Brevet FR2536222A1 — publié le 19840518

Alternateur annulaire L'invention concerne les alternateurs destines à transformer un mouvement mécanique en energie electrique. Il existe des alternateurs à inducteur bobiné disposé à l'intérieur de l'induit, des alternateurs dont l'induit est centré sur l'arbre d'entras nement; leur induit est toujours tres lourd du fait de la surface de sa section qui est très supérieure au justé nécessaire pour satisfaire la fonction magnétique. Les tolets de l'induit sont assemblées entre elles par boulonnage disposé aw dela de la zone magnétique active des toles. De plus, ces alternateurs présentent divers autres inconvénients en plus de leur poids élevé, un rendement relativement médiocre, un échauffement important qui peut être prohibitif pour les utilisations dans un environnement à température élevée. Le rendement est dépendant de la résistance interne, plus elle est faible, plus le rendement est éleve. Les alternateurs que l'on trouve sur le marché présentent une résistance qui est loin d'être négligeable, leur puissance est prudemment annoncée en'V.A. ét non en KWH. Les outillages utilisés pour leur fabrication sont tres lourds et très onéreux. L'utilisation de certains outils de chantier, par exemple les aiguilles à vibrer le béton, les postes de soudure à l'arc etc..., est maintenant régie par des normes et décrets d'application interdisant l'emploi direct du courant 220 V . Ces matériels utilisent actuellement des convertisseurs rotatifs lourds et onéreux pour la transformation du courant de 220 V en courant de basse tension. L'invention, telle qu'elle est décrite dans les revendications, a pour objet de pallier ces divers inconvénients et notamment: - de réduire le poids de l'induit au juste nécessaire pour assurer la fonction magnétique, ce qui entraine la réduction du poids de nombreuses autres pièces; - d'en accroître le rendement d'au moins 15%,par rapport aux alternateurs courants utilisant notamment des solénoïdes dans la partie induction de leur machine, en abaissant notablement la résistance interne, ce qui a pour effet de reduire considérablement l'échauffement; - de fournir du courant directement en basse tension; - de réduire de façon importante l'inertie de la masse en mouvement; - de réduire la vitesse d'entraînement en rotation. Les avantages apportés par l'alternateur selon l'invention sont les suivants: - réduction importante du poids par rapport aux alternateurs comparables existants sur le marché, au moins de deux à quatre: - accroîssement du rendement d'au moins 15%; - possibilité d'utilisation dans un environnement a température élevée; - facilité accrue d'entraînement en rotation et du freinage du fait de la fable inertie de la masse en mouvement;; - possibilité d'obtenir directement des vitesses lentes et très lentes d'entrainement en rotation évitant l'utilisation de réducteurs ou de multiplicateurs de vitesses à rapport élevez par exemple dans le cas d'entraînement par moteur éolien ou par machine à vapeur dans les microcentrales électriques à vapeur; - fourniture d'un courant triphasé sinusoïdal exempt de perturbations HF; - réduction importante du coût des outillages de fabrication et de montage; - réduction importante de la perte de tôle à la découpe des tôles d'induit;; - fourniture directe d'un courant en 200Hz triphasé en basse tension répondant aux normes de sécurité sur les chantiers, - fourniture de courant continu très peu ondulé à partir d'un courant en 200 ou 400 Hz qui se redresse-très facilement avec un redresseur de tres faible coût, par exemple pour la charge d'accumulateurs. L'invention est décrite-plus en détail dans le texte qui suit, en référence aux dessins annexés dans lesquels les figures représentent: 1 - en coupe, schematiquement, un exemple de réalisation d'un alternateur selon l'invention; 2 - en élévation un exemple d'induit selon l'invention comportant des secteurs de tôle magnetique assemblés en anneau et empilés; 3 - en coupe à grande échelle, un mode preferentiel d'assemblage des tôles d'induit à la presse de façon indémontable sur un moyen porte tôle en butée sur un épaulement; 4 - en coupe à grande échelle, une variante d'assemblage des tôles d'induit en deux paquets en butée l'un sur l'autre en opposition;; 5 - en coupe, un exemple d'alternateur à arbre creux de grand diamètre selon l'invention. Tel qu'il est representé sur la fig.1, l'alternateur comporte un induit 1 constitué de secteurs de tôles assembles en anneau et empilé (décris sur la fig.2) assemblés de façon indémontable sur un moyeu porte-tles 2 centré et fixé par son épaulement 2A au moyen d'une couronne de vis 3 sur la 1/2 coquille arrière 4;;. un bobinage triphasé 5 disposé dans les encoches de l'induit 1, des masses polaires 6 fixees sur des blocs parallélépipédiques 7 constitues par des aimants permanents positionnes et fixés sur une couronne crantée 8 elle-même fixée sur le moyeu support 9 faisant office de ventilateur et solidaire de l'arbre d'entraînement 10 monté sur des roulements à billes 11,12, emmanchés dans les 1/2 coquilles 4,13. La 1/2 coquille 4 s'assemble sur la 1/2 coquille 13 sur une portee épaulée 14, la fixation est assurée au moyen de vis non représentées situées sur l'axe 15. Le refroidissement de. l'induit est assuré au moyen d'une circulation forcée d'air engendre par les pales 16,17, du moyeu porte-aimants 9. L'air entre par des orifices 19,20, et sort par la chambre annulaire de décompression 21 et les orifices 22. Le fonctionnement de cet alternateur est tout à fait classique et ne necessite pas de commentaires particuliers. La figure 2 représente un exemple de réalisation d'induit annulaire selon l'invention. Il est constitué de trois secteurs identiques 23,24, 25, assemblés entre eux au moyen de mortaises 26, leur nombre depend du diamètre de l'induit. L'induit annulaire est constitué par l'empilage des anneaux en tôle magnétique. La périphérie comporte des encoches 27 pour recevoir le bobinage. L'alésage 28 de l'induit comporte des crans 28A à intervalles réguliers évitant les court-circuits magnétiques et permettant l'emmanchement indémontable à la presse sur le porte-tôle 2 (fig.1). Cet emmanchement, en buté sur l'épaulement 2A, est rendu inarrachable en utilisant des tolérances appropriees obligeant les tôles à se déformer élastiquement pour pouvoir s'emmancher sur e moyeu comme il est représente à grande échelle sur la fig.3. Chaque cran 28 "grippe" sur le moyeu en provoquant l'accrochage de chaque tôle empêchant le glissement en rotation et l'extraction. On peut en outre éventuellement compléter l'assemblage par collage. Sur la fig.4 on a montré une variante d'assemblage,à la presse, des tôles annulaires d'induit. Les anneaux sont constitués en deux paquets assemblés en opposition l'un contre l'autre en deux fois. Les paquets 30,31 sont préférablement égaux et emmanchés sur le moyeu lisse 32 ne comportant pas d'épaulement. Un tel induit est présente sur la fig.5. La fig.5 montre un exemple selon l'invention d'un alternateur de grand diamètre à arbre creux permettant d'obtenir un passage interne 36 de l'arbre 37 pouvant atteindre plusieurs mètre de diamètre pour des applications spéciales, marine ou éolienne par exemple. Cette disposition permet d'obtenir un allégement très important, croissant avec la puissan ce. De même, avec une même section d'induit on peut faire croître le rayon, augmenter le nombre de pôles, augmenter la puissance massique de façon importante tout en réduisant la vitesse de rotation, ce qui est très intéressant pour nombre d'applications. Le montage de l'induit 35 est effectué en deux parties 30,31, comme représenté sur la fig.4, ce qui permet de simplifier la forme du moyeu porte-induit 38 et d'en réduire l'usinage et le poids. Le moyeu de ventilateur 39 est assemble sur l'arbre creux 37 qui peut recevoir un flam,ue 40 de fixation de l'organe d'entraînement, ce qui réduit son encombrement en longueur et son poids. REVENDICATIONS: 1 - Alternateur annulaire constitué par un inducteur, un induit et son bobinage, une carcasse, un arbre d'entraînement vanté sur deux paliers solidaires de la carcasse, caractérise en ce que l'induit (1) est disposé à l'intérieur de l'induc- teur (7), et en ce qu'il est constitué d'un ensemble de secteurs (23,24, 25) assemblés entre eux au moyen de mortaises pour former des anneaw(, l'empilage des anneaux en tôle magnétique constitue le circuit magnetique de l'induit dont la largeur est reduite au juste nécessaire pour assurer sa fonction magnétique et en ce que l'ensemble des tôles formant l'induit est assemblé de façon indémontable sur un moyeu porte-indui-t en butée sur un épaulement; 2 - Alternateur selon 1, caractérisé en ce que l'alésage (28) des tôles d'induit comporte un crantage de faible profondeur (28A) sur toute sa longueur, et en ce que le diamètre dudit alésage est égal ou légèrement inferieur au diamètrede la portée du moyeu porte-induit (2), et en ce que l'ensemble des anneaux constituant l'induit est assemblé à la presse sur la portée correspondant du moyeu (2) jusqu'en butée sur un épaulement (2A), et en ce que ledit moyeu porte-induit (2) est centré et fixé par une couronne de vis sur une demi-coquille (4). 3 - Alternateur selon 1, caractérise en ce que les tôles annulaires de l'induit (1) sont assemblées en deux paquets (30,31)en opposition en butée l'un sur liautre, à la presse en deux fois sur un moyeu lisse (32). 4 - Alternateur selon 1,2,3, caractérisé en ce que l'ensemble induit, inducteur annulaire et arbre creux est réalise suivant un diamètre qui peut atteindre plusieurs mètres et tourner à tres faible vitesse de rota- tion avec une masse légère d'inducteur en rotation, et en ce que l'arbre d'entrainement (37) est creux et situé très pres du moyeu porte-indu!it- en ménageant un logement interne (36) de très grand volume pour recevoir d'éventuel s organes récepteurs. 5 - Alternateur selon 1 et 4, caracterisé en ce que la couronne parte- aimants (8) est centrée et fixée latéralement sur le corps (9) n moyeu ventilateur dont les pales (16,17) s'etendent depuis le moyeu---surl'arbre d'entrainement (10,37) sur lequel il est calé, jusqu'a T'a portée recevant la couronne porte-inducteur (8) en enveloppant le bobinage externe de l'induit de façon à produire une bentilation forcée de Induit, l'air entrant par des orifices au voisinage de l'arbre d'entraînement pour ressortir au-dessus de la couronne porte-aimant par effet centifuge aufravers des trous(22) ménagés dans la 1/2 coquille (4) à cet effet.