Brevet FR2566975A1 — publié le 19860103

La présente invention a trait à des machines tournantes électriques du type générateur autonome à plusieurs sorties, dont le rotor est de préférence un rotor à aimants mais peut également être un rotor bobiné. L'invention peut également être appliquée à d'autres machines tournantes, telles que des moteurs à plusieurs bobinages à alimentations indépendantes. Les générateurs autonomes à plusieurs sorties, c'est-à-dire dont les stators doivent fournir plusieurs alimentations indépendantes, se divisent actuellement en trois catégories. La première comporte les générateurs formant plusieurs alternateurs indépendants montés en général sur le même arbre et ayant chacun leur propre circuit magnétique et leur propre bobinage. Ces générateurs sont fiables et ne présentent pas d'interaction entre les différentes sorties de courant mais leur encombrement, leur poids et leur coût sont particulièrement élevés. La deuxième catégorie comprend des machines uniques possédant un seul circuit magnétique et plusieurs bobinages classiques montés sur stator. Ces machines présente tent l'inconvénient d'une interaction électromagnétique entre les différents circuits d'alimentation et un courtcircuit sur l'une des alimentations va affecter l'ensemble du générateur. La troisième catégorie de générateurs comporte des machines uniques ayant un seul circuit magnétique, un seul bobinage et plusieurs sorties électriques. Elles présentent également l'inconvénient d'une interaction entre les différentes sorties et le risque qu'un court-circuit sur l'une des sorties affecte l'ensemble du générateur. Pour remédier aux inconvénients de ces générateurs connus, la Déposante a déjà proposé, dans sa demande de brevet français nO 83 11326, un générateur autonome à plusieurs sorties comprenant un rotor à aimants radiaux tournant dans un stator présentant une pluralité de bobinages affectés respectivement aux différentes alimentations indépendantes et caractérisé en ce que lesdits bobinages du stator qui correspondent aux différentes alimentations sont disposés sans recouvrement géométrique. Dans ce générateur, le rotor peut être bobiné mais est de préférence du type à aimants, la présence des aimants au rotor empechant le passage des lignes de champ qui peuvent encore tendre à s'établir par le biais du rotor. Cette disposition permet d'obtenir un abaissement considérable de l'influence de la réaction d'induit dont l'importance résiduelle, le plus souvent mineure, dépend de la conformation géométrique de l'ensemble. La présente invention se propose de perfectionner les machines tournantes et notamment ces générateurs de fa çon à supprimer pratiquement toute possibilité d'influence réciproque de l'un des circuits sur les autres. Un autre objectif de l'invention est de fournir un tel générateur perfectionné qui soit de construction simple et économique. L'invention a pour objet une machine tournante électrique et notamment un générateur autonome à plusieurs sorties comprenant un rotor, de préférence du type à aimants, tournant dans un stator présentant une pluralité de bobinages affectés respectivement aux différentes alimentations indépendantes et disposés sans recouvrement géométrique, caractérisé en ce que pour chaque bobinage affecté à une alimentation, les brins sont disposés dans les encoches du stator, de façon telle que les courants circulant dans les encoches et relatifs à un phase déterminée ont dans ce bobinage une répartition paire le long du rotor par rapport à un axe géométrique radial déterminé, ledit axe formant un axe de symétrie pour la géométrie mécanique de l'ensemble. Par repartition paire, on veut dire que pour une phase quelconque ; les brins sont répartis de part et d'autre de l'axe de symétrie de façon que la résultante des courants des brins de la phase d'un côté de l'axe soit orientée en sens inverse de la résultante de l'autre côté, qu'elle compense. La machine tournante peut être un générateur à plusieurs- sorties, de préférence du type à aimants au rotor, mais elle peut également être un moteur dans lequel les différents bobinages de stator seraient alimentés en parallèle pour qu'en cas de défaut interne de l'un des bobinages, le moteur conserve un minimum de performances. La machine selon l'invention peut être du type monophasé ou polyphasé, par exemple triphasé. De préférence, le nombre P de paires de pôles est le nombre entier immédiatement supérieur ou égal à 1,5 fois le nombre n d'alimentations indépendantes. Par exemple, si n = 2 : 1,5 x 2 = 3 = P si n = 3 : 1,5 x 3 = 4,5 -+ 5 = P De façon avantageaseZ le bobinage correspondant à une alimentation indépendante couvre 3 secteurs polaires consécutifs du rotor (dans le cas d'un bobinage triphasé). D'autres avantages et cara-ctéristiques de l'inven- tion apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite à titre d'exemple non limitatif et seréférant -au des- sin annexé dans lequel la figure 1 représente une vue schématique en élé- vation d'un alternateur double selon l'invention la figure 2 représente une vue en coupe diamétra le II-II de l'alternateur de la figure 1 ;; la figure 3 représente un schéma du bobinage de l'alternateur triphasé affecté à l'une des sorties les figures 4, 5 et 6 représentent les diagrammes des répartitions de courant et de champ de réaction à trois moments répartis sur un cycle triphasé la figure 7 représente une vue schématique d'une machine triphasée à trois alimentations indépendantes. En se référant aux figures 1 et 2, on voit un alternateur comportant un rotor dont le noyau 1, monté sur des paliers non représentés, porte trois paires d'aimants diamétralement opposés 2 et dont les polies, de polarités alternées comme le montrent les flèches de la figure 1, sont orientés radialement vers la périphérie. Le stator 3 présente une carcasse feuilletée classique 4 dont les encoches sont régulièrement réparties le long de la circonférence statorique. Le stator est divisé géométriquement en deux parties par un plan diamétral D, déterminant deux demi-circonférences situées de part et d'autre dudit plan et formant les alternateurs individuels respectifs dont la réunion forme la machine selon l'invention. On voit sur le dessin le bobinage 5 formant la partie statorique du premier alternateur situé au-dessus du plan D et par 6 le bobinage de l'autre alternateur, les sorties respectives étant référencées 5a et 6a. Sur le quadrant droit supérieur de la figure 1, on a représenté une coupe de la moitié du bobinage 5, montrant la disposition des brins de bobinage dans leurs encoches statoriques respectives. On voit que les brins de bobinage sont disposés dans les treize encoches référencées a à m et l'on voit sur le schéma de la figure 3 la disposition des brins des bobines du câblage triphasé formant le bobinage 5. Les sens des courants circulant dans les encoches à un moment donné, par exemple à l'instant to, sont indiqués sur le schéma de la figure 3 par des flèches et l'on voit que les courants circulant dans les brins disposés dans les encoches et relatifs à une phase déterminée, par exemple la phase I, ont une répartition paire par rapport à un axe de symétrie X de préférence perpendiculaire au plan D. I1 en est bien entendu de même en ce qui concerne les phases II et III.Dans cet exem ple on voit en outre que la disposition mécanique de l'alternateur 1, qui correspond au bobinage 5, est symétrique par rapport à l'axe X. I1 se trouve que, du fait que la machine selon l'invention a été divisée en deux générateurs de taille égale et occupant la totalité des encoches disponibles dans une demi-circonférence, les axes X des deux générateurs coincident, mais ceci pourrait ne pas être le cas dans d'autres dispositions. En se référant à la figure 3, on voit le schéma développé du bobinage 5 avec son groupe de trois triplets de trois bobines attribués respectivement aux trois phases I, Il et III de la sortie. Sur ce schéma, on a représenté en trait plein les brins aller des différentes bobines et en trait interrompu les brins retour et l'on a représenté les encoches a à m parcourues par les brins. -La disposition des brins est, pour chacune des phases, paire par rapport à l'axe X au sens mathématique du terme. On a représenté sur les figures 4, 5 et 6 trois diagrammes représentant en trait plein la répartition de l'intensité de courant et en trait interrompu le champ de réaction intégré à trois instants équidistants du cycle triphasé, à savoir l'instant to (figure 4) en lequel les intensités sont, pour les différentes phases Ph.I = I, Ph.II = -I/2, Ph.III = -I/2 (I étant l'inten sité maximale) l'instant t + T/3 (figure 5) en lequel Ph.I = -I/2, Ph. II = -I/2, Ph.III = I, et l'instant t + 2T/3 en lequel Ph.I = -I/2, Ph.IIO= I, Ph.III = - I/2 On voit sur ces diagrammes qu'aux différents moments to, to + T/3 et t + 2T/3, l'intégration des flux est nulle et on peut montrer que l'intégration donne un résultat nul à n'importe quel autre moment du cycle. Bien entendu, on peut modifier la disposition et le nombre d'alternateurs individuels présents dans la machine selon l'invention. On peut démontrer que si les conditions caractéristiques de l'invention sont respectées, l'intégration des flux est nulle pour toutes les formes de courants (y compris tous les harmoniques temporcls) par exemple dans le cas d'un alternateur débitant sur un redresseur ou dans le cars d'une charge non linéaire, ainsi que pour tout type d'alimentation, par exemple une charge déséquilibrée entre phases ou phase et neutre, ou court-circuit quelconque entre phases ou phase et neutre. Dans les réalisations pratiques, on peut encore rencontrer une réaction résiduelle très faible entre deux circuits bobinés dans une machine selon le dispositif. Cette influence résiduelle est due à la dissymétrie mécanique relative lorsque l'entrefer est petit. Cette réaction résiduelle peut être rendue extrêmement faible pour des entrefers usuels, de l'ordre par exemple de 3 mm, pour lesquels la dissymétrie relative d'un générateur à très grande vitesse devient alors très faible et l'influence peut autre réduite par exemple à 0,15%. En se référant à la figure 7, on voit une machine comportant trois alternateurs triphasés indépendants correspondant à trois bobinages statoriques 7, 8, 9 bobinés chacun de façon paire. Dans ce cas, le nombre P de paires de pôles est l'entier immédiatement supérieur à 1,5 x 3 = 4,5, soit P = 5. On a représenté les 10 secteurs polaires N,S du rotor 10. Les bobinages 7, 8, 9 sont répartis sur la circonférence de façon que chacun s'étende sur trois secteurs polaires. I1 en résulte que dans ce cas un arc polaire 11, correspondant au dixième de la circonférence, n'est pas bobiné. Bien que l'invention ait étE-dEcrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'elle n'y est nullement limitée et qu'on peut lui apporter diverses modifications de forme sans pour cela s'éloigner ni de son cadre ni de son esprit. REVENDICATIONS 1. Machine tournante électrique et notamment géné- rateur autonome à plusieurs sorties comprenant un rotor (1), notamment du type à aimants, tournant dans un stator (3) présentant une pluralité de bobinages (5, 6) affectés respectivement aux différentes alimentations indépendantes et disposés sans recouvrement géométrique, caractérisée en ce que pour chaque bobinage affecté à une alimentation, les brins (a-m) sont disposés dans les encoches du stator (3) de façon telle que les courants circulant dans les encoches et relatifs à une phase déterminée ont, dans ce bobinage, une répartition paire le long du rotor par rapport à un axe géométrique radial déterminé (X), ledit axe formant un axe de symétrie pour la géométrie de l'ensemble. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le nombre P de paires de pôles du rotor est égal à 1,5 fois le nombre n d'alimentations indépendantes, arrondi, si besoin, à l'entier supérieur. 3. Machine selon l'une quelconque des revendicam tions 1 et 2 caractérisé en ce que le bobinage d'une alimentation indépendante recouvre l'espace de trois secteurs polaires du rotor. 4 Machine selon l'une quelconque des revendica- ions 1 à 3, caractérisée en ce quelle possède un rotor à aimants (2). 5. Machine selon l'une quelconque des revendica tion 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est du type polyphasé, notamment triphasé. 6. Machine selon l'une quelconque des renvendication 1 à 4, caractérisée en ce qu'elle est du typemono- phasé. 7. Machine selon l'une quelconque des renvendication 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle constitue un généra- teur autonome à au moins deux sorties indépendantes. 8. Machine selon l'une quelconque des renvendication 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle constitue un moteur à au moins deux alimentations statoriques indépendantes.