Brevet FR2358772A1 — publié le 19780210

La présente invention concerne une machine tournante électrique & courant continu ou à courant alternatif monophasé. Bien que les machines à courants alternatifs polyphasés soient souvent préférées, soit comme moteurs, soit comme génératrices d'énergie électrique, les machines monophasées sont très utilisées, notamment pour les installations et appareils de petite puissance. Il existe en outre des applications où l'utilisation d'une machine à courant continu est indispensable. Quand ces applications exigent que la machine fonctionne dans une atmosphère humide ou présentant des risques de déflagration, le genre de machine habituel à courant continu expose & de nombreux inconvénients, qui ne peuvent être surmontés qutà l'aide d'agencements coûteux, en raison de la présence du collecteur et des balais. Dans des conditions moins difficiles, cette présence pose dlilleurs souvent d'autres problèmes, et dans tous les cas, l'ensemble du collecteur et des balais constitue toujours un organe représentant une partie importante du prix de la machine et soumis & une usure qui exige fréquemment entretien et réparation. L' invention a pour objet une machine tournante électrique & courant continu, pouvant fonctionner en courant alternatif monophasé, avec laquelle les inconvénients précédemment indiqués sont évités et qui assure des caractéristiques excellentes de fiabilité et de sécurité avec une construction économique, en raison principalement de l'absence de collecteur ou bagues tournantes et de balais, La machine tournante électrique & courant continu suivant l'invention, comprenant un circuit magnétique inducteur et un circuit électrique induit, est caractérisée par le fait que le circuit magnétique inducteur est constitué d'au moins une première et une deuxième parties entre lesquelles sont situés au moins deux entrefers, que le circuit électrique induit est constitué d'au moins un élément conducteur de l'électricité placé dans l'un au moins des entrefers et que cet élément est solidaire mécaniquement de la première partie du circuit magnétique inducteur constituant avec celle-ci le stator ou partie fixe de la machine, tandis que la deuxième partie est mécaniquement solidaire de l'arbre de rotation de la machine, constituant avec celui-ci le rotor ou partie tournante de la machine0 Le circuit électrique faisant partie du stator ne nécessite pas de balais ni autres contacts flottants pour le relier à une source ou à une charge électriques extérieures. La machine tournante électrique suivant l'invention est en outre caractérisée par le fait que le circuit magnétique inducteur comporte une jambe extérieure et une jambe intérieure voisine de l'axe de l'arbre de rotation de la machine, les deux jambea étant sensiblement parallèles & cet aseO Les deux jambes forment, par exemple, la première partie du circuit magnétique avec une joue qui réunit deux de leurs extré- mités voisines, et chaque élément conducteur du circuit Electri- que induit est fixé contre l'autre extrémité de la jambe extérieur dans l'entrefer (ou les entrefers) formé entre la première et la deuxième partie du circuit magnétique inducteur0 Grâce à cette disposition, les relations de sens entre les courants d'induit et les lignes d'induction magnétique du circuit inducteur peuvent entre assurées convenablement sans nécessiter de commutation et par conséquent la machine peut fonctionner sans collecteur0 Dans une réalisation préférée de l'invention, l'arbre de la machine traverse en longueur la jambe intérieure du circuit magnétique inducteur, celle-ei est entourée par au moins un earoulement magnétisant de fil électrique et la jambe extérieure est constituée par un tube cylLndriqub dont l'extrémité d'entrefer est coiffée par une couronne circulaire plate en métal conducteur de l'électricité constituant l'élément conducteur d'induit0 L'élément conducteur dtinduit peut également être constitué par un ensemble de conducteurs radiaux ou segments de couronne circulaire dont l'extrémité intérieure de l'un des segments est reliée à l'extrémité extérieure de l'un des suivants, par exem ple. Ces dispositions et les avantages qui en résultent seront mieux compris à l'aide de la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel La fig.1 est une représentation schématique montrant les relations entre les différents éléments constitutif s de la machine électrique suivant l'invention. La figo2 est une vue en coupe longitudinale suivant l'axe de rotation et en perspective cavalière d'une réalisation de machine électrique suivant l'invention. référence à la figure 1, un circuit magnétique inducteur est constitué par une première partie Il et une seconde partie 12 présentant une symétrie de révolution, dont des éléments de surface peuvent se déplacer en rotation autour de l'axe de symétrie devent des surfaces d'extrémités de la première partie avec lesquelles ils ménagent des intervalles. Da l'un, 13, des entrefers créés par l'intervalle entre deux jumbes correspondantes des parties d'inducteur Il et 12, un élément conducteur de l'éloctricité 14 est firé à la partie Il et peut êtr relié par ses extrémités 15 et 16 & une source d'électricité ou une charge extérieure 17. L'axe de rotation 18 de la partie d'inducteur 12 est situé au voisinage d'une Jambe intérieure 19 ae la partie d'inducteur 11 qui est par exemple formée par cette Jambe intérieure et deux Jambes extérieures 20, 21 qui sont toutes les trois parallèles & l'axe de rotation 18 et réunies par une Joue 22. Une induction magnétique créée dans la Jambe intérieure 19, par exemple, par une aimantation permanente ou par un enroulement de fils conducteurs de l'électricité autour de cette Jambe, se referme par la Joue 22 et les Jambes extérieures 20, 21 à travers la seconde partie d'inducteur 12. L'élément conducteur 14 constitue, entre ses extrémités 15 et 16 un support éventuel de courant électrique de direction sensiblement orthogonale au champ magnétique créé dans l'entrefer 13 par l'induction circulant dans les parties Il et 12 d'inducteur. En fonctionnement en moteur, la machine est reliée électri quement par les extrémités 15 et 16 de l'élément conducteur 14 & la source de courant électrique continu 170 Il apparait une force, entre l'élément conducteur 14 et les parties d'inducteur Il et 12, suivant une direction orthogonale & la fois au courant électrique circulant entre les extrémités 15 et 16 de l'élément conducteur 14 et au champ magnétique régnant entre l'extrémité de la Jabe extérieure 20 de la partie 11 d'inducteur et la partie 12. Comme l'élément conducteur 14 et la partie d'inducteur 11 sont mécaniquement solidaires, la partie d'inducteur 12 tourne auteur de son axe 18 sous l'effet du couple créé par rapport & BR Réciproquement, en fenctionnement en génératrice, l'axe de rotation 18 de la machine entrain. la partie d'inducteur 12 constitnée d'un matériau magnétique présentant un champ coercitif suffisant. Un courant électrique est induit dans l'élément conducteur 14 dont les extrémités 15 et 16 sont reliées au circuit électrique 17 qui est alors une charge utilisant l'énergie électrique ainsi développée. Une réalisation préférée de la machine suivant l'invention est représentée & la fig.2 en coupe longitudinale suivant l'axe de l'arbre de rotation de la machine. La partie d'inducteur Il est formée par une Jambe intérieure cylindrique 19 qui est par exemple traversée par un arbre de rotation 23 et qui est reliée par la joue 22 & la Jambe extérieure constituée par un cylindre 20. L'élément conducteur 14 est constitué par une couronne, en cuivre par exemple, d'épaisseur relativement faible dans la di- rection parallèle & l'axe de la machine.Les extrémités 15 et 16 sont de préférence constituées par des bagues d'épaisseur relativement grande par rapport à l'épaisseur de la couronne, situées respectivement & la périphérie extérieure et à la périphérie in- térieure de la couronne et faisant contact électrique avec cette dernière ou faisant corps avec elle. Les bagues offrent ainsi une résistance très faible aux courants circonférentiels qu'elles canalisent et distribuent d'une manière pratiquement uniforme des courants radiaux dans la couronne. La force contre-électromotrice entre les extrémités 15 et 16, en fonctionnement en moteur, ou la force électromotrice en fonctionnement en génératrice, est faible avec cette réalisation de l'élément conducteur 14. Quand on a besoin de valeurs de forces contre-électromotrice ou électromotrice plus élevées, une variante de réalisation de l'élément conducteur 14 peut consister en un nombre suffisant de segments de couronne circulaire isolés les uns des autres suivant les directions circonférentielles et reliés électriquement en série par des fils disposés entre l'extrémité intérieure de l'un et l'extrémité extérieure du suivant, successivement, et ne passant pas dans l'entrefer 13. L'induction magnétique dans les parties d'inducteur Il et 12 est créée, en fonctionnement en courant continu, soit en constituant des parties, totalement ou partiellement par des aimants permanents, soit en disposant Un enroulement de fils électriques tels que la bobine 24 par exemple autour de la jambe intérieure 19. Cette dernière disposition est obligatoire dans le cas du fonctionnement en courant alternatif monophasé, concurremment avec les précautions classiques concernant les propriétés des matériaux magnétiques constituant les parties l'inducteur Il et 12. Dans toutes ces réalisations, les conducteurs électriques sont alimentés par des contacts fixes qui sont faciles à exécuter de manière à éliminer tout risque d'étincelle et d'échauffement. Les seules pièces soumises à l'usure sont les paliers de rotation de l'arbre de la machine qui peuvent être constitués par les réalisations convenant le mieux aux applications désirées pour les différents genres de machines. Il est clair que de nombreuses modifications peuvent hêtre apportées aux réalisations décrites et représentées comme exemples, sans sortir du domaine de l'invention. REVENDICAXIONS fO- Machine tournante électrique à courant continu, comprenant un circuit magnétique inducteur et un circuit électrique induit, caractérisée par le fait que le circuit magnétique inducteur est constitué d'au moins une première et une deuxième parties entre lesquelles sont situés au moins deux entrefers, que le circuit électrique induit est constitué d'au moins un élément conducteur de l'électricité placé dans l'un au moins des entrefers et que cet élément est solidaire mécaniquement de la première partie du circuit magnétique inducteur, constituant avec celle-ci le stator ou partie fixe de la machine, tandis que la deuxième partie est mécaniquement solidaire de l'arbre de rotation de la machine, constituant avec celui-ci le rotor ou partie tournante de la machine0 20- Machine tournette électrique suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le circuit magnétique inducteur comporte une jambe extérieure et une jambe intérieure voisine de l'axe de l'arbre de rotation de la machine0 30- Machine tournante électrique suivant la revendication 2, caractérisée par le fait que les deux jambes forment la première partie du circuit magnétique avec une joue qui réunit deux de leurs extrémités voisines et que chaque élément conducteur du circuit électrique induit est fixé contre l'autre extrémité de la jambe extérieure dans l'un des entrefers formés entre la première et la deuxième partie du circuit magnétique inducteur. 4.- Machine tournante électrique suivant la revendication 3, caractérisée par le fait que ltarbre de la machine traverse longitudinalement la jambe intérieure du circuit magnétique inducteur, et que la jambe est constituée par un tube cylindrique dont l'extrémité d'entrefer est coiffée par une couronne circulaire plate en métal conducteur de l'électricité constituant l'élément conducteur d'induit. 5.- Machine tournante électrique suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que la première partie d'inducteur comporte un aimant permanent. 60- Machine tournante électrique suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que la deuxième partie d'inducteur comporte un aimant permanent. 70- Machine tournante électrique suivant la revendication 4, caractérisée par le fait que l'inducteur est aimanté par un enroulement magnétisant de fils conducteurs de l'électricité. 8.- Machine tournante électrique suivant la revendication 7, caractérisée par le fait que l'enroulement magnétisant entoure la jambe intérieure de la première partie d'inducteur. 9.- Nachine tournante électrique suivant l'une quelconque des revendications 4 â 8, caractérisée par le fait que la cou- ronne circulaire est divisée en plusieurs segments isolés électriquement le long de leurs côtés radiaux et réunis électrique- ment en série de l'extrémité intérieure de l'un d'entre eux l'extrémité extérieure du suivant, le premier et le dernier segment étant connectés respectivement par l'extrémité extérienre et par l'extrémité intérieure â une source de courant électrique ou à & une charge. 10.- Machine tournante électrique suivant la revendication 9, caractérisée par le fait que les segments précités et leurs connexions électriques sont réalisés par un conducteur unique.