Brevet FR2434467A1 — publié le 19800321

L'invention se réfère à un dispositif de transfert non-galvanique d'énergie électrique alternative sur un élément tournant avec un transformateur dont l'enroulement secondaire de forme circulaire est disposé, avec une partie du circuit magnétique en tôles, sur l'élément tournant, et dont 1' enrou- lement primaire de forme circulaire est fixé avec la partie restante de ce circuit sur un organe non-tournant, les axes des enroulements coincidant avec l'axe de rotation. On connaît, par le brevet français 1 496 488, un tel dispositif, dans lequel le circuit magnétique est divisé en deux le long de ltentrefer séparant le rotor du stator, et deux types de tôles magnétiques de formes différentes se trouvent dans chaque moitié, c'est-à-dire les tôles qui remplissent complètement l'espace entre les enroulements et avoisinent l'entrefer, et celles qui sont disposées derrière les enroulements. Si les premières peuvent être soit empilées, soit enroulées, et si elles peuvent ainsi remplir complètement l'espace entre les enroulements et l'entrefer, il y a, pour les dernières, le problème d'obtenir un flux magnétique dans un plan radial par rapport à l'axe de rotation. Dans le susdit brevet, ce problème est résolu de plusieurs façons.La solution la plus facile paratt être celle qui prévoit un ou plusieurs paquets de tôles parallèles, dont la tôle centrale est disposée exactement dans un plan passant par-l'axe, tandis que les autres tôles sont disposées en dehors d'un tel plan. Pour rendre égal le flux pendant la rotation, on a aussi -proposé d'empiler ces tôles en spires de telle façon qu'à chaque angle de rotation de l'élément tournant, il y ait la même induction magnétique. Or, cette proposition mène à une fabrication coûteuse des tôles et à un montage L'invention a pour but d'améliorer un tel dispositif pour que l'induction magnétique soit indépendante de l'angle de rotation et qu'en même temps la fabrication du noyau en tôle soit sensiblement plus simple que celle d'un dispositif en spires. L'invention a donc pour objet un dispositif de transfert non-galvanique d'énergie électrique alternative sur un élément tournant, avec un transformateur dont l'enroulement secondaire de forme circulaire est disposé, avec une partie du circuit magnétique en tôies, sur l'élément tournant, et dont l'enroulement primaire de forme circulaire est fixé avec la partie restante de ce circuit sur un organe non-tournant, les axes des enroulements coincidant avec l'axe de rotation, caractérisé par le fait que toutes les tôles sont disposées radialement vis-à-vis de l'axe de l'élément tournant, c'est-àdire qu'elles sont plus près l'une de l'autre au voisinage de l'axe que dans la partie la plus éloignée de l'axe. Avantageusement, au moins la partie rotative du circuit magnétique en tôles est solidifiée par moulage. Le transformateur est avantageusement un transformateur triphasé et les enroulements primaires sont, tout comme les enroulements secondaires, décalés l'un par rapport à l'autre parallèlement à l'axe, tandis que chaque enroulement primaire est concentrique à l'enroulement secondaire correspondant. Les enroulements primaires sont disposés à l'intérieur des enroulements secondaires correspondants. Selon une autre réalisation de l'invention, le transformateur est triphasé et les enroulements primaires sont, tout comme les enroulements secondaires, disposés concentriquement les uns par rapport aux autres, tandis que chaque enroulement primaire est décalé parallèlement à l'axe par rapport à l'enroulement secondaire qui lui est associé. Selon une autre caractéristique de l'invention, le nombre de spires de l'enroulement central des trois enroulements primaires, ainsi que celui des trois enroulements secondaires n'est que 0,7 à 0,9, de préférence 0,78 fois le nombre de spires des enroulements extérieurs. L'invention sera décrite ci-après plus en détail à l'aide du dessin annexé dans lequel - La figure 1 montre une partie du transformateur selon l'invention en coupe axiale. - La figure 2 montre un secteur du même transformateur en coupe selon la ligne II-II de la figure 1. - La figure 3 montre une variante du transformateur selon l'invention en coupe axiale. - La figure 4 montre un secteur du transformateur en coupe selon la ligne IV-IV de la figure 3. Le dispositif selon l'invention pour le transfert d'énergie électrique alternative sur un élément tournant est appliqué de préférence à la transmission sans balais de l'énergie d'excitation d'une machine électrodynamique. Les exemples de réalisation discutés ci-après concernent un système de courant triphasé, mais l'invention peut aussi bien être utilisée pour la transmission d'un courant alternatif monophasé. Dans la figure 1, une bague de support 2 est soudée sur l'axe 7 d'une machine synchrone, ladite bague portant la partie rotative 3 du transformateur avec trois enroulements secondaires 4, 5 et 6 disposés concentriquement à l'axe 1 de la machine. En correspondance une pièce de support 7 est disposée sur le stator de la machine, cette pièce portant la partie statorique 8 du transformateur avec trois enroulements primaires 9, 10 et 11. Les deux parties 3 et 8 du circuit magnétique, tout comme les paires d'enroulements 4 et 9, 5 et 10, 6 et 11 sont disposées concentriquement à l'axe 1, et elles sont séparées l'une de l'autre par un entrefer annulaire 12. Comme on peut le voir dans la figure 2, les deux paquets de tôles 3 et 8 ne sont pas divisés, comme dans le dispositif connu, chacun en deux types de tôles, dont le premier remplit l'espace entre les enroulements et 1' entrefer 12 et dont le deuxième ferme le circuit magnétique dans l'espace éloigné de l'entrefer 12. Contrairement à cela, dans le dispositif selon l'invention, on ne prévoit qu'un type de tôles dans les deux parties du transformateur, qui sont toutes disposées dans les plans radiaux, passant par l'axe 1. En plus, comme on peut voir dans la figure 1, les tôles de la partie primaire 8 et de la partie secondaire 3 sont de forme identique. Les tôles, par exemples les tôles 13 et 14, ont une base en queue d'aronde, qui est fixée dans une encoche correspondante des pièces de support 2 et 7. La disposition en éventail des tôles avec les fentes d'air entre elles ne gêne pas le flux magnétique, car celui-ci ne se produit que dans des plans radiaux, par exemple le plan du dessin de la figure 1 (voir ligne interrompue 15). Pour la fabrication, la formation en éventail peut être obtenue en posant les tôles provisoirement sur une plaque rainurée non représentée autour des enroulements et en stabilisant le tout par moulage d'une résine dans les fentes d'air. Toute la partie du transformateur 3 est alors insérée dans la pièce de support 2 qui, à ces fins, est séparable à l'endroit de l'encoche. De même, la partie du transformateur 8 est inséré dans la pièce 7. Dans le dispositif selon la figure 1, les enroulements secondaires de la partie rotative se trouvent à l'extérieur, ce qui fait qu'ils sont poussés dans leur encoche annulaire correspondante à l'aide de la force centrifuge. Quand il n'y a pas de danger d'un élargissement de diamètre des enroulements à cause de la force centrifuge, on peut aussi choisir la disposition inverse, dans laquelle les enroulements primaires se trouvent à l'extérieur. La disposition des tôles reste la même. Les figures 3 et 4 montrent que l'invention est aussi applicable à un dispositif, dans lequel l'entrefer 12' est disposé perpendiculairement à l'axe 1' de la machine. Dans ce cas, la pièce de support 2' pour la partie du transformateur 3' se réduit à un anneau, qui est emmanché sur l'arbre et qui porte les tôles, par exemple 13'. Ici, les trois enroulements du côté primaire (4', 5', 6t), tout comme les enroulements du côté secondaire (9', 10' 11'), sont disposés l'un par rapport à l'autre de façon concentrique, et les deux enroulements d'une phase sont décalés axialement sur le même diamètre. La partie statorique 8' est liée par une encoche en queue dlaronde à une pièce de support de stator 7'. Dans la figure 4, on peut voir que les deux parties du circuit magnétique se composent, comme dans exemple précité, de tales 13', disposées en éventail radialement vers l'extérieurn Les tales de la partie rotorique ne se touchent donc par leurs feuilles d'isolation que dans la partie de la base en queue d'aronde, et les tôles de la partie statorique se touchent au bord opposé à leur base an queue d'aronde. Les tales sont stabilisées de préférence par le moulage d'une résine dans les interstices. Il est avantageux de ne pas choisir le meme nombre de spires pour les trois enroulements aussi bien sur le côté primaire que sur le caté secondaire, mais de donner à l'enroulement central un nombre plus petit de spires que celui des deux enroulements extérieurs pour tenir compte du fait que pour ces enroulements centraux il existe une section efficace de fer plus grande que pour les deux autres Des calculs ont démontré que la valeur idéale est 1/4 ( 1). Il est donc avantageux de réduire le nombre de spires de l'enroulement central de 10 à 30% an comparaison avec le nombre de. spires des enroulements extérieurs, de préférence de 22% L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits ci dessus en particulier en ce qui concerne la fixation mécanique des tales et le nombre de phases. La largeur de l'entrefer a été dessinée de façon exagérée, mais l'homme de l'art s'efforcera de choisir l'entrefer aussi petit que possible pour obtenir un couplage optimal dans le transformateur REVENDICATIoNS 1/ Dispositif de transfert non-galvanique d'énergie électrique alternative sur un élément tournant, avec un transformateur dont l'enroulement secondaire de forme circulaire est disposé, avec une partie du circuit magnétique en tales, sur l'élément tournant, et dont l'enroulement primaire de forme circulaire est fixé avec la partie restante de ce circuit sur un organe non-tournant, les axes des enroulements coïncidant avec l'axe de rotation, caractérisé par le fait que toutes les tales (13, 14, 13') sont disposées radialement vis-à-vis de l'axe de l'élément tournant, c'est-à-dire qu'elles sont plus près l'une de l'autre au voisinage de 11axe que dans la partie la plus éloignée de l'axe. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins la partie rotative (3) du circuit magnétique en tôles est solidifiée par soulage. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le "ait que le transformateur est un transformateur triphasé et que les enroulements primaires (9, 10, 11) sont, tout comme les enroulements secondaires (4, 5, 6), décalés l'un par rapport à l'autre parallèlement à l'axe, tandis que chaque enroulement primaire est concentrique à l'enroulement secondaire correspondant. 4/ Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les enroulements primaires (9, tO, 11) sont disposés à l'intérieur des enroulements secondaires (4, 5, 6) correspondants. 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le transformateur est un transformateur triphasé et que les enroule ents rimaires (4', 5', 6') sont, tout comme les enroulaents secondaires (9', 10', 11'), disposés concentriquement les uns par rapport aux autres, tandis pe chaque enroulement primaire est décalé parallèlement à l'axe par rapport a l'enroulement secondaire qui lui est associé. r;/ Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé par le fait -lue le nombre de spires de l'enroulement central des trois enroulements primaires ainsi que celui des trois enroulements secondaires ntest que 0,7 a 0,9, de préférence 0,78 fois le nombre de spires des enroulements extérieurs.