Brevet FR2572229A1 — publié le 19860425

Machine tournante à aimants perfectionnée. La présente invention concerne les machines tournantes a aimants telles que les génératrices ou alternateurs et a trait notamment à la régulation de la tension de sortie des génératrices ou des alternateurs entraînés par des machines motrices, et elle est plus particulièrement relative à un alternateur comportant des moyens de régulation incorporés. Elle concerne cependant également les moteurs tels que les moteurs synchrones avec adaptation du flux. Dans de nombreuses applications, un alternateur est entraîné par une machine motrice pour alimenter des charges ayant un fonctionnement indépendant de celui de ladite machine motrice. La vitesse de rotation de la machine motrice est sujette à de multiples variations qui résultent du travail demandé à la machine. Ces variations sont notamment sensibles dans le cas des moteurs à turbine à gaz. On sait par ailleurs que la tension de sortie à flux constant de l'alternateur est directement liée à la vitesse de la turbine et il est en conséquence nécessaire de prévoir des moyens pour maintenir constante la tension de sortie de l'alternateur alimentant les charges. Dans ce but, US-A-3.671.788 décrit un alternateur comprenant des bobinages de puissance et de commande pour faire varier le flux magnétique et donc la tension de sortie. Le rotor et le stator de cet alternateur présentent une structure particulière compliquée et donc coûteuse, comportant des shunts de section radiale en L assemblés pour former une structure en U entre les branches de 2 2572229 laquelle est disposé un bobinage de commande tandis que les bobinages de puissance sont disposés autour de ces branches. US-A-3.713.015 décrit un alternateur comportant un dispositif automatique de régulation de tension. Cet alternateur comprend un rotor en deux parties montées coaxialement sur un arbre commun et dont les positions relatives sont réglables angulairement au moyen d'un bobinage de commande faisant varier ainsi les positions des pôles respectifs de ces rotors pour permettre une régulation de la tension de sortie de l'alternateur. Ces deux agencements différents présentent plusieurs inconvénients parmi lesquels des circuits et/ou des mécanismes compliqués. L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients en réalisant un alternateur à dispositif régulateur de tension incorporé, de fabrication simple et peu coûteuse et ayant un fonctionnement fiable. Elle a pour objet à cet effet une machine tournante à aimants, par exemple une génératrice ou un alternateur, caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble de rotors comportant un arbre commun sur lequel sont montés fixes un premier rotor, à aimants permanents, un second rotor homopolaire, cet ensemble étant disposé dans un stator commun comportant un bobinage de puissance entourant les deux rotors, et au moins une bobine d'excitation disposée au regard du rotor homopolaire et alimentée en fonction de la vitesse de rotation de l'ensemble de rotors et/ou de la charge de la machine. On comprend que, grâce à cet agencement, on engendre un flux magnétique dont le sens peut être inversé en inversant le sens du courant dans la bobine d'excitation, ce qui permet, par le jeu de ce sens de circulation et de la valeur de ce courant, de faire varier le flux homopolaire, ce flux s'ajoutant à celui engendré par les aimants ou s'en retranchant pour régulariser la machine. Suivant une autre caractéristique de l'invention, à un aimant sur deux du premier rotor correspond une dent du second rotor. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant au dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple et dans 3 2572229 lequel La figure 1 est une vue en section longitudinale d'un alternateur suivant l'invention La figure 2 est une vue en perspective de l'ensemble de rotors de l'alternateur représenté à la figure 1; La figure 3 en est une vue en section transversale suivant la ligne 111-111 de la figure 1; La figure 4 en est une vue en section transversale suivant la ligne IV-IV de la figure 1. En se référant au dessin et plus particulièrement à la figure 1, I'alternateur suivant l'invention comprend un stator 1 dans lequel est monté rotatif un ensemble de rotors désigné généralement par la référence 2. L'ensemble de rotors 2 comprend un arbre rotatif 3 portant un premier rotor 4 du type classique à aimants permanents, en bout duquel est également monté un second rotor 5 du type homopolaire, à dents. L'ensemble de rotors 2 est monté rotatif par les extrémités de l'arbre 3 dans des paliers à roulements (non représentés) à l'intérieur du carter 1 qui comporte les bobinages de puissance 7 fixés sur la paroi interne du carter 1 et s'étendant sur toute la longueur du premier et du second rotors. La bobine d'excitation 6 est montée sur une pièce de support 9 solidaire du stator 1 et alimentée en courant de préférence continu mais pouvant aussi être modulé. La tension de sortie de l'alternateur apparaît sur des conducteurs 10 destinés à être reliés à des charges alimentées par l'alternateur. On comprend que, lorsque le bobinage d'excitation 6 est alimenté en courant continu, il engendre un flux magnétique 11 tel que représenté à la figure 1, qui traverse les dents du rotor homopolaire 5 et, si on considère une section du stator qui couvre l'ensemble du rotor, celle-ci est traversée par la somme géométrique du flux des aimants et du flux dans les dents du rotor homopolaire. Par le jeu du sens de circulation du courant dans la bobine d'excitation 6, le flux 11 homopolaire peut être soit additif soit 4 2572229 soustractif par rapport au flux engendré par les aimants du rotor 4. On peut ainsi maintenir constante la tension de sortie de l'alternateur au moyen d'un dispositif électronique d'un type connu commandant l'alimentation du bobinage d'excitation 6 de façon appropriée en fonction de la vitesse d'entraînement en rotation du rotor et de la charge du générateur. Suivant l'exemple représenté, le rotor 4 à aimants permanents comporte six aimants 12 et le rotor homopolaire 5 comporte trois dents 13, c'est-àdire qu'à un aimant 12 sur deux correspond une dent 13 du rotor homopolaire 5. Bien entendu, le rotor 4 peut comporter un nombre quelconque d'aimants permanents, le rotor homopolaire comportant un nombre approprié de dents 13. On comprend également que la bobine d'excitation peut être alimentée en courant alternatif ou haché ou encore que son alimentation peut être interrompue et rétablie en fonction des fluctuations de la - vitesse de la machine motrice entraînant l'alternateur. L'alternateur suivant l'invention est particulièrement avantageux pour être utilisé en étant monté en prise directe avec les turbines à gaz ou les turboréacteurs mais peut bien entendu être également utilisé avec toute autre machine motrice. Bien entendu, l'alternateur peut faire l'objet de nombreuses variantes. Ainsi il pourrait comporter plusieurs rotors homopolaires, par exemple un à chaque extrémité de l'ensemble de rotors, ou bien plusieurs rotors à aimant, 5, par exemple disposés de part et d'autre d'un rotor homopolaire, les bobines d'excitation étant chaque fois montées au niveau du rotor homopolaire correspondant. D'autre part la machine selon l'invention peut également être réalisée sous forme d'un moteur synchrone dont le flux peut être adapté au point de fonctionnement désiré par l'envoi d'un courant d'excitation convenable, par exemple en fonction de la charge et/ou de la vitesse du moteur, dans le bobinage d'excitation homopolaire. 2572229 REVENDICATIONS 1 - Machine tournante à aimants, caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble (2) de rotors comportant un arbre commun (3) sur lequel sont montés fixes un premier rotor (4) à aimants permanents (12), un second rotor (5), homopolaire, cet ensemble étant disposé dans un stator commun comportant un bobinage de puissance (7) entourant les deux rotors (4, 5), et au moins une bobine d'excitation (6), disposée au regard du rotor homopolaire et alimentée en fonction de la vitesse de rotation et/ou de la charge. 2 - Machine suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'à un aimant (12) sur deux du premier rotor (4) correspond une dent (13) du second rotor (5) homopolaire. 3 - Machine suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la bobine d'excitation (6) est alimentée en courant continu. 4 - Machine suivant Il'une quelconque des 'revendications précédentes, caractérisé en ce que ltalimentation de la bobine d'excitation (6) est commandée par un dispositif électronique sensible à la vitesse de rotation de l'arbre (3).