Brevet FR2442534A1 — publié le 19800620

La presente invention concerne. un dispositif destin transmettre de l'énergie électrique, sans contact électrique tournant, entre un système fixe et un appareillage tournant. Elle s'applique en particulier chaque fois qu'il est-nécessaire d'alimenter en énergie électrique des appareils de mesure embar qués sur une machine tournante. Ce problème n'est pas nouveau et a déjà été résolu de plusieurs manières, mais les solutions retenues ne sont pas exemptes de défauts. Il est connu par exemple d'alimenter les appareils embarqués par des piles ou des accumulateurs électriques eux- mêmes embarqués. Mais la puissance électrique disponible est limitée compte tenu.du rapport élevé masse/puissance des accumulateurs. D'autre part, la tenue en accélération centrifuge et en temperature d'éléments tels que des piles ou accumulateurs est limitée. Enfin, il se trouve souvent que lion ne peut autoriser la mise en service des éléments accumulateurs qu'une fois que la rotation est en régime stable à vitesse suffisante ceci se fait grace à des contacteurs centrifuges, ce qui exclut toute fourniture d'énergie électrique à l'arrêt ou pendant le démarrage de la machine. I1 est connu d'autre part d'alimenter les appareils de mesure embarqués par une source d'énergie extérieure à le machine, la transmission d'énergie se faisant par contacts frottants au moyen de bagues' et balais. Cependant, d'une part cette solution est difficilement applicable aux grosses machines dont l'arbore de sortie-à un diamètre important. De plus la durée de vie de tels systèmes est limite ; d'autre part, les irrégularités de mouvement de l'arbre tournant engendrent des parasites électriques qui perturbent les appareils alimentés si les contacts tournants ne sont pas d'excellente qualité. Pour recoudre ces problèmes, la présente invention propose un dispositif de transmission d'énergie lectrique qui comprend deux bobinages électriques coaxiaux, un bobinage de transmission d'énergie et un bobinage de réception, centrés autour de l'axe de rotation de la macbine tournant, l'un deg bobinages étant solidaire d'une partie tournante (rotor) de la machine et l'autre étant solidaire d'une partie fixe (stator). Chaque bobinage peut Outre inséré dans un circuit accorde à la fréquence prévue pour l'énergie électrique à transmettre (le fonctionnement apériodique du système est possible mais le rendement limité). Les bobinages peuvent être concentriques, leur écarte- ment radial mutuel étant faible devant leur diamètre, ou alors ils peuvent être disposes parallèlement, en regard l'un de l'autre, leur écart axial étant faible devant leur diamètre commun. Ces bobinages sont suffisamment écartés des masses magnétiques pouvant se trouver sur le rotor ou sur le stator de la machine tournante. On peut éventuellement diminuer le flux de fuite dû aux masses-magnétiques en interposant entre les bobinages et les masses magnétiques des clinquants m6tal- liques de perméabilité magnétique élevée. Dans ce cas le ren- dement est sensiblement améliore. De cette manière, on obtient une transmission d'éner- gie électrique avec aussi peu de pertes que possible. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 représente une vue générale schématique du système de transmission d'énergie électrique la figure 2 représente un mode de réalisation avec montage concentrique des bobinages, la figure 3 représente une variante de rzalisation de la figure 2 la figure 4 représente un autre mode de réalisation où les bobinages sont côte à côte sur un axe commun. A la figure 1, on voit le principe général de la transmission d'énergie selon l'invention. Un générateur de signal sinusoïdal 10, sur une partie fixe par rapport à une machine tournante dont le rotor est représente schématiquement par un trait tirets 20, délivre un signal à un amplificateur de puissance 12, qui lui-m8me transmet une énergie électrique en courant alternatif à un bobinage 14, fixé au stator de la machine tournante. Cette transmission peut se faire ventuellement par l'intermédiaire d'un tore d'adaptation 16 intercalé entre l'amplificateur 12 et le bobinage 14. Le bobinage 14 est centré autour de l'ame de rotation 22 de la machine tournante. Il est associé à un bobinage de réception 24, fixe au rotor de la machine et centré également sur l'axe du rotor, de telle manière que les deux bobinages 14 et 24 gardent une position relative globale fixe l'un par rapport à l'autre malgré la rotation de la machine. Le champ électromagnétique variable créé par le courant alternatif parcourant le bobinage 14 induit une force électro- motrice variable dans le bobinage 24. Cette force électromotrice engendre l'énergie électrique nécessaire a Si plusieurs tensions d'utilisation de l'6nergie élec- trique sont prévus, on peut intercaler entre le bobinage 24 et les appareils un tore d'adaptation 30. Il est préférable pour améliorer le rendement accorder les circuits d'émission et de réception à la fréquence du signal alternatif qui les parcourt, et ceci peut être fait grâce à des condensateurs d'accord en série avec chaque bobinage, respectivement un condensateur 17 en série avec le bobinage 14 et un condensateur 27 en série avec le bobinage 24. A la figure 2, on a représente un mode de réalisation des bobinages. Chacun d'eux est noyé dans une couronne de résine de matière plastique, respectivement 15 pour le bobinage 14 et 25 pour le bobinage 24. La couronne 25 est collée autour de l'arbre 22 du rotor de la machine, tandis que la couronne 15 est collée sur une partie de bâti fixe de la machine 5 t étendant autour de l'arbre 22 de manière que le bobinage 14 se trouve exactement concentrique au bobinage 24. Pour que le couplage électromagnétique entre les deux bobinages soit aussi fort que possible, on s'arrange pour que ltécart radial d entre les deux bobinages soit aussi faible que possible, de préférence tel que le rapport de cet écart radial au diamètre de l'arbre au niveau des bobinages soit inférieur à 79. De plus, comme la présence de masses magnétiques à proximité des bobinages risque de diminuer le couplage entre les bobinages par déviation du flux magnétiques on prévoit que chaque bobinage est suffisamment écarté de ces masses magnétiques. De préférence la distancee ente chaque bobinage et les masses magnétiques les plus proches satisfait à la relation suivante où D1 est le diamètre de l'arbre du rotor et D2 le diamètre moyen des bobinages Pour diminuer encore l'influence des masses magnétiques avoisinantes, on peut prévoir à'interposer un clinquant métallique de forte perméabilité magnétique entre chaque bobinage et ces masses magnétiques, pour canaliser le flux magnétique utile.Ces clinquants sont désignés par 32 sur la figure 2 et ils sont noyés dans les couronnes de résine 15 et 25. Cette structure de bobinages concentriques est particulièrement adaptée au cas où l'arbre 22 de la machine tournante risque de subir un déplacement axial. En effet, le couplage entre les bobinages est peut modifié par un tel déplacement. A la figure 3, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle au lieu que le bobinage 14 entoure le bobinage 24, c'est le bobinage mobile 24 du rotor qui entoure le bobinage fixe 14. Les mêmes conditions d'écart radial entre les bobines et l'espacement par rapport aux parties magnétiques sont applicables. A la figure 4, on a représenté une autre disposition dans laquelle les bobinages 14 et 24, toujours centrés sur l'axe de l'arbre 22 du rotor, sont non pas concentriques mais disposés cdte à côte. Les bobinages sont encore noyés dans des couronnes de résine plastique 15 et 25 collées sur des collerettes radiales autour de l'arbre 22 et dtune partie fixe du bâti de la machine. Pour assurer un couplage correct des bobinages, leur écart e dans la direction de l'axe de rotation est Aussi faible que possible et satisfait de préférence à la relation suivante où D1 est le diamètre de l'arbre du rotor au niveau des bobinage et D2 le diamètre moyen des bobinages De plus, de la même manière que pour les bobinages concentriques, on minimise les pertes par fuites magnetiques en gardant une distance d entre chaquedbobinage et les masses magnétiques voisines, telle que Si cette condition est difficile à remplir, on intercalera encore entre bobinage et masse magnétique un clinquant magnétique de forte perméabilité magnétique qui peut être noyé dans les couronnes de résine. Dans la disposition avec bobinages en regard l'un de l'autre il est possible en particulier de graver ces bobinages en circuit imprimé, en spirale, ou de grouper les spires pour les coller à plat. A titre d'exemple on peut transmettre une puissance allant jusqu'à 50 watts environ avec des bobinages ayant environ 40 spires et avec les distances et écartements indiqués dans les formules précédentes. Le rendement est compris entre 20 et 90 CjoJ pour une fréquence de 5 à 70 kuz pour laquelle les pertes ne sont pas trop élevées mais le couplage magnétique bon. REVENDICATIONS 1. dispositif de transnission d'énergie électrique pour appareillage tournant , caractérisé par le fait qu'il comprend deux bobinages électriques coaxiaux, centrés autour de l'axe de rotation de l'appareillage, l'un des bobinages étant solidaire du stator et l'autre solidaire du rotor, chaque bobinage étant inséré uaus un circuit accordé à la fréquence prévue pour l'énergie électrique à transmettre 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la fréquence d'accord des circuits, égale à la fréquence de travail, est sensiblement plus élevée que 50 Hertz. 3. DiSpQsitf selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chaque bobinage est placé dans une couronne en résine plastique armée1 le deux couronnes étant concentricues et leur écart diamètral relatif étant petit devant leur diamètre. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le lait qu'il est prévu un clinquant métallique à perméabilité élevée disposée à l'intérieur du bobinage intérieur et un autre à l'extérieur du bobinage extérieur pour diminuer les pertes magnétiques. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les bobinages sont disposés en regard l'un de l'antre, centrés sur l'axe de rotation de l'appa- reillage, leur écart axial étant petit devant leur diamètre. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'il est prévu un clinquant métallique de forte perméabilité magnétique de part et d'autre 'u groupe de bobines en regard.