Brevet FR2259468A1 — publié le 19750822

La présente invention concerne la construction des machinas électriques, et notamment les machines å inducteur tournant. Elle a trait au problème du perfectionnement -de ces machines b moyenne et å haute fréquences industrielles du type monopolaire. Ces machines trouvent de nombreuses applications en tant q u e source d'alimentation à moyenne-et haute fréquences industrielles dans l'électrotbermie, les systèmes d'alimentation électrique des moyens de transport, les systèmes d'automatisme, de commande, etc. Les machines connues à inducteur tournant, du type monopolaire, ont de meilleures caractéristiques de poids et d'encombrement, en version monophasée avec zone dentée classique, quand le pas dentaire du rotor est le double de celui du stator. On connaît aussi des machines à inducteur tournant en version triphasée, dans lesquelles le nombre de dents du stator est suffisamment proche du nombre double de dents du rotor sans lui être egal, c'est-à- dire dans lesquelles le pas dentaire du stator est proche de 180 degrés électriques mais non égal à cette valeur. Dans ce cas, l'enroulement du stator est réalisé comme un enroulement classique en encoches, et chaque phase du stator est disposée sur des dents successives groupées dans 1/3 du stator. On connait aussi des machines à inducteur tournant dans lesquelles chaque phase se compose de deux groupes de bobines décalés de 180 degrés électriques pour le champ magnétique et groupés sur les dents du stator occupant 1/6 de sa circonférence. Dans ce cas, en associant les deux groupes en opposition série dans les phases de l'enroulement du stator, on arrive à éviter l'influence de l'excentricité du rotor sur la valeur de tensions de phase. Les machines polyphasées à inducteur tournant à pas dentaire du stator proche de 180 degrés électriques mais non égal à cette valeur, présentent par rapport aux-machines polyphasées à fer tournant et à zone dentée classique,une série d'avantages. Ainsi, ces machines polyphasées ont au stator un nombre de dents relativement réduit (le nombre de dents diminue d'environ 1/3). Grâce à une certaine diminution ou augmentation du pas des bobines et à la répartition des bobines dans les branches on obtient uae bonne forme des tensions simples. En outre, dans de telles machines la pulsation du flux magnétique longitudinal est réduite, ce qui est partîculiement important au point de vue des courants de paliers. Un fait important consiste aussi en ce que les caractéristiques poids et encombrement, des machines considérées ne sont pas altérées comparativement aux machines polyphasées à zone dentée classique. Toutefois, à coté des avantages indiqués, ces machines présentent des inconvénients notables. Vu que la circonférence du rotor est partagée en trois zones dans lesquelles sont groupées chacune des phases de l'enroulement triphasé, la vibration du rotor, son faux-rond résultant des méthodes de fabrication et du caractère spécifique de fonctionnement de la machine à inducteur tournant, ont une influence notable sur la symétrie et la forme des tensions simples. Les inconvénients indiqués limitent les applications des machines du type considéré. Ainsi, par exemple, les spécifications techniques prdsen- tées aux capteurs à haute fréquence de vitesse des groupes turbo-alternateurs montrent que, grâce aux avantages précités, c'est la classe de machine à inducteur tournant à pas dentaire proche de 180 degrés électriques qui convient le mieux à cet usage.Toutefois l'utilisation de ces machines, en tant que capteur à haute fréquence de vitesse d'un groupe turbo-alternateur avec fixation directe du capteur à l'arbre de la turbine, est pratiquement impossible car les vibrations de l'arbre du groupe turbo-alternateur dans ses paliers lisses provoquent à elles seules une variation relative de l'entrefer pouvant atteindre 30 %. I1 apparait en conséquence une modulation de la f.é.m. : la forme et la reproductibilité des impulsions du capteur subissent des altérations pendant un tour de l'arbre. Ceci trouble le fonctionnement du système électronique de régulation automatique. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients énumérés. L'on s'est proposé de mettre au point une machine à inducteur tournant dans laquelle, grâce à une disposition spéciale de chaque enroulement d'induit et au nombre de dents du stator, les caractéristiques poids et encombrement seraient améliorées et les vibrations du rotor ainsi que son faux-rond n'influeraient pas sur la tension induite. La solution consiste en ce que, dans une machine à inducteur tournant à enroulement induit polyphasé disposé sur les dents du stator à un pas dentaire constant proche de 180 degrés électriques mais non égal à cette valeur, avec un rotor denté sans enroulement et un enroulement d'excitation annulaire engendrant un champ magnétique dans le stator et dans le rotor denté sans enroulement, d'après l'invention chaque phase de l'enroulement induit se compose d'au moins trois parties associées en série et disposées symétriquement avec un décalage multiple de 360 degrés électriques, chaque partie étant constituée par des bobines disposées sur des dents successives du stator, dont le nombre de dents est différent du nombre doublé de dents du rotor denté, sans enroulement d'une valeur, égale au nombre doublé de parties. Dans cette nouvelle machine à inducteur tournant, l'influence des vibrations du rotor et de son faux-rond sur la symétrie et la forme des tensions simples est supprimée, grâce à la disposition symétrique des parties de chaque phase sur la circonférence du rotor et aux mêmes conditions obtenues pour les parties constitutives dans les champs magnétique et électrique (l'angle entre les parties est multiple de 360 degrés électriques). Les parties de chaque phase étant associées en série, la f.é.m. de la fréquence fondamentale, conditionnée par la rotation du rotor, est égale à la somme des f.é.m. des parties constitutives de chaque phase, tandis que les f.é.m. supplémentaires dues aux vibrations et au faux-rond du rotor se compensent mutuellement. Cette nouvelle conception proposee de machine å inducteur tournant assure la réduction des harmoniques supérieurs de la f.é.m. grâce à la diminution ou -à l'augmentation du pas des bobines et à la disposition des bobines dans les parties constitutives des phases, ainsi qu'une diminu- tion notable des pulsations du flux dans le circuit magnétique extérieur de la machine, De plus, comparativement aux maçhines bien connues, à zone dentée classique, le nombre de dents du stator est notablement diminué, les dents étant uniformément réparties sur la circonférence, ce qui rend simple et aisée la réalisation de l'empilage statorique avec son enroulement polyphasé. Dans ce qui suit, l'invention est expliquée par des exemples préférés de réalisation avec référence aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente une machine selon l'invention à empilage simple, coupe longitudinale - la figure 2 représente une machine à empilage double, coupe longitudinale - la figure 3 représente une machine, coupe transversale et - la figure 4 représente le schéma de l'enroulement statorique de la nouvelle machine. Dans la machine à inducteur'tournant, sur les dents à pas constant de l'empilage du stator 1 (figure 1) sont disposées les bobines 2 d'un enroulement d'induit polyphasé. A l'intérieur de l'empilage du stator 1 est place un rotor denté 3 sans enroulement, dont les dents constituent des pales de même nom. L'enroulement annulaire d'excitation 4 est placé sur le circuit magnétique 5 fixe de la machine, ce circuit magnétique étant séparé du rotor denté 3 sans enroulement par un entrefer complémentaire 6. Au point de vue construction, la machine à inducteur tournant faisant l'cbjet de l'invention peut être réalisé du type unipolaire à empilage double, avec deux empilages statoriques 7, 8 (figure 2) et deux em pilages dentés rotoriques 9,10 placés sur un élément cylindrique commun 11 de circuit magnétique. Dans ce cas, l'enroulement annulaire d'excitation 12 est disposé dans l'intervalle des empilages statoriques 7, 8 et des empilages dentés rotoriques 9, 10. A titre d'exemple, on donne (figure 3) la disposition des parties constituées par des bobines 2, dans une machine à inducteur tournant à empilage simple ayant au stotor 1 un nombre de dents Z = 36 et s au rotor 3 un nombre de dents Z = 15. Le nombre de parties constitutives r de chaque phase est k = 3. Comme le fait apparaitre la figure 3, la phase A de l'enroulement d'induit se compose de trois parties A1, A2, A3. La phase B de cet enroulement est constituée par les parties B1, B2, B3 et la phase C par les parties C1, C2, C3. Chaque partie se compose de quatre bobines 2 placées sur des dents successives du stator 1, c'est-à-dire que les bobines 2 de chaque phase sont placées sur douze dents du stator 1. Le schéma de connexion des bobines 2 de l'enroulement d'induit du stator 1 correspondant à l'exemple considéré est donné sur la figure 4, où C1 et C4 sont le commencement et la fin de la phase A, C2 et C5 le commencement et la fin de la phase B, C3 et C6 le commencement et la fin de la phase C. Quand la machine fonctionne, dans chacune des bobines 2 est induite une f.é.m., les f.é.m. des bobines 2 successives sont déphasées l'une par rapport à l'autre d'un angle n valant L'angle Y entre deux parties successives appartenant à des phases différentes, qui vaut en l'ooeurrence quatre pas dentaires du stator, est de 240 degrés électriques, car Le décalage de deux parties constitutives d'une phase est de douze pas dentaires, le décalage angulaire électrique ' étant lui-même nul (multiple de 360 degrés électriques), car a = 12a = 12 6 Comme le fait apparattre l'exemple donné, dans le cas considéré l'enroulement triphasé du stator, où chaque phase se compose de trois parties associées en série et disposées symétriquement sur la circonférence du stator, répond à toutes les conditions de symétrie. REVENDICATION Machine à inducteur tournant à enroulement induit polyphasé disposé sur les dents du stator à pas dentaire constant proche de 180 degrés électriques, mais non égal à cette valeur, avec un rotor denté sans enroulement et un enroulement d'excitation annulaire engendrant un champ magnétique commun dans le stator et dans le rotor, cette machine étant caractérisée par le fait que chaque phase de l'enroulement d'induit se compose d'au moins trois parties associées en série et disposées symétriquement avec un décalage multiple de 360 degrés électriques, chaque partie étant constituée par des bobines disposées sur des dents successives du stator, dont le nombre de dents est différent du nombre doublé de dents du rotor denté sans enroulement d'une valeur égale au nombre doublé de parties.