Brevet FR2188346A1 — publié le 19740118

Invention concerne un alternateur en cascade comportant un ensemble d"excitation fixe et un ensemble de sortie fixe, ainsi quiun rotor contenant deux enroulements, tournant dans la zone de ensemble d'excitation et dans la zone de l'ensemble de sortie et présentant des rainures des tinées à recevoir des enroulements, un carter étant prévu pour envelopper ces ensembles Un tel alternateur en cascade est un alternateur triphasé sans bagues de friction. Un alternateur de ce type est donc peu sujet aux dérangements. Cependant, la forme de réalisation usuelle est peu intéressante car l'aternateur en cascade usuel comporte essentiellement deux machines électriques et est, pour cette raison, très complexe et très coûteux. Linvention a pour but d'éviter cet inconvénient et concerne, à cet effet, un alternateur du type cidessus caractérisé en ce que l'ensemble d'excitation et l'en- semble de sortie sont ajposs uu,alement autour d'un axe, le rotor contenant un noyau annulaire disposé pour tourner entre l'excitation et la sortie. Un tel alternateur est de fabrtfeation simple ; il ne nécessite qu'une dépense de matière relativement faible et ne prend que peu de place. Le rotor de l'alternateur en cascade conforme à l'invention est réalisé au moyen d'un anneau à lamelles entraîné par un organe d'entrainement. Cet anneau remplace donc les deux rotors de la réalisation usuelle d'alternateur en cascade, Sur son pourtour intérieur, l'anneau est muni d'un enroulement, de sorte que l'alternateur en cascade peut être excité à l'aide d'un ensemble d'excitation fixe, de préférence du type à griffes polaires. L'enroulement disposé sur le pourtour intérieur. de l'anneau s'étend également sur son pourtour extérieur et y produit un champ tournant qui est en avance sur l'anneau. Par conséquent, alors qu'un alternateur en cascade usuel suppose une excitation par des pôles extérieurs individuels avec une bobine et une pièce polaire par pôle, l'alternateur en cascade conforme à l'invention comporte un ensemble d'excitation à griffes polaires avec une seule bobine. Alors qu'avec le rotor double de l'alternateur en cascade usuel ltenroelemen dan lequel il faut tourner le- phases individuelles est de réalisation compliquée, on peut dans l'alternateur en cascade uivant l'invention, façonner à L'avance les barres dtenroulement individuelles et les introduire sous forme de faisceau dans l'anneau, par un coté. Si lton craint un effet pelliculaire trop important par suite des courants de Foucault, on répartit régu lièrement l:ìntensité du courant par couches d'enroulement. Dans l'alternateur en cascade conforme à l'invention, on peut aisément permuter dans ce but les couches des barres individuelles dans les ralnure.-iqur le pourtour intérieur et sur le pourtour extérieur de anneau, Sur le pourtour extérieur de l'anneau utilise dans le système de rotor de l'alternateur en cascade conforme à l'-"nventlon, il y a de la place pour davantage de rainures que sur le pourtour intérieur. En conséquence, le nombre des rainures, et par suite le nombre de pôles du stator, peuvent être doublés, La fréquence de la tension de sortie peut donc aussi être multipliée par le facteur 2. Enfin, par suite de sa forme en disque, l'alternateur en cascade conforme à l'invention peut être mieux ventilé. Il en résulte qu'on peut prévoir une puissance plus élevée par unité de volume. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - La figure 1 est une coupe transversale d'un alternateur en cascade conforme à l'invention - La figure 2 montre schématiquement la disposition des phases individuelles - La figure 3 montre la permutation des couches d'enroulement - La figure 4 représente un anneau qui présente sur son pourtour extérieur un nombre de rainures double de celui des rainures du pourtour intérieur. Dans exemple de réalisation représenté sur la figure 1,un ensemble d'excitation 13 est fixe dans un carter 11, par exemple à l'aide de vis 12 L'ensemble d'excitation 13 comporte un noyau cylindrique 14 en matière magnéti quement conductrice; sur lequel de pâles à griffes 15- sont montés de manière i'euelle Le noyau 14 de ensemble d'excita tion 13 porte, en outre, un enroulement d'excitation 16 se présentant SOUb forme de bobine annulaire.L'ensemble de sortie 18 est fixé dans Le carter il concentriquement au centre imaginaire de l'ensemble d excJtatlon )3 et dan le plan de l'en- roulement dXexcltatíon annulaire 16 Cet ensemble de sortie 18 comporte de façon connue des piles individuels 19 et des enroulements polaires 20e En ensemble oc rotor 22 est disposé pour tourner entre le- polies à griffes fixes 15 du dispositif d'excitation 13 et les pôles individuels 19, également fixes, de l'ensemble de sortie 18. Un élément essentiel du rotor 22 est constitué par un anneau 23,formé de préférence en lamelles de tôles dynamo.L'anneau 23 peut tourner dans le plan de l'enroulement d'excitation 16, concentriquement au centre imaginaire de l'élément d'excitation 13. L'anneau 23 est fixé sur un orge d'entraînement 25 par exemple au moyen de rivets 24. L'organe d'entrainement 25 est à son tour monté sur un arbre d'entraînement 26 et calé sur cet arbre à l'aide de moyens de fixation appropriés, par exemple à l'aide d'un écrou 27. Des aubes de ventilation sont assemblées avec organe d'entraî- nement 25, ces aubes formant de préférence une roue de ventilateur 28. Pour assurer une meilleure ventilation, l'organe d'entraînement 25 présente des évidements 29. Des bagues d'enroulement 30 sont introduites dans l'anneau 23. Du côté opposé, une bague de court-circuit 31 repose sur l'anneau 23, les barres d'enroulement 30 étant soudées sur cette bague de court-circuit. Dans la zone de l'ensemble rotor 22 et dans la zone de l'ensemble d'excitation 13, le carter 11 comporte des ouvertures 32 servant au passage de l'air de ventilation de l'alternateur en cascade Des ouvertures 33 sont également prévues dans le carter 11,dans la zone de la roue de ventilateur 28. La figure 2 est une vue latérale d'un exemple de réalisation de l'anneau 23 du système de rotor 22. Sur son pourtour intérieur, c'est-à-dire le pourtour dirigé vers l'ensemble d'excitation 13, non représenté sur la figure 2, l'anneau 23 comporte des rainures 35. De meme, des rainures 36 sont prévues sur le pourtour extérieur de l'anneau 23, c'est-à-dire le pourtour dirigé vers ensemble de sortie 18, non représenté sur la figure 2.Dan cet exemple de réalisation, la figure 2 montre c--mment les phases individuelles de l'enrnulement sont disposées angulairement et comment les barres d'en- roulement îndtviduelies 30 sont inserees sous forme de faisceau dans les rainures 35, 36, Le décalage angulaire des phases a lieu de telle façon .que la barre d'enroulement médiane s'étend, drune première rainure intérieure 35 dans une première rainure extérieure 36,située Juste en face; qu'une seconde barre d'enroulement s'étend dcune seconde rainure intérieure 35, située par exemple à droite de la première rainure intérieure, dans une seconde rainure extér.leure 36, =ituée à gauche de la premère rainure extérieure 36, et enfin de façon qutune troisième barre d'enroulement 30 -etende d'une troisième rainure intérieure 35, située à gauche de la première rainure intérieure 35, dans une troisième rainure extérieure 36, située à droite de la première rainure extérieure 36, La figure 3 represente comment, pour éviter un effet pelliculaire trop important, les barres d'enroulement sont disposées avec permutation.Une première barre d'enroulement 30 s'étend de l'extrémité extérieure d'une rainure intérieure 35 jusqu a l'extrémité intérieure d'une rainure extérieure 36, Une seconde barre d'enroulement 30 s'étend de l'extrémité intérieure de la même rainure intérieure 35 jusqu'à l'extrémité extérieure de la meme rainure extérieure 36, Il s'agit là d'un autre exemple de réalisation de l'alternateur en cascade conforme à l'invention. La figure 4 représente un troisième exemple de réalisation, dans lequel un anneau 23 présente un nombre de rainures extérieures 36 deux fois plus grand que le nombre des rainure intérieures 35. Dans cet exemple de réalisation, on a également indiqué le trac d'enroulement. Bien entendu, invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E l E N D I C A I I O N S 10/ Alternateur en cascade comportant un ensemble d'excitation fixe et un ensemble de sortie fixe, ainsi qu'un rotor contenant deux enroulements, tournant dans la zone de ensemble d'excitation et dans la zone de l'en- semble de sortie et présentant des rainures destinées à recevoir des enroulements, un carter étant prévu pour envelopper ces ensembles, alternateur caractérisé en ce que l'ensemble d'excitation (73) et ensemble de sortie (18) sont disposes coaxialement autour d'-un axe (26), le rotor (22) contenant un noyau annulaire (23) disposé pour tourner entre ltexcita- tion (13) et la sortie (18). 20/ Alternateur en cascade suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'ensemble d'excitation (13) est réalisé sous forme d'un dispositif avec pôles à griffes, 30/ Alternateur en cascade suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'ensemble d'excitation (13) contient une seule bobine annulaire (16) disposée de préférence coaxialement. 4 / Alternateur en cascade suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le noyau annulaire (23) du rotor (22) est réalisé sous forme d'anneau en tôle lamellée. 5 / Alternateur en cascade suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les enroulements de l'anneau (23) sont constitués par des barres (30) en forme de U introduites dans les rainures, ces barres étant reliées de façon électriquement conductrice à leurs extrémités libres. 60/ Alternateur en cascade suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'est prévue une bague de court-circuit (31) disposée coaxialement, ayant de préférence la hauteur de l'anneau (23) du rotor (22) et appliqué latéralement contre l'anneau (23), les extrémités libres des barres (30) en forme de U étant reliées de façon électriquement conductrice, de préférence par soudage, avec la bague de court-circuit (31). 70/ Alternateur en cascade suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que, pour éviter lteffet pelliculaire, aux branches des barres (30) en forme de U s'étendant dans la zone extérieure des rainures (35) dirigées ver 1Pen=embl.e d'excitation (13), sont associées des branches s'étendant dans la zone intérieure des rainures (36) dirigée vers ensemble de sortie (18), et en ce qutaux branches des barres (30) en forme de t s'étendant dans la zone intérieure des rainures dirigées vers i ensemble dtexcitatìon (13), sont associes des branches stétendont dans la zone ex extérieure des rainures (36) dirigées vers l ensemble de sortie (18). 80/ Alternateur en cascade suivant l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractériser en ce que, pour disposer angulalrement les phases individuelles, une série de barres (30) en forme de JJ sont rassemblées en un faisceau et introduites dans les rainures correspondantes (35, 36). 90/ Alternateur en cascade suivant l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que, pour obtenir une fréquence élevée de la tension de sortie produite dans l'ensemble de sortie (18), le pourtour extérieur de l'anneau (23) du rotor (22) présente un plus grand nombre de rainures (36), de préférence deux fois plus, que le pourtour intérieur. 100/ Alternateur en cascade suivant l'une quelconque des revendications 4 à 9, caractérisé en ce que l'anneau (23) est fixé sur un organe d'entraînement (25), de préférence en forme de virole, disposé coaxialement, cet organe pouvant tourner au moyen d'un axe (26) 110/ Alternateur en cascade suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'une roue de ventilateur (28) est fixée sur l'organe d'entraînement (25); 120/ Alternateur en cascade suivant l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que, pour assurer la ventilation des ensembles (13, 18, 22), le carter (11) et l'organe d'entraînement (25) sont prévus avec des évidements (29, 32, 33).