Brevet FR2419605A1 — publié le 19791005

L'invention a pour objet une machine électrique notamment alternateur triphasé- comportant au moins un enroulement de stator et un rotor (roue polaires induisant une tension alternative dans l enroulement de stator: par sa rotation développant un champ magnétique mobile On connut des machines électriquesr notamment des alternateurs triphasés comportant un élément conducteur fixe constitué par un enroulement de stator triphasé et un rotor les pôles magnétiques et l'enroulement d excitation étant montés sur 1 arbre du rotor ainsi que. dans la plupart des cas deux bagues de contact auxquelles le courant d-excitation destiné à l-enroule- ment d excitation est amené par des balais. L2enroulement d excitation est agencé sous forme de bobine annulaire et est monté sur un noyau polaire Pour obtenir un champ de lignes de force magnétiques coupant les brins de lienroulement de stator il est connu de réaliser le rotor sous forme de rotor dit à griffes polaires l-enroulement d excitation monté sur l;;arbre de rotor étant formé par deux moitiés dont les griffes polaires siengagent alternativement l-une dans l autre en formant des pôles Un inconvénient réside en ce que le système à griffes polaires présente un flux de dispersion important (environ 50 %) et par suite un rendement relativement faible avec une grande quantité requise d'énergie d 3 excitation Cette énergie d'excitation doit passer par le régulateur de l-alternateur triphasé. ce régulateur devant donc etre déterminé en conséquence Un autre inconvénient est que le système à griffes polaires doit avoir des sections importantes et des grandes longueurs des éléments en fer pour conduire le flux magnétique Il en résulte que le poids du rotor à griffes polaires est élevé. ce qui détermine directement la durée de vie des roulements à billes assurant le montage de 1-arbre du rotor I1 faut donc que ces roulements à billes soient dimensionnés en conséquence En outre- par suite du flux de dispersion elevé du système à griffes polaires on ne peut pas augmenter à volonté 1 entrefer de la machine à griffes polaires Il en résulte des conditions minimales de précision de fabrication au-dessous desquelles on ne doit pas descendre Le faible entrefer conduit à des réactances élevées de la machine qui interviennent à leur tour directement sur la durée de commutation des redresseurs Enfin un rotor à griffes polaires présente noces sairement une grande longueur constructive car comme on lia indiqué 1-enroulement d'excitation doit etre disposé entre les deux moitiés à griffes polaires On a donc une longueur construc tive axiale relativement grande de la machine-avec une largeur réduite du paquet de tôles du stator L'invention a pour but du éviter ces inconvénients et concerne à cet effet une machine du type cicdessus caractérisée en ce que la roue polaire est dentée avec des poles dssexcitation détendant à intervalles radialement vers l-extérieure ces pôles étant entourés alternativement par des ondulations de 12enroulez ment d excitation Par rapport aux réalisations connues la machine électrique conforme à l::invention a pour avantage que le système d 3 excitation formé par 1 enroulement d"excitation et la roue polaire qui le porte peut avoir une longueur constructive plus faible L invention combine les avantages du système à griffes polaires sous forme dzun enroulement doexcitation simple avec vautres avantages qui résultent du fait que la roue polaire peut être constituée par un seul élément par exemple forgé ou matricé en une seule pièce On évite ainsi les frais de construction élevés dûs aux deux moitiés à griffes polaires L'enroulement d'excitation ondulé qui entoure alternativement les pôles de la roue polaire est autoporteur contre 1 a action de la force contri-- fuge et est maintenu sans autres organes auxiliaires Cet enroule- ment ne provoque pratiquement aucun balourd I1 est possible de réaliser l'enroulement dexcitation avec des machines de bobinage d'induit usuelles? de telle sorte quWon nCengage pas de dépenses plus élevées par rapport à la fabrication dzun enroulement à bobines annulaires pour rotors usuels à griffes polaires Un autre avantage.est que l'invention permet la fabrication dzun alternateur triphasé avec un faible rapport entre la longueur active du fer du stator et le diamètre de 1 entrefer et avec un nombre relativement élevé de paires de pôles Des dispositions indiquées dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux et des perfectionnements de la machine électrique conforme à l-invention I1 est particulièrement avantageux que les divers poles d-excitation soient de réalisation inclinée ce qui permet avoir des moitiés de pôles décalées avec une forme ovalisée= La description ci-après et les dessins annexés représentent un exemple de réalisation de l'invention dessins dans lesquels la figure 1 est une vue de dessous développée de la roue polaire de la machine avec une représentation schématique de l~enroulement d'excitation la figure 2 est une vue en coupe montrant aussi une partie de l enroulement de stator ainsi que l arbre du rotor= L'idée de base de la présente invention consiste dans une machine génératrice électrique comportant un système d'excitation tournant- à réaliser la roue polaire en forme de roue dentée et à guider l'enroulement d'excitation en forme d'ondula- tions alternées autour des divers pales d-excitation cet enroulement pouvant être alimenté en courant continu par l::intermédiaire de bagues de contact et de balais, Ainsi les pôles a'excitation sont alternativement établis sous forme de poles sud et de pales nord magnétiques et peuvent recouper alternativement les enroule ments de stator lors de la rotation du rotor pour induire des tensions alternatives La figure l?représentant en vue de-dessus développée les pôles d'excitation la -lb lc montre comment lQenroulement d'excitation est guidé en forme d'ondulations autour des divers pôles d'excitation la 1b, lc Par suite de l'enroulement alterné des divers pôles d'excitation on obtient alternativement des pôles sud lb et des pôles nord la et lc En effet: le champ magnétique produit par l'enroulement d'excitation forme des lignes de force qui conformément aux flèches de la figure 1 pénètrent dans chaque pôle sud" et sortent de chaque pôle nord: Sur la figure 1 on a désigné par 3 la culasse de la roue polaire (voir également ia représentation de la figure 2)6'Etant donné la réalisation ondulée de l'enroulement daexcitation 2 celui-ci est autoXporteur sans organes auxiliaires vis-a-vis de la force centrifuge et ne provoque pratiquement aucun balourd Comme on l'a déjà mentionné: un tel enroulement d'excitation peut être réalisé avec des machines d'enroulement usuelles A partir de la figure 2, on peut voir que la culasse 37dRoù partent les différentes dents polaires la, lb. lc: se raccorde vers l'intérieur a' une zone intermédiaire 4 plus mince, à laquelle se raccorde ensuite le moyeu 5 par lequel la roue polaire avec son enroulement d'excitation 2 est montée sur l arbre 6 du rotor La figure 2 montre également une partie d::un tronçon 8 de l'enroulement du stator avec un paquet de tôles de stator séparé des pôles d'excitation par un entrefer 7 Pour obtenir un enroulement d'excitation réguliere-- ment réparti. il est possible d augmenter le pas d'enroulement' d'un pas polaire d'excitation et/ou d'in-erser le sens dlenroule- ment après un nombre approprié de spires 'notamment après la moitié du nombre des spires. I1 est également essentiel que la roue polaire: comprenant les parties 3. 4 5 ainsi que la à lc puisse etre constituée en une seule pièce forgée ou matricée. On réduit ainsi considérablement les frais de fabrication par rapport au système à griffes polaires De préférence une telle roue polaire comporte de larges rainures d'excitation 9a 9b de telle sorte qu-on a un flux de dispersion d'excitation réduit Suivant un autre mode de réalisation avantageux. les pôles sont réalisés obliquement: comme représenté sur la figure 1 de telle sorte qucon obtient des moitiés de pales décalées avec une forme ovalisée Pour réaliser de tels pôles d'excitation décalés avec une forme ovalisée il suffit d'utiliser des outils de forgeage simples En outre- on simplifie encore davantage le tracé du fil de cuivre de lssenroulement en obtenant en meme temps une économie de cuivre supplémentaire Etant donné que les pales d'excitation sont inclinés de préférence dun pas des rainures du stator ils induisent dans celles ci une tension parfaitement sinusoidale Les pôles d'excitation la- lbs lc sont de réalisation relativement étroite et recouvrent sensiblement moins les dents du stator que les griffes polaires usuelles. de telle sorte que la dispersion des te tes des dents du stator est réduite en conséquence De cette façon et å laide dun entrefer accru de façon appropriéee on peut améliorer la commutation dans les redresseurs et obtenir une meilleure utilisation de la puissance de l alternateur triphasé En direction radiale la culasse magnétique 3 de la roue polaire désignée d-une façon générale par 10. peut être très mince car elle ne conduit que la moitié du flux magnétique du pale d'excitation Etant donné que la culasse et les poles sont minces on réalise une économie sur la quantité de fer du circuit magnétique d'excitation supérieure à 44 % environ.En conséquence le poids total est réduit ainsi que le couple d'inertie du système d excitation= En tenant.compte d-une économie de cuivre encore possible le poids total est réduit de plus de la moitié en se référant encore au système usuel avec rotor à griffes polaires Cette réduction de poids de l-ensemble du rotor agit directement sur la durée de vie des roulements a billes utilisés pour l arbre de rotor Par conséquent au moins du côté opposé à l-entrainement on peut avoir des roulements à billes plus petits et plus économiques Enfin- avec le nouveau système d'excitation comportant une roue polaire très mince on peut réduire la longueur axiale totale d-un alternateur triphasé Cela entraine une économie de matière supplémentaire. La ligne médiane du système d'excitation, désignée par I sur la figure 1, peut aussi constituer la ligne de séparation de lioutil de forgeage utilisé pour la fabrication de la roue polaire 10 On voit que l'on peut opérer avec un outil de forgeage relativement simple car on a des deux cotés des faces des pôles d excitation convergentes ou coniques R E V E~N D I C A T I o N S 10) Machine électrique notamment alternateur triphasé comportant au moins un enroulement de stator et un rotor (roue polaire) induisant une tension alternative dans 13 enroulement de stator par sa rotation développant un champ magnétique mobile machine caractérisée en ce que la roue polaire (10) est dentée avec des poles d'excitation (1a, lb: lc) s'étendant à intervalles radialement vers l extérieur- ces pôles étant entourés alternati- vement par des ondulations del-enroulement d-excitation (2). 20) Machine selon la revendication 1. caractérisée en ce que le pas d'enroulement sur la roue polaire est augmenté d'un pas polaire d'excitation et/ou le sens d'enroulement est inversé après un nombre prédéterminé de spires 30) Machine selon l une des revendications 1 ou 2 caractérisée en ce que la roue polaire est constituée en une seule pièce en fer forgée ou matricée. 40) Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les pales d-excitation (la lb. lc) ont individuellement une section ronde ou ovale 50) Machine selon la revendication 4 caractérisée en ce que les poles d-excitation (la. 1b, Ic) sont ovales et inclinés 60) Machine selon lzune des revendications 4 et 5 caractérisée en ce que les pôles d-excitation (la, lb lc) sont incliné w dEun pas des rainures du stator. 70) Machine selon lune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la roue polaire (10) reçoit un revetement fritté par turbulence pour assurer son isolement