face axiale extérieure du noyau 76 et l'aile axiale 73 et entre l'aimant permanent 72 et la face radiale du noyau 76 adjacente à l'aimant 72. 15 La face axiale des noyaux 76 présente des encoches axiales 77 dans lesquelles s'engagent les spires des bobines. On obtient ainsi un masquage des conducteurs des spires dans les encoches par rapport aux flux de retour de l'aimant permanent 72. Dans le mode d'exécution illustré sur les figures 13 et 14, qui fait intervenir une structure similaire à celle des figures 10 et 11, le circuit magnétique circulaire 80 porté par les deux flasques 81, 82 présente une section de forme plus complexe présentant : 25 - d'une part, une forme en C présentant une portion axiale circulaire 83 prolongée au niveau de ses bords latéraux par deux faces radiales 84, 85 terminées par deux retours 86, 87 parallèles à la portion axiale 83, et - d'autre part, deux éléments annulaires coaxiaux 88, 89 qui prolongent 30 radialement les deux retours 86, 87 et sur lesquels les deux flasques 81, 82 viennent se fixer. 20 2912565 - 13 - La face intérieure de la portion axiale circulaire 83 comprend dans sa région centrale une protubérance annulaire 90 portant au moins un aimant permanent 91 (ou une mosaïque d'aimants permanents). 5 Le noyau 92 en matériau. ferromagnétique porté par l'arbre 93 est alors disposé dans l'espace délimité ente l'aimant permanent 91 et les deux éléments annulaires coaxiaux 88, 89, de manière à réaliser trois entrefers dont deux sont radiaux (entre le noyau 92 et les éléments annulaires 88, 89, et le troisième est 10 axial (entre le noyau 92 et l'aimant permanent 91). Furthermore, the magnetic cores 76 each carry a winding 77 whose turns extend in axial planes and define two air gaps respectively between the outer axial face of the core 76 and the axial flange 73 and between the permanent magnet 72 and the radial face of the core 76 adjacent to the magnet 72. The axial face of the cores 76 has axial notches 77 in which the coils of the coils engage. This results in a masking of the conductors of the turns in the notches relative to the return flow of the permanent magnet 72. In the embodiment illustrated in FIGS. 13 and 14, which involves a structure similar to that of FIGS. and 11, the circular magnetic circuit 80 carried by the two flanges 81, 82 has a section of more complex shape having: on the one hand, a C shape having a circular axial portion 83 extended at its lateral edges by two radial faces 84, 85 terminated by two returns 86, 87 parallel to the axial portion 83, and - secondly, two coaxial annular elements 88, 89 which radially extend the two returns 86, 87 and on which the two flanges 81, 82 come to fix themselves. The inner face of the circular axial portion 83 comprises in its central region an annular protuberance 90 carrying at least one permanent magnet 91 (or a mosaic of permanent magnets). The core 92 made of material. ferromagnetic carried by the shaft 93 is then disposed in the space delimited by the permanent magnet 91 and the two coaxial annular elements 88, 89, so as to produce three gaps, two of which are radial (between the core 92 and the annular elements 88, 89, and the third is axial (between the core 92 and the permanent magnet 91).
Le noyau 92 porte un bobinage 94 dont les spires s'étendent dans des plans axiaux. Ici également la face du noyau 92 en regard de l'aimant permanent 91 est munie de gorges 95 (ou de crantages) dans lesquelles passent les spires 96 15 du bobinage 94. The core 92 carries a coil 94 whose turns extend in axial planes. Here also the face of the core 92 facing the permanent magnet 91 is provided with grooves 95 (or notches) in which the turns 96 of the winding 94 pass.
Cette disposition s'avère particulièrement appropriée à l'intégration d'un moteur dans une roue ou un galet, par exemple une roue de bicyclette, montée pivotante sur un moyeu. Bien entendu l'invention ne se limite pas aux modes d'exécution précédemment décrits..Ainsi par exemple les aimants permanents pourront être remplacés partiellement ou en totalité par des électroaimants. This arrangement is particularly suitable for the integration of a motor in a wheel or roller, for example a bicycle wheel, pivotally mounted on a hub. Naturally, the invention is not limited to the previously described embodiments. Thus, for example, the permanent magnets may be replaced partially or entirely by electromagnets.
25 De même les structures illustrées sur les figures 1 à 9 pourront être déployées à l'image de la transformation de la figure 7 sur la figure 8. 20 Likewise, the structures illustrated in FIGS. 1 to 9 can be deployed in the image of the transformation of FIG. 7 in FIG. 8.
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- 2007-02-12 FR FR0700973A patent/FR2912565A1/en not_active Withdrawn
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