Brevet FR2425754A1 — publié le 19791207

T'invention se rapporte à un groupe électrogène de chantier à courant continu, notamment pour- soudure à l'arc, comportant un moteur thermique et un alternateur couplé en rotation au moteur avec un inducteur tournant à aimants-permanents et avec un induit fixe polyphasé débitant sur un redresseur à diodes semi-conductrices. Pour de nombreux travaux de chantier on est amené à utiliser des outillages ou appareillages absorbant de quelques centaines de watts à quelques kilowatts. Le besoin se fait sentir de disposer de groupes électrogènes autonomes, légers et capables de répondre aux diverses utilisations sans réglage. Parmi ces utilisations, on peut considérer que le soudage à l'arc pour des travaux courants constitue l'utilisation qui absorbe la puissance la plus élevée. Ainsi le soudage avec des électrodes de 5 mm, absorbant 180 ampères sous une tension d'arc de 24 volts représente bien la puissance maximale nécessaire pour les usages courants.Comme l'amorçage de l'arc nécessite une tension à vide d'une cinquantaine de volts, un groupe électrogène ayant une impédance interne apparente sensiblement égale à l'impédance de l'arc entretenu présentera à la fois une tension à vide convenable et un couplage optimal en charge. En outre, en choisissant des outillages ou appareillages ayant une tension nominale adaptée dans la gamme comprise entre la tension à vide et la tension à pleine charge en fonction de la puissance à appeler, l'utilisation de ces outillages ou appareillages ne nécessite pas de réglage du groupe. Pour répondre à ces conditions, l'invention propose un groupe électrogène de chantier à courant continu, notamment pour soudure à l'arc, comportant un moteur thermique et un alternateur couplé en rotation au moteur et avec un inducteur tournant à aimants permanents et avec un induit fixe polyphasé débitant sur un redresseur à diodes semi-conductrices, caractérisé en ce que l'induit étant bobiné dans des encoches à la périphérie d'une carcasse feuilletée cylindrique, l'inducteur comprend une culasse tubulaire montée en rotation coaxiale autour de l'induit et équipée d'une multiplicité paire de pôles saillant radialement, vers l'axe et se succédant alternativement Nord et Sud, chaque p8le comportant, entouré d'une cage amagnétique en spire fermée, un des aimants de forme parallélépipédique avec une aimantation perpendiculaire à deux faces dont l'une est plaquée sur un méplat de la culasse et l'autre porte un épanouissement polaire à distance d'entrefer de l'induit. La disposition de l'inducteur tournant autour de l'induit est favorable à la multiplication des pôles, ce qui permet d'obtenir une fréquence élevée, en sorte que la tension par spire d'induit est également élevée. Sa résistance d'induit est faible et les pertes réduites. La forme des aimants se prête à l'usage de matériaux modernes à énergie spécifique et rémanence élevée, résistant bien à la désaimantation. La réactance d'-induit, dont dépend l'impédance apparente du groupe, se règle par l'épaisseur de l'entre fer, obtenue par l'usinage dans les épanouissements polaires des évidements épousant un cylindre coaxial'à l'induit. Ces évidements s'étendent, pour un alternateur à six pales, sur un arc de 300, afin de réduire le taux d'harmoniques. Les cages de pôles diminuent l'impédance subtransitoire de l'alternateur, et le risque de désaimantation par court-circuit. De préférence les cages, en métal amagnétique bon conducteur, sont moulées avec inclusion de l'épanouissement polaire. De cette façon les épanouissements polaires forment corps avec la cage. La fixation des cages sur la culasse bridera dans les pales les aimants qui seront immobilisés sans qu'il soit nécessaire de les coller. Avec six pôles, l'alternateur tournant à 8.000 tours/minute engendre une fréquence de 400 Hertz. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesauels : la figure I représente une coupe axiale de la partie génératrice d'un. groupe selon l'invention la figure 2 est une coupe selon le plan II-II de la figure 1 ; la figure 3 est une vue de détail éclatée d'un pôle la figure 4 est une coupe selon le plan IV-IV de la figure 1 Selon la forme de réalisation choisie et représentée figures 1, 2 et 4, un groupe électrogène comprend, outre un moteur thermique et un bâti général, non représentés, un alternateur 1 dans son ensemble, avec, accolé, un redresseur 2. L'alternateur comporte un carter 10 en forme de cloche et réalisé en métal léger, fermé à sa partie postérieure par un flasque 11, prolongé par une partie tubulaire Ila qui forme carter pour le redresseur 2. Le flasque 11 porte, faisant saillie vers l'inté- rieur du carter 10, un noyau statorique 12, tubulaire. Autour du noyau 12 est montée une carcasse d'induit 15 tubulaire et formée par un empilement de tdles. Dans des encoches de la carcasse l5 est bobiné un induit triphasé 16. Les encoches, non représentées, s'ouvrent à la périphérie extérieure de la carcasse 15. Les sorties d'induit 16, non représentées, passent dans les -ajours du flasque 11, pour venir se brancher sur les diodes 23 du redresseur 2.Comme on le verra mieux sur la figure 4, les diodes 23 sont montées par groupes de 6, 23a à 23f et 23q à 231 respectivement sur deux plaques respectivement 21 et 22,en demi-couronnes,formant radiateurs. Les plaques 21 et 22 sont tenues sur une couronne isolante 20, fixée sur la face postérieure du flasque 11. Chacune des plaques 21 et 22 constitue un p8le de sortie du redresseur. Un rotor inducteur 3 dans son ensemble, entravé par une poulie 30, comporte un arbre 31 avec deux paliers à billes 13 et 14, logés respectivement dans le noyau statorique 12 contre le flasque 11, et dans le carter 10. Un flasque 32, calé sur l'arbre 31 au fond du carter 10 est muni d'ailettes radiales de ventilation 32a, sert de monture à une culasse d'inducteur 33, tubulaire et portant six piles en saillie vers l'axe. Chaque pôle comporte un aimant permanent 34, de forme parallélépipédique, reposant sur une face sur un méplat 39 usiné par mortaisage dans la culasse 33. Sur la face opposée est maintenu un épanouissement polaire 36 comportant en son centre un évidement épousant un cylindre coaxial à la carcasse 15, ménageant-ainsi un entrefer 38 entre carcasse 15 et évidement 37.Les aimants sont aimantés radialement, et alternativement inversés suivant la circonférence de l'inducteur, en sorte que les épanouissements polaires 36 sont alternativement Nord et Sud. L'épanouissement polaire 36, constitué comme la culasse 33 en matériau ferromagnétique doux, est encastré par sa périphérie dans une bague 35, en métal amagnétique qui enferme l'aimant 34 comme dans une boite, et est fixée sur la culasse 33. La figure 3 représente, en vue éclatée, une disposition préférée de ple inducteur. L'épanouissement polaire 136 a la forme d'une plaquette rectangulaire dont les grands cotés comportent chacun deux doigts d'ancrage 13 6a convergents et obtenus par matir cage avec une forme incurvée vers la culasse. La cage 135, en métal amagnétique, est moulée sur l'épanouissement polaire 136, en sorte que les doigts d'ancrage 136a sont noyés dans les parois correspondantes de la cage 135, qui prennent des formes complémentaires 13 Sa. La cage comporte latéralement des oreilles 135b avec des trous taraudés pour permettre la fixation sur la culasse 133. Au montage, l'aimant 134 est plaqué sur le méplat 139 de la culasse 133, et la cage 135, munie de l'épanouissement polaire 136, vient coiffer l'aimant 134. On aura compris que la base de la cage 135 est usinée å la forme de la culasse 133, en sorte que l'aimant 134 soit serré, sans excès, entre l'épanouissement polaire 136 et le méplat 139. Tous les pôles étant montés sur la culasse, celle-ci est ajustée sur le flasque 32 monté sur l'arbre 31 (figure 1) et on alèse les épanouissements polaires (36, 136) pour former les évidements (37, 137). Ce processus permet d'ajuster l'entrefer de façon très précise. On procédera à l'aimantation des pôles après l'usinage des évidements. On comprendra que les aimants sont ainsi bridés en place, sans qu'il soit nécessaire de les coller, comme il est usuel. Les colles utilisées classiques résistent mal aux vibrations et tempé- ratures élevées. Par ailleurs les fractures d'aimants ne provoquent pas d'incidents graves, les fragments étant maintenus en place. On a réalisé de cette façon un groupe électrogène de chantier pour lequel on s'était fixé les performances suivantes : tension à vide 48 à 52 Volt s, courant de charge maximale 180 Ampères sous une tension de 24 Volts, avec une caractéristique tension/courant sensiblement linéaire, c'est-à-dire une impédance interne vue en sortie de redresseur sensiblement constante avec la charge et de l'ordre de 0,33 ohm, un tel groupe convient bien pour effectuer des soudures à l'arc avec des électrodes de 2 mm à; mm. On a choisi une fréquence de fonctionnement de l'alternateurde 400 Hertz, fréquence qui est un bon compromis entre les pertes dans le cuivre d'induit (tension par spire élevée conduisant à un petit nombre de spires) et les pertes dans la carcasse d'induit (qui croissent avec la fréquence). La décroissance linéaire de la tension aux bornes en fonction du courant de charge assure la stabilité de l'arc pour le soudage. Par ailleurs à l'amorçage de 1' arc, lorsque le groupe est en courtcircuit transitoire, la présence des cages formant spire en courtcircuit autour des aimants, réduisant l'impédance subtransitoire de l'alternateur, évite que le courant de court-circuit (courant d'amor çage d'arc) ne fasse travailler les aimants au-delà du point d'énergie maximal. En outre la forme de caractéristique courant/tension du groupe est favorable à lfutilisaticxn de ce groupe pour l'alimentation d'outillages de chantiers, tels que des perceuses, meules ou d'ap pareils d'éclairage (projecteurs), à la seule condition de choisir la tension nominale de l'appareillage, en fonction de la puissance appelée, sur la caractéristique courant/tension du groupe. Sa réactance d'induit forme tampon et évite les surcharges. A titre d'exemple, l'alternateur prévu pour une charge maximale de 180 Ampères sous 24 Volts peut alimenter une meuleusetronçonneuse pour profilés d'acier jusqu'à 10 mm sous 42 volts 33A (1 400 Watts) une perceuse de capacité 23 mm dans l'acier sous 47 V - 16A (750 Watts), un groupe de trois projecteurs de 1 kW appelant l00A sous 32 V sortie de groupe, et 28 volts sur les lampes en bout de cabale. L'alternateur ainsi réalisé a un diamètre extérieur de 15 cm, une longueur suivant l'axe de 17 cm et un poids de 6 kg environ. Suivant le moteur thermique utilisé le groupe complet pèse de 40 à 110 kg. Bien entendu, l'invention ntest pas limitée aux exemples décrits ni aux applications énoncées, mais en embrasse au contraire toutes les variantes d'exécution et toutes les applications. REVENDICATIONS 1. Groupe électrogène de chantier à courant continu, notamment pour soudure à l'arc, comportant un moteur thermique et un alternateur couplé en rotation au moteur avec un inducteur tournant à aimants permanents et un induit fixe polyphasé débitant sur un redresseur à diodes semi-conductrices, caractérisé en ce que llin- duit étant bobiné dans des encoches à la périphérie d'une carcasse feuilletée cylindrique, l'inducteur comprend une culasse tubulaire montée en rotation coaxiale autour de l'induit et équipée d'une multiplicité de paires de pôles saillant radialement vers l'axe se succédant alternativement Nord et Sud, chaque pôle comportant, entouré d'une cage amagnétique en spire fermée, un des aimants de forme parallélépipédique avec une aimantation perpendiculaire à deux faces dont l'une est plaquée sur un méplat de la culasse et l'autre porte un épanouissement polaire à distance d'entrefer de l'induit. 2. Groupe électrogène selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque épanouissement polaire, en forme générale de plaquette à plat sur la face de l'aimant, comporte un évidement épousant un cylindre coaxial à l'induit, évidement et induit définissant l'entrefer. 3. Groupe électrogène selon la revendication 2, caractérisé en ce que les cages de pôles sont en métal amagnétique bon cond-llc- teur, moulé avec inclusion de l'épanouissement polaire. 4. Groupe électrogène selon la revendication 3, caractérisé en ce que 1 'épanouissement polaire, de forme généralement rectangulaire comporte des doigts matricés dans les grands côtés et incurvés vers la culasse, en sorte d'etre noyés dans la bague. 5. Groupe électrogène selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que, à chaque pâle, la cage est fixée à la culasse en sorte de brider l'aimant entre méplat et épanouissement polaire. 6. Groupe électrogène selon une quelconque des revendications 3 à 5, avec un inducteur à six pôles, caractérisé en ce que lesdits épanouissements polaires s'étendent circonférentiellement sur un arc de 450, tandis que les évidements s'étendent sur un arc de 300 7. Groupe électrogène selon une quelconque des revendications 1 à 6, avec un inducteur à six pôles, caractérisé en ce que le moteur tournant à vitesse réglée, l'accouplernent de l'alternateur entraine ce dernier à 8000 tours/minute ellvirono 8. Groupe électrogène selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'induit d'alternateur étant triphasé, le redresseur comporte quatre diodes par phases.