Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930 PCT/EP2014/078698
1
Machine électromagnétique à éléments à circuits
électromagnétiques optimisés intégrés à des pistes sous forme de
lignes crénelées annulaires
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne le domaine des machines électromagnétiques dites
tournantes , c'est-à-dire équipées d'un rotor et d'un stator.
L'invention a pour objet plus particulièrement une machine
électromagnétique de nouvelle conception.
État de la technique
Dans le domaine de l'électromagnétisme, et notamment des machines
tournantes, il est usuel d'utiliser un stator comportant une pluralité de
bobines formées chacune d'un enroulement de spires dans lesquelles un
courant est induit lorsque le rotor associé au stator et muni d'aimants est
mis en rotation. Le courant généré est alors fonction des bobines
utilisées et des aimants utilisés. L'enroulement des bobines est réalisé
selon un axe sensiblement perpendiculaire à une face polaire d'un
aimant du rotor.
Les bobines ne permettent pas de maximiser l'interaction entre un aimant
et une bobine associée. De plus, le bobinage d'une bobine est long à
réaliser.
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
2
Relier des bobines entre elles dans le cadre d'un stator miniaturisé est
une étape fastidieuse dans le cadre de la réalisation du stator.
Objet de l'invention
Le but de la présente invention est de proposer une solution qui remédie
à tout ou partie des inconvénients listés ci-dessus.
On tend vers ce but notamment par les revendications annexées et plus
particulièrement grâce à une machine électromagnétique comprenant
deux premiers éléments, préférentiellement identiques, comportant
chacun :
- au moins une première piste électriquement conductrice se
présentant sous la forme d'une ligne crénelée annulaire de sorte à
former une première pluralité de circuits électromagnétiques aptes
à interagir avec au moins un élément magnétique de la machine
électromagnétique,
- au moins
une deuxième piste électriquement conductrice agencée
sous la forme d'une ligne crénelée annulaire de sorte à former une
deuxième pluralité de circuits électromagnétiques aptes à interagir
avec au moins un élément magnétique de la machine
électromagnétique, ladite deuxième piste étant formée le long de
ladite première piste correspondante et de telle sorte que les
circuits de la deuxième pluralité de circuits électromagnétiques
soient chacun disposé entre deux circuits successifs de la
première pluralité de circuits électromagnétiques,
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
3
et en ce que les deux premiers éléments sont disposés de part et d'autre
d'un deuxième élément selon un axe de rotation associé à un
mouvement relatif de rotation, ledit deuxième élément étant muni d'au
moins un élément magnétique agencé de telle sorte à interagir avec les
circuits d'au moins l'un des deux premiers éléments lors du mouvement
relatif de rotation entre ledit au moins l'un des deux premiers éléments et
le deuxième élément.
Selon une réalisation, pour chaque premier élément, ladite au moins une
première piste comporte une pluralité de flancs transversaux
électriquement conducteurs s'étendant chacun entre un premier bord
latéral discontinu de la première piste et un deuxième bord latéral
discontinu de la première piste, chaque circuit de la première pluralité de
circuits électromagnétiques comportant un couple de flancs transversaux
adjacents de la première piste, et, pour chaque premier élément, ladite
au moins une deuxième piste comporte une pluralité de flancs
transversaux électriquement conducteurs s'étendant chacun entre un
troisième bord latéral discontinu de la deuxième piste et un quatrième
bord latéral discontinu de la deuxième piste, chaque circuit de la
deuxième pluralité de circuits électromagnétiques comportant un couple
de flancs transversaux adjacents de la deuxième piste, notamment le
troisième bord latéral discontinu est situé entre les premier et deuxième
bords latéraux discontinus et le deuxième bord latéral discontinu est
situé entre les troisième et quatrième bords discontinus.
Notamment, pour chaque premier élément :
- le premier bord latéral discontinu est formé par une pluralité de
premiers segments électriquement conducteurs reliant chacun
deux flancs transversaux de la première piste,
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
4
- le deuxième bord latéral discontinu est formé par une pluralité de
deuxièmes segments électriquement conducteurs reliant chacun
deux flancs transversaux de la première piste,
- le troisième bord latéral discontinu est formé par une pluralité de
troisièmes segments électriquement conducteurs reliant chacun
deux flancs transversaux de la deuxième piste,
- le quatrième bord latéral discontinu est formé par une pluralité de
quatrièmes segments électriquement conducteurs reliant chacun
deux flancs transversaux de la deuxième piste,
et, pour chaque premier élément, les premiers et quatrièmes segments
présentent chacun une longueur supérieure à celles de chacun des
deuxièmes et troisièmes segments.
Par exemple, chaque premier élément comporte un empilement de
premières pistes et un empilement de deuxièmes pistes, notamment
s'étendant dans des directions parallèles.
Selon une mise en oeuvre, que chaque élément magnétique du deuxième
élément est situé de telle sorte à interagir, au cours d'une révolution
complète de l'un des premier ou deuxième éléments autour d'un axe de
rotation associé, avec chaque circuit de ladite au moins une première
piste et/ou avec chaque circuit de ladite au moins une deuxième piste.
Notamment, chaque élément magnétique présente, notamment
parallèlement aux pistes conductrices, une section telle que en tout
instant du mouvement relatif de rotation, ledit élément magnétique ne
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
vient en regard d'au plus deux flancs transversaux d'un couple de
première et deuxième pistes.
En outre, la machine peut présenter une configuration de recouvrement
dans laquelle chaque circuit de la première pluralité de circuits
5 électromagnétiques et de la deuxième pluralité de circuits
électromagnétiques est en regard d'un élément magnétique
correspondant.
Selon une réalisation particulière, la machine peut comporter deux
éléments additionnels comportant chacun :
- au moins une première piste électriquement conductrice se
présentant sous la forme d'une ligne crénelée annulaire de sorte à
former une première pluralité de circuits électromagnétiques aptes
à interagir avec au moins un élément magnétique de la machine
électromagnétique,
- au moins une deuxième piste électriquement conductrice agencée
sous la forme d'une ligne crénelée annulaire de sorte à former une
deuxième pluralité de circuits électromagnétiques aptes à interagir
avec au moins un élément magnétique de la machine
électromagnétique, ladite deuxième piste étant formée le long de
ladite première piste correspondante et de telle sorte que les
circuits de la deuxième pluralité de circuits électromagnétiques
soient chacun disposé entre deux circuits successifs de la
première pluralité de circuits électromagnétiques,
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
6
et en ce que lesdits deux éléments additionnels entourent radialement le
deuxième élément.
En outre, la machine peut comporter une configuration de
fonctionnement dans laquelle l'interaction de chaque élément
magnétique avec au moins un circuit correspondant du premier élément
permet une génération d'un courant électrique au sein dudit circuit
correspondant.
Notamment, la machine peut comporter une configuration de
fonctionnement dans laquelle les circuits interagissent avec au moins un
élément magnétique (201) en vue de générer le mouvement relatif de
rotation.
Selon une réalisation, le deuxième élément comporte une pluralité
d'élément magnétiques agencés de telle sorte à présenter, face au
premier élément, alternativement un pôle positif et un pole négatif de telle
sorte que, au cours du mouvement relatif de rotation, lorsque tous les
circuits de la première pluralité de circuits électromagnétiques sont
chacun en interaction avec des pôles positifs, tous les circuits de la
deuxième pluralité de circuits électromagnétiques sont chacun en
interaction avec des pôles négatifs.
Préférentiellement, au cours du mouvement relatif de rotation, ledit au
moins un élément magnétique, ou chacun des éléments magnétiques, ne
vient jamais en regard des premier, deuxième, troisième et quatrième
bords discontinus.
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
7
L'invention est aussi relative à une turbine comprenant une machine
électromagnétique telle que décrite et dans laquelle le deuxième élément
forme un rotor apte à être mis en rotation par un fluide.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la
description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de
l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés sur les
dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 est une vue de face d'un élément de machine
électromagnétique selon un mode d'exécution de l'invention
notamment destiné à être utilisé pour récupérer un flux
magnétique axial,
- la figure 2 est une vue partielle de la figure 1 montrant un
agrandissement local de l'élément de machine électromagnétique,
- la figure 3 est une vue de côté d'un élément de machine
électromagnétique selon un autre mode d'exécution de l'invention
notamment destiné à être utilisé pour récupérer un flux
magnétique radial,
- la figure 4 est une vue en perspective d'une machine
électromagnétique selon un mode d'exécution de l'invention,
- la figure 5 illustre une vue agrandie d'une partie de la figure 4,
- la figure 6 illustre une machine électromagnétique formant une
turbine,
- les figures 7 et 8 illustrent des variantes de réalisation de la
machine électromagnétique.
Description de modes préférentiels de l'invention
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
8
L'élément formant rotor ou stator décrit ci-après diffère de l'état de la
technique en ce que les bobines sont remplacées par des pistes
crénelées préférentiellement sensiblement plates.
Comme illustré aux figures 1 et 2, l'élément 100 de machine
électromagnétique, formant notamment stator ou rotor, comporte au
moins une première piste 101 électriquement conductrice se présentant
sous la forme d'une ligne crénelée annulaire de sorte à former une
première pluralité de circuits électromagnétiques 102 aptes à interagir
avec au moins un élément magnétique (non représenté aux figures 1 et
2) de la machine électromagnétique. L'élément 100 comporte en outre au
moins une deuxième piste 103 électriquement conductrice agencée sous
la forme d'une ligne crénelée annulaire de sorte à former une deuxième
pluralité de circuits électromagnétiques 104 aptes à interagir avec au
moins un élément magnétique de la machine électromagnétique. Ladite
deuxième piste 103 est formée le long de ladite première piste 101
correspondante et de telle sorte que les circuits 104 de la deuxième
pluralité de circuits électromagnétiques soient chacun disposé entre deux
circuits successifs 102 de la première pluralité de circuits
électromagnétiques.
On comprend alors que la machine électromagnétique peut comporter
une pluralité d'éléments magnétiques. Chaque élément magnétique est
avantageusement un aimant dipolaire. C'est-à-dire un aimant
comprenant une face nord et une face sud, les lignes de champs issues
du champ magnétique de l'aimant s'étendant entre les pôles nord et sud
dudit aimant.
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
9
Par circuit électromagnétique , on entend ici un circuit se comportant
de manière similaire à une spire d'une bobine dans le cadre de son
interaction avec un élément magnétique tel un aimant dipolaire. En fait, le
circuit peut être un induit dans lequel est généré du courant électrique
lors de l'interaction avec l'élément magnétique dans le cadre d'une
machine électromagnétique fonctionnant tel un générateur de courant
électrique. Alternativement, le circuit peut générer un champ magnétique
par application volontaire d'un courant électrique traversant ledit circuit,
lors de l'interaction avec le ou les élément(s) magnétique(s), la machine
électromagnétique fonctionne alors comme un moteur.
La machine électromagnétique est typiquement une machine tournante
comprenant un stator et un rotor. La machine électromagnétique pourra
être de type à flux magnétique axial (préférentiellement au moins une
partie des éléments magnétiques dipolaires est alors agencée de telle
sorte que l'axe passant par les deux pôles magnétiques de chacun des
éléments magnétiques de ladite au moins une partie des éléments
magnétiques est parallèle à un axe de rotation Al du rotor de la machine
électromagnétique et les pistes sont agencées de telle sorte à faire face
à un pôle de chaque élément magnétique) et/ou à flux magnétique radial
(préférentiellement au moins une partie des éléments magnétiques
dipolaires est alors située de telle sorte que l'axe passant par les deux
pôles magnétiques de chacun des éléments magnétiques de ladite au
moins une partie des éléments magnétiques est perpendiculaire à un axe
de rotation Al du rotor de la machine électromagnétique et les pistes
sont agencées de telle sorte à faire face à un pôle de chaque élément
magnétique, alternativement les axes des éléments magnétiques sont
similaires à ceux du flux magnétique axial mais les pistes seront
agencées de telle sorte à interagir avec les lignes de champs entre les
deux pôles magnétiques de chaque élément magnétique).
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
Avantageusement, un couple de pistes comportant une première piste et
une deuxième piste est tel que les première et deuxième pistes sont
avantageusement incluses dans une même surface, préférentiellement
plane (par exemple dans le plan des figures 1 et 2) en vue d'exploiter un
5 flux magnétique axial, ou cylindrique à section circulaire (figure 3) en
vue
d'exploiter un flux magnétique radial.
En particulier, le ou les premier(s) élément(s) sont tels que la première
pluralité de circuits et la deuxième pluralité de circuits ne se
recouvrent/superposent pas selon une direction normale au plan incluant
10 un couple de première et deuxième pistes.
Préférentiellement, les première et deuxième pistes sont conformées (en
tout ou partie) sous la forme d'une bande présentant une section, dans
un plan perpendiculaire à l'allongement au moins local de la bande,
carrée ou rectangulaire. La bande comporte alors une face principale,
destinée faire face à un ou plusieurs éléments magnétiques,
perpendiculaire à la direction orientant l'épaisseur de la bande. Les
dimensions transversales de la face principale de la bande selon son
allongement au moins local, préférentiellement en tout point de la piste
concernée, sont supérieures à la dimension définissant l'épaisseur de la
bande.
Selon une mise en oeuvre particulière, ladite au moins une première piste
101 comporte une pluralité de flancs transversaux 105 électriquement
conducteurs s'étendant chacun entre un premier bord latéral discontinu
106 (conformé selon la ligne en pointillés li sur la figure 2) de la première
piste 101 et un deuxième bord latéral discontinu 107 (conformé selon la
ligne en pointillés 12 sur la figure 2) de la première piste 101. Chaque
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
11
circuit 102 de la première pluralité de circuits électromagnétiques
comporte un couple de flancs transversaux adjacents 105 de la première
piste 101. En outre, ladite au moins une deuxième piste 103 comporte
une pluralité de flancs transversaux 108 électriquement conducteurs
s'étendant chacun entre un troisième bord latéral discontinu 109
(conformé selon la ligne en pointillés 13 sur la figure 2) de la deuxième
piste 103 et un quatrième bord latéral discontinu 110 (conformé selon la
ligne en pointillés 14 sur la figure 2) de la deuxième piste 103. Chaque
circuit 104 de la deuxième pluralité de circuits électromagnétiques
comporte un couple de flancs transversaux 108 adjacents de la
deuxième piste 103. Les bords latéraux discontinus sont bien entendu
électriquement conducteurs.
On comprend que, pour chaque piste, la bande décrite ci-avant peut
comporter un allongement au moins local pour chaque bord discontinu et
chaque flanc transversal.
De préférence, au moins les flancs transversaux des première et
deuxième pistes 101, 103 présentent une section carrée ou rectangulaire
en forme de barreau. Cette forme de section permet de maximiser le
résultat de l'interaction entre un circuit et un élément magnétique lors de
son passage en regard du circuit. Les bords latéraux discontinus servant
de simple conducteur électrique, leurs sections peuvent être circulaires
ou carrées ou rectangulaires.
Les première et deuxième pistes 101, 103 sont avantageusement
dimensionnées de telle sorte que chaque flanc transversal ne fait partie
que d'un seul circuit. Autrement dit, chaque circuit est séparé d'un circuit
adjacent d'une même piste d'une distance telle que le, ou les, élément(s)
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
12
magnétique(s) ne puissent pas être en regard de deux flancs
transversaux adjacents de deux circuits distincts de la même piste. Dans
le cas contraire, des effets parasites pourrait diminuer ou rendre nul le
rendement de la machine électromagnétique.
Sur l'exemple de réalisation des figures 1 à 3, le troisième bord latéral
discontinu 109 est situé entre les premier et deuxième bords latéraux
discontinus 106 et 107, et le deuxième bord latéral discontinu 107 est
situé entre les troisième et quatrième bords discontinus 109 et 110.
Selon une description plus détaillée, le premier bord latéral discontinu
106 est formé par une pluralité de premiers segments 111 électriquement
conducteurs reliant chacun deux flancs transversaux 105 de la première
piste 101. Le deuxième bord latéral discontinu 107 est formé par une
pluralité de deuxièmes segments 112 électriquement conducteurs reliant
chacun deux flancs transversaux 105 de la première piste 101. Le
troisième bord latéral discontinu 109 est formé par une pluralité de
troisièmes segments 113 électriquement conducteurs reliant chacun
deux flancs transversaux 108 de la deuxième piste 103. Le quatrième
bord latéral discontinu 110 est formé par une pluralité de quatrièmes
segments 114 électriquement conducteurs reliant chacun deux flancs
transversaux 108 de la deuxième piste 103. Les premiers et quatrièmes
segments (111, 114) présentent chacun une longueur supérieure à celle
de chacun des deuxièmes et troisièmes segments (112, 113). Plus
généralement, cette condition sur les longueurs des segments permet
aux flancs transversaux adjacents de deux circuits adjacents (c'est-à-dire
directement reliés par un premier segment dans le cadre de la première
piste ou par un quatrième segment dans le cadre de la troisième piste)
de ne pas former un circuit électromagnétique au sens tel que défini ci-
dessus. Autrement dit, l'élément magnétique ne pourra pas interagir avec
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
13
les flancs transversaux de deux circuits adjacents d'une même piste. Une
telle interaction induirait des effets parasites réduisant, ou annulant, le
rendement de la machine électromagnétique.
On comprend alors que la forme en ligne crénelée annulaire de la
première piste est conférée par le fait que pour chaque flanc transversal
de la première piste, hors les flancs transversaux des extrémités de la
première piste, ledit flanc transversal est relié d'une part à un flanc
transversal précédent par un premier segment et d'autre part à un flanc
transversal suivant par un deuxième segment. Dans ce paragraphe, les
termes première piste, premier segment et deuxième segment peuvent
être remplacés respectivement par deuxième piste, troisième segment et
quatrième segment.
Selon une mise en oeuvre permettant de tirer au mieux parti de
l'interaction entre un rotor et un stator de la machine électromagnétique,
l'élément comporte un empilement de premières pistes et un empilement
de deuxièmes pistes. Notamment, les empilements s'étendent dans des
directions parallèles. Bien entendu, pour éviter tout court-circuit
électrique, deux pistes d'un même empilement sont séparées par un
isolant électrique.
Dans le cadre d'une machine électromagnétique à flux magnétique axial,
les empilements visés ci-dessus le sont selon un axe de rotation du rotor
de la machine électromagnétique. Dans le cadre d'une machine
électromagnétique à flux magnétique radial, les empilements visés ci-
dessus le sont selon une direction perpendiculaire à un axe de rotation
du rotor de la machine électromagnétique.
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
14
Selon un premier exemple, dans le cadre d'une machine
électromagnétique à flux magnétique radial, les premier, deuxième,
troisième et quatrième bords latéraux discontinus d'une première piste et
d'une deuxième piste associée, sont inclus chacun respectivement le
long d'un premier cercle, d'un deuxième cercle, d'un troisième cercle et
d'un quatrième cercle. Lesdits premier, deuxième, troisième et quatrième
cercles sont échelonnés le long d'un même axe (formant notamment
l'axe de rotation du rotor de la machine électromagnétique) et ont chacun
un rayon de même longueur.
Selon un deuxième exemple, dans le cadre d'une machine
électromagnétique à flux magnétique axial, les premier, deuxième,
troisième et quatrième bords latéraux discontinus d'une première piste et
d'une deuxième piste associée, sont inclus chacun respectivement le
long d'un premier cercle, d'un deuxième cercle, d'un troisième cercle et
d'un quatrième cercle. Lesdits premier, deuxième, troisième et quatrième
cercles sont inclus dans un même plan et ont un même centre
(notamment par lequel peut passer l'axe de rotation du rotor de la
machine électromagnétique). Dans cet exemple le rayon du premier
cercle est supérieur au rayon du troisième cercle, lui-même supérieur au
rayon du deuxième cercle, lui-même supérieur au rayon du quatrième
cercle.
Préférentiellement, l'élément visé ci-avant et comportant les première et
deuxième pistes est un stator de la machine électromagnétique.
On comprend alors que l'invention est aussi relative à une machine
électromagnétique, telle qu'illustrée aux figures 4 et 5, comprenant au
moins un premier élément 100, notamment formant stator, tel que décrit
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
précédemment, et un deuxième élément 200, notamment formant rotor,
muni d'au moins un élément magnétique 201 agencé de telle sorte à
interagir avec les circuits (les circuits de la première pluralité de circuits
et
de la deuxième pluralité de circuits électromagnétiques) du premier
5 élément 100 lors d'un mouvement relatif de rotation entre les premier 100
et deuxième 200 éléments.
Par mouvement relatif de rotation entre les premier et deuxième
éléments 100, 200, on entend qu'il existe un axe de rotation Al (visible
aux figures 1, 3, 4 et 6) autour duquel tourne l'un desdits premier et
10 deuxième éléments alors, que l'autre desdits premier et deuxième
éléments reste fixe.
Sur la figure 5, le premier élément 100 comporte un empilement de
premières piste 101 et de deuxièmes pistes 103. Bien entendu il ne s'agit
que d'un exemple particulier, en effet une unique première piste 101 et
15 une unique deuxième piste 103 auraient tout aussi bien pu être
utilisées.
En particulier, le deuxième élément 200 peut comporter au moins une
pale 202 comme illustré à la figure 6. Dès lors, le deuxième élément 200
forme un rotor de la machine électromagnétique et le premier élément
100 forme le stator de la machine électromagnétique. Dans l'exemple de
la figure 6, une pluralité de pales 202 forme une hélice du rotor. Les
hélices s'étendent alors entre l'axe de rotation Al du rotor et un anneau
externe du rotor portant (ou formé par) des éléments magnétiques
destinés à interagir avec les circuits du premier élément 100.
On comprend alors que de manière générale, une turbine peut
comprendre une machine électromagnétique telle que décrite et dans
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
16
laquelle le deuxième élément 200 forme un rotor apte à être mis en
rotation par un fluide. Le premier élément 100 forme alors le stator de la
machine électromagnétique. La turbine peut alors être une éolienne (le
fluide est alors de l'air) ou une hydrolienne (le fluide est alors un
liquide).
En particulier, le deuxième élément 200 comporte une pluralité
d'éléments magnétiques 201 avantageusement tels que décrits ci-avant.
Chaque élément magnétique 201 est alors disposé de telle sorte que lors
du mouvement de rotation il coopère avec les différents circuits du
premier élément 100.
Autrement dit, selon une mise en oeuvre, chaque élément magnétique
201 du deuxième élément 200 est situé de telle sorte à interagir, au cours
d'une révolution complète de l'un des premier ou deuxième élément 100,
200 autour d'un axe de rotation associé (de préférence une révolution
complète du deuxième élément 200 formant rotor autour de son axe de
rotation Ai), avec chaque circuit 102 de ladite au moins une première
piste 101 et/ou avec chaque circuit 104 de ladite au moins une deuxième
piste 103. Ceci permet d'assurer un rendement amélioré tant en mode
moteur qu'en mode générateur de la machine électromagnétique.
De préférence, la machine électromagnétique est telle que chaque
élément magnétique 201 présente, notamment parallèlement au pistes
conductrices, une section telle que en tout instant du mouvement relatif
de rotation, ledit élément magnétique 201 ne vient en regard d'au plus
deux flancs transversaux d'un couple de première et deuxième pistes.
Autrement dit, au cours du mouvement relatif de rotation, une face de
l'élément magnétique 201 définissant un pôle magnétique (nord ou sud)
dudit élément magnétique 201 passe en regard de chaque circuit du
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
17
premier élément (ceci étant notamment vrai pour chaque élément
magnétique), et cette face est dimensionnée de telle manière qu'elle ne
recouvre jamais plus de deux flancs transversaux 105, 108 d'un couple
de première et deuxième pistes du premier élément 100.
Lorsqu'un élément magnétique 201, ou une face de ce dernier, vient en
regard de deux flancs latéraux au cours de sa rotation, on entend qu'il
existe alors un entrefer selon l'axe de rotation (par selon l'axe de rotation
on entend parallèle en cas de flux magnétique axial et perpendiculaire en
cas de flux magnétique radial) entre ledit élément magnétique et les deux
flancs latéraux concernés.
Ainsi, en tout instant de la rotation d'un des éléments magnétiques, les
deux flancs transversaux chevauchés par ledit élément magnétique
appartiennent : soit à la première piste, soit à la deuxième piste, soit aux
première et deuxième pistes.
Préférentiellement, et toujours dans l'expectative d'améliorer et/ou de
maximiser le rendement de la machine électromagnétique, au cours du
mouvement relatif de rotation, ledit au moins un élément magnétique ou
chacun des éléments magnétiques 201 ne vient jamais en regard des
premier, deuxième, troisième et quatrième bords discontinus 106, 107,
109, 110. Autrement dit, au cours de la rotation du rotor, la face de
l'élément magnétique définissant un pôle magnétique (nord ou sud) dudit
élément magnétique 201 passe en regard de chaque circuit du premier
élément (ceci étant notamment vrai pour chaque élément magnétique)
sans jamais être en regard des bords discontinus des première et
deuxième pistes.
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
18
En vue d'optimiser le rendement de la machine électromagnétique, les
première(s) et deuxième(s) pistes sont adaptées à la forme de l'élément
magnétique (ou des éléments magnétiques), notamment aux dimensions
de la face de l'élément magnétique 201 (formant notamment un pôle
magnétique) en regard du premier élément 100 lors du mouvement de
rotation. En particulier, les faces de tous les éléments magnétiques
disposées en regard du premier élément ont toutes les mêmes
dimensions et sont telles qu'elles respectent les conditions de
chevauchement tels que décrites. La forme de la face peut alors être
carrée, rectangulaire, ou encore trapézoïdale.
Ainsi, de manière générale applicable à tout ce qui a été dit
précédemment, la forme en ligne crénelée n'implique pas la présence de
flancs transversaux parallèles entre eux. Le crénelage de la ligne peut
être tel que les créneaux ont une forme tendant vers le oméga ou le
sinus. En particulier, les flancs transversaux peuvent chacun s'étendre le
long de rayons différents d'un même cercle.
Selon une mise en oeuvre particulière, la machine électromagnétique
présente une configuration de recouvrement dans laquelle chaque circuit
102, 104 de la première pluralité de circuits électromagnétiques et de la
deuxième pluralité de circuits électromagnétiques est en regard d'un
élément magnétique 201 correspondant. Autrement dit, on a autant
d'éléments magnétiques que de circuits électromagnétiques contenus
dans un couple de première et deuxième pistes. Ceci permettant un
rendement maximisé de la machine électromagnétique.
Préférentiellement, les éléments magnétique 201 sont agencés comme
illustré à la figure 4, c'est-à-dire de sorte à former un anneau magnétique
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
19
fermé. Autrement dit, le deuxième élément 200 peut comporter une
pluralité d'éléments magnétiques 201 échelonnés, notamment à
intervalles réguliers, le long d'une ligne annulaire (formant par exemple
un cercle) centrée sur l'axe de rotation Al.
En particulier, le deuxième élément 200 comporte une pluralité d'élément
magnétiques 201 agencés de telle sorte à présenter, face au premier
élément 100, alternativement un pôle positif et un pole négatif de telle
sorte que, au cours du mouvement relatif de rotation, lorsque tous les
circuits de la première pluralité de circuits électromagnétiques sont
chacun en interaction avec des pôles positifs, tous les circuits de la
deuxième pluralité de circuits électromagnétiques sont chacun en
interaction avec des pôles négatifs. Par ailleurs, au cours du mouvement
relatif de rotation, lorsque tous les circuits de la première pluralité de
circuits électromagnétiques sont chacun en interaction avec des pôles
négatifs, tous les circuits de la deuxième pluralité de circuits
électromagnétiques sont chacun en interaction avec des pôles positifs.
Comme évoqué précédemment, la machine électromagnétique peut
fonctionner en mode moteur ou générateur. Ainsi, la machine
électromagnétique peut comporter une configuration de fonctionnement
dans laquelle l'interaction de chaque élément magnétique 201 avec au
moins un circuit correspondant du premier élément 100 permet une
génération d'un courant électrique au sein dudit circuit correspondant. En
outre, la machine électromagnétique peut comporter, alternativement ou
en combinaison avec le mode de génération de courant, une
configuration de fonctionnement dans laquelle les circuits (ou au moins
un circuit) interagissent avec au moins un élément magnétique 201 en
vue de générer le mouvement relatif de rotation.
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
Afin d'optimiser le rendement en profitant des deux faces (autrement dit
des deux pôles opposés) des éléments magnétiques, la machine
électromagnétique peut comporter, comme illustré schématiquement à la
figure 7, deux premiers éléments 100a, 100b, préférentiellement
5 identiques, tels que décrits et disposés de part et d'autre du deuxième
élément 200 selon un axe de rotation Al associé au mouvement relatif
de rotation. Préférentiellement, ici l'élément 200 forme le rotor et les
éléments 100a, 100b forment deux stators. Ici, l'un des deux premiers
éléments est configuré de sorte à faire face à l'un des pôles magnétiques
10 d'un élément magnétique au cours du mouvement relatif de rotation
tandis que l'autre des deux premiers éléments est configuré de sorte à
faire face à l'autre des pôles magnétiques dudit élément magnétique.
Ainsi, on comprend des différentes figures et de ce qui a été dit ci-dessus
que, lorsque la machine électromagnétique comporte les deux premiers
15 éléments 100a, 100b, ledit au moins un élément magnétique 201, et
notamment chaque élément magnétique 201 du deuxième élément 200,
est agencé de sorte à interagir avec les circuits d'au moins l'un des deux
premiers éléments 100a, 100b et de préférence avec les circuits des
deux premiers éléments 100a, 100b lors du mouvement relatif de rotation
20 entre les premiers et deuxième éléments 200. En fait, le mouvement de
rotation est dit relatif entre les deux premiers éléments 100a et 100b qui
forment préférentiellement stator et le deuxième élément 200 qui forme
préférentiellement rotor. Il en résulte que chacun des premiers éléments
coopère avec un même deuxième élément de manière similaire,
nonobstant le fait que les polarités magnétiques pour un même élément
magnétique sont inversées. Autrement dit, tout ce qui a été dit dans la
présente description relativement à la coopération entre le premier
élément 100 et le deuxième élément 200 s'applique aux deux premiers
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
21
éléments 100a, 100b lorsqu'ils sont disposés de part et d'autre du
deuxième élément 200.
Selon un perfectionnement possible, la machine électromagnétique peut
aussi comporter, notamment en plus des deux premiers éléments 100a,
100b, un deux éléments additionnels 100c 100d (figure 7) formés chacun
par un autre élément de machine électromagnétique tel que décrit (c'est-
à-dire comportant des première(s) et deuxième(s) pistes) et entourant
radialement le deuxième élément 200. Dans ce cas, l'un des éléments
additionnels 100c est configuré de sorte à interagir avec un premier pôle
magnétique d'un élément magnétique tandis que l'autre des éléments
additionnel est configuré de sorte à interagir avec un deuxième pôle
magnétique (opposé au premier pôle) dudit élément magnétique. Le plan
P1 est ici perpendiculaire à l'axe de rotation Al du rotor formé
préférentiellement par l'élément 200. Ceci permet notamment d'utiliser
les lignes de champs entre les deux pôles magnétiques opposés d'un
même élément magnétique en vue de générer encore plus de courant
électrique.
Selon une variante illustrée à la figure 8, le premier élément 100 est
disposé de telle sorte qu'il entoure le deuxième élément 200. Autrement
dit, les premier et deuxième éléments 100, 200 sont inclus dans un
même plan P1 qui est aussi le plan de rotation notamment du deuxième
élément 200 c'est-à-dire perpendiculaire à l'axe Al de rotation. Dans ce
cas, chaque élément magnétique présente un pôle magnétique face audit
premier élément 100, et préférentiellement l'autre pôle magnétique est
monté sur un anneau 220 en acier.
CA 02934221 2016-06-16
WO 2015/091930
PCT/EP2014/078698
22
De manière générale applicable à tout ce qui a été dit ci-avant, les
première et deuxième pistes peuvent être formées en cuivre. De telles
pistes peuvent aisément être réalisées par emboutissage, découpage. En
outre, la forme finale est directement obtenue sans de longues et
fastidieuses étapes de soudure comme dans le cadre des bobines de
l'art antérieur.
Préférentiellement, et de manière applicable à tout ce qui a été dit ci-
dessus, chacun des flancs transversaux des première et/ou deuxième
pistes sont droits, tandis que les segments reliant deux flancs
transversaux adjacents d'une même piste sont incurvés.
Par ailleurs, en vue d'améliorer le rendement de la machine
électromagnétique, l'homme du métier pourra ajouter à chaque élément
comportant les première et deuxième pistes crénelées des masses de
matériau magnétique permettant de concentrer les flux. Par exemple,
l'élément comportant les première et deuxième pistes crénelées pourra
comporter un ou plusieurs noyaux magnétiques agencés de telle sorte
que les première et deuxième pistes soient disposées entre chaque
élément magnétique et tout ou partie du, ou des, noyaux magnétiques.
En particulier, les masses de matériau magnétique, ou une partie de ces
masses, peuvent être disposées entre chaque flanc transversal d'un
circuit électromagnétique. Les masses de matériau magnétique peuvent
être disposées de telle sorte à diminuer le couple magnétique résiduel.
