Brevet FR2468242A1 — publié le 19810430

La présente invention se rapporte à un alternateur mono ou polyphasé à excitation homopolaire, comportant au moins deux paquets de tôles statoriques disposés l'un derriére l'autre dans le sens axial et munis d'un enroulement statorique commun, ainsi qu'un rotor qui est subdivisé en zones axiales correspondant aux paquets de tôles statoriques et associées à ces derniers, ces zones axiales présentant sur leur périphérie par rapport aux paquets de tôles statoriques des-zones de différentes perméances, les zones de même perméance de zones axiales voisines dans le sens périphérique étant en outre mutuellement décalées d'un angle correspondant au pas polaire de l'enroulement statorique. Un tel alternateur est connu par le brevet français 1 452 379. Dans cet alternateur, les aimants permanents sont disposés axialement entre les paquets de tôles statoriques et aimantés dans le sens axial. Du fait de cette disposition, la totalité de la tension magnétique des aimants permanents se répercute librement sur l'entourage de l'alternateur. Il en résulte d'importants flux de dispersion qui doune part diminuent considérablement le rendement de l'alternateur, et dwau- tre part, exercent une influence magnétique sur son environnement, ce qui peut être inadmissible pour de nombreux cas d'ap- plication.Un écran direct au moyen d'une enveloppe n'est pas possible avec un tel alternateur, attendu que les aimants permanents seraient court-ni-ecuités par cette enveloppe. Un écran placé à distance du générateur ne contribuerait qu'à accentuer encore la dispersion et provoquerait en outre une augmentation considérable de l'encombrement de cet alternateur. La présente invention a par conséquent pour objet de réaliser un alternateur à excitation homopolaire dans lequel en dépit d'une eonstruction eospaete2 les flux de dispersion soient aussi faibles que possible et par conséquent le rendement élevé. Ce résultat est atteint selon l'invention par le fait que les paquets de tolets statoriques sont entourés par une enveloppe magnétiquement perméable et qu'entre les paquets de tôles statoriques et l'enveloppe, sont imposés des aimants permanents aimantés radialement et homopolaires pour chaque paquet de tôles statoriques, la polarité des aimants permanents d'un paquet de tôles statoriques étant inversée par rapport à ceux du paquet de tôles statoriques voisin. Les aimants permanents aimantés radialement et disposés entre les paquets de tôles statoriques et l'enveloppe, ne présentant que de faibles flux de dispersion. L'entourage est, par l'enveloppe non saturée, entièrement protégé contre les flux de dispersion. La disposition décrite des aimants permanents engendre une concentration de flux des aimants à l'entrefer, ce qui, avec les matériaux magnétiques généralement utilisés, favorise une position optimale du point de travail sur sa caractéristique. En cas d'aimants agissant axialement, une telle concentration de flux provoque généralement un rapport désavantageux entre le diamètre de la machine et la largeur du paquet de tôles. Du fait que les paquets de tôles statoriques sont polygonaux sur leur périphérie externe, il est possible d'utiliser des aimants permanents en forme de plaque bon marché. Une régulation de la tension est obtenue par le fait que l'on installe une bobine d'excitation sur un ou plusieurs côtés externes d'au moins un paquet de tôles statoriques. Une telle bobine d'excitation présente une forme plane et est par conséquent de fabrication facile. La plage de réglage peut être augmentée par le fait qu'au moins une bobine d'excitation comporte un noyau à forte perméabilité magnétique. Une réduction des flux de dispersion magnétique peut être obtenue de façon simple en installant, entre les paquets de tôles statoriques et/ou devant les faces frontales des paquets de tôles extérieurs, des aimants supplémentaires aimantés axialement. Du fait de ces aimants supplémentaires, les flux de dispersion peuvent même être plus que compensés. Il est également avantageux d'associer une culasse magnétique aux aimants supplémentaires placés du côté frontale. Pour simplifier la structure, il est préférable que les zones de différentes perméances magnétiques soient formées par des évidements de l'arbre du rotor ou par des tôles polaires installées sur ce dernier. Du fait que l'arbre du rotor est polygonal dans la zone de ces tôles polaires, et que les tôles polaires,comportant des méplats ou- des creux sur leur périphérie externe, sont munies d'un évidement correspondant à la forme polygonale de l'arbore du rotor, on obtient de façon simple une disposition très précise des tôles polaires à l'intérieur d'un paquet. Comme le nombre des arêtes de l'arbre du rotor correspond au nombre de pôles de l'enroulement statorique, il est possible sur l'arbre polygonal de décaler aussi d'un pas polaire les tôles polaires disposées dans les différentes zones axiales. Il est par ailleurs possible de diminuer les pertes par frottement de l'air du rotor en glissant un tube en matériau amagnétique sur les pôles. Un échauffement trop important des aimants permanents pouvant entrainer une détérioration de leurs caractéristiques magnétiques est évité par le fait qu'à proximité de la périphérie externe des paquets de tôles statoriques, on dispose des tubes de refroidissement passant axialement à travers ces derniers et débouchant dans des tubes collecteurs annulaires placés sur les deux faces frontales du stator. La chaleur dissipée dans les tôles du stator ainsi que la chaleur transmise par l'enroulement statorique aux tôles du stator sont évacuées par ces tubes de refroidissement, de sorte que l'on empêche un échauffement trop important des aimants permanents. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description d'un mode de réalisation pris comme exemple, mais non limitatif, et illustré par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente en coupe longitudinale un alternateur quadripolaire à excitation homopolaire; la figure 2 est une coupe transversale de l'alternateur représenté sur la figure 1; la figure 3 est une coupe transversale partielle d'un alternateur à excitation homopolaire muni de tubes de refroidissement; la figure 4 est une coupe longitudinale partielle de l'alternateur représenté sur la figure 3. L'alternateur à excitation homopolaire représenté sur les figures 1 et 2, comporte une enveloppe 1 magnétiquement perméable dans laquelle trois paquets de tôles statoriques 2, 3 et 4 sont disposés axialement les uns derrière les autres. Le paquet de tôles statoriques médian 3 est en pareil eas deux fois plus large que les paquets de tôles statoriques extérieurs 2 et 4. Comme on peut le voir sur la figure 2, les paquets de tôles statoriques sont quadrangulaires au niveau de leur périphérie. Entre les paquets de tôles statoriques 2 à 4 et l'enveloppe 1, sont disposés des aimants permanents 5 en forme de plaque. Sur l'un des côtés externes des paquets de tôles statoriques 2 à 4, sont respectivement installées des bobines d'excitation 6. Chacune de ces bobines dtexcitation6-comporte un noyau 7 à forte perméabilité magnétique reposant sur le paquet de tôles statoriques y associe. Les aimants permanents 5 sont aimantés radialement. Tous les aimants permanents 5 associés à un paquet de tôles statoriques sont respectivement, par le pôle de même nom, appliqués sur le paquet de tôles correspondant. Toutefois, la polarité alterne d'un paquet de tôles statoriques à l'autre. Conformément à la représentation de la figure 1, les aimants permanents 5 s'appliquent sur les paquets de tôles statoriques externes 2 et 4 à chaque fois par leur pôle nord N et sur le paquet de tôles statoriques interne 3 par leur pôle sud S La largeur totale des deux paquets de tôles statoriques externes coincide avec la largeur du paquet de tôles statoriques interne 3, de sorte que pour les deux polarités, on obtient la même face polaire. Sur les deux côtés de l'enveloppe 1 sont respectivement fixés les flasques paliers 8 et 9, dans lesquels est monté un arbre 10 de rotor. Dans une zone longitudinale correspondant à l'étendue axiale des paquets de tôles statoriques 2 à 4, l'arbre 10 du rotor est réalisé carré, comme on peut le voir sur la figure 2. Sur l'arbre 10 du rotor, sont placées les tôles polaires formant les pôles 11, 12 et 13. Ces différentes tôles polaires sont aplaties sur deux optés de leur périphé rie externe de façon à leur conférer une forme ovale. Dans la zone de ltaplatisserentr on obtient ainsi, par rapport aux paquets de tôles statoriques, une autre perméance que dans la zone non aplatie des tôles polaires. Une telle tôle polaire ovale agit à la manière d'une tôle polaire à quatre pôles des alternateurs usuels.Du fait de la forme ovale, il se produit des zones de perméance différente. Les tôles polaires présentent, en outre, un évidement carré correspondant à la section transversale carrée de l'arbre 10 du rotor. Du fait de la configuration carrée de l'arbre 10 du rotor, on a la possibilité de décaler mutuellement de 900 les pôles associés aux paquets de tôles statoriques de différentes polarités magnétiques, comme cela est nécessaire pour les machines quadripolaires. Dans l'exemple de réalisation, les pôles 11 et 13 sont décalés de 900 par rapport au pôle 12. Dans cet exemple, le rotor est représenté non bobiné. Le rotor pourrait toutefois, si nécessaire, être équipé sans difficulté, par exemple d'une cage amortisseuse. Les paquets de tôles statoriques 2 à 4 disposés axialement les uns derrière les autres présentent un enroulement statorique commun 14. Grâce à cette conception de l'en- roulement statorique 14, on peut supprimer les lignes de raccordement autrement nécessaires. Entre les différents paquets de tôles statoriques 2 à 4, sont insérés des aimants supplémentaires 15 aimantés axialement de façon que ceux-ci viennent, par leur pôle nord ou sud, s'appliquer respectivement sur le paquet de tôles statoriques 2, 4 ou 3, aimanté en tant que pôle nord ou pôle sud. Ces aimants supplémentaires 15 compensent le flux de dispersion magnétique se produisant entre les paquets de tôles statoriques 2 et 3 ou 3 et 4. Par une intensité appropriée des aimants supplémentaires 15, ce flux de dispersion peut être même plus que compensé.Sur la figure 2, la forme et la position des aimants supplémentaires 15 sont schématisées par les lignes en tirets. Dans l'alternateur à excitation homopolaire, représenté sur les figures 3 et 4, il est prévu des tubes de refroidissement 16 qui traversent axialement les paquets de tôles statoriques 2, 3 et 4. Comme on peut le voir sur la figure 4, les tubes de refroidissement 16 débouchent dans un tube collecteur 17 placé sur la face frontale. Un tube collecteur identique est installé sur l'autre face frontale. Les tubes collecteurs 17 des deux faces frontales sont respectivement raccordés par une conduite d'entrée et de sortie pour un réfrigérant. Les tubes de refroidissement 16 sont disposés aussi près que possible de la périphérie externe des paquets de tôles statoriques 2 à 4, attendu que cette disposition permet de réduire à un minimum l'échauffement des aimants permanents 5. L'alternateur quadripolaire représenté sur-les figures 3 et 4, présente un autre mode de réalisation de l'arbre 10 du rotor. Dans cet exemple de réalisation, l'arbre 10 du rotor comporte des évidements 18 qui forment les deux pôles 19. Dans les différentes zones axiales correspondant aux paquets de tôles statoriques 2 à 4, les évidements 18 sont à chaque fois décalés de 90 dans le sens périphérique. Un tube 20 en matériau amagnétique est glissé sur les pôles 19 formés par les évidements 18. On obtient ainsi pour le rotor, une surface cylindrique lisse qui provoque peu de pertes par frottement de l'air. Un tel tube 20 peut également être glissé sur les pôles, formés par des tôles polaires, d'un rotor, de sorte qu'également ici on obtient une surface-cylindrique lisse. REVENDICATIONS 1. Alternateur mono ou polyphasé à excitation homopolaire, comportant au moins deux paquets de tôles statoriques disposés axialement l'un derrière l'autre et munis d'un enroulement statorique commun, ainsi qutun rotor qui est subdivisé en zones axiales correspondant aux paquets de tôles statoriques et associées à ces derniers, ces zones axiales présentant sur leur périphérie et par rapport aux paquets de tôles statoriques des zones de différentes perméances magnétiques, les zones de même perméance -des zones axiales voisines, étant respectivement décalées dans le sens périphérique d'un angle correspondant au pas polaire de l'enroulement statorique, caractérisé par le fait que les paquets de tôles statoriques 2, 3, 4 sont entourés par une enveloppe magnétiquement perméable 1, et qu'entre les paquets de tôles statoriques 2, 3, 4 et l'en- veloppe 1, sont disposés des aimants permanents 5 aimantés radialement et homopolaires pour chaque paquet de tôles statoriques, la polarité des aimants permanets 5 d'un paquet de tôles statoriques 2 ou 4 étant inversée par rapport à ceux du paquet de tôles statoriques 3 voisin. 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les paquets de tôles statoriques 2 à 4 sont réalisés polygonaux sur leur périphérie externe. 3. Alternateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une bobine d'excitation 6 est prévue sur un ou plusieurs côtés externes d'au moins un paquet de tôles statoriques 2, 3 ou 4. 4. Alternateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'au moins une bobine d'excitation 6 entoure un noyau 7 à forte perméabilité magnétique. 5. Alternateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'entre les paquets de tôles statoriques 2à 4 et/ou devant les faces frontales des paquets de tôles extérieurs 2 et 4, sont disposés des aimants supplémentaires 15 aimantés axialement. 6. Alternateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait qu'une culasse magnétique est associée aux ai mants supplémentaires disposés sur les faces frontales. 7. Alternateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les zones de différentes-perméances sont formées-par des évidements 18 de l'arbre 10 du rotor. 8. Alternateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caracté-risé par le fait que les zones de différentes perméances magnétiques sont formées par des tôles polaires montées sur l'arbre 10 du rotor. 9. Alternateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que l'arbre 10 du rotor est réalisé polygonal dans la zone de ces tôles polaires et que les tôles polaires, présentant des aplatissements ou des creux sur leur périphérie externe, sont munies d'un évidement correspondant à la forme polygonale de l'arbre du rotor. 10. Alternateur selon la revendication 9, caractérisé par le fait que le nombre des arêtes de l'arbre 10 du rotor correspond au nombre de pôles de l'enroulement statorique 14. 11. Alternateur selon la revendication 7 ou 8, caractérisé par le fait qu'un tube 20 en matériau-amagnétique est glissé sur les pôles 19 et 11 à 13. 12. Alternateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'à proximité de la périphérie externe des paquets de tôles statoriques 2 à 4 sont disposés des tubes de refroidissement 16 qui les traversent axialement et qui débouchent dans des tubes collecteurs annulaires 17 placés sur les deux faces frontales du stator.