Brevet FR2756435A1 — publié le 19980529

PROCEDE DE FABRICATION D'UN ALTERNATEUR A PARTIR D'UN MOTEUR ELECTRIQUE ASYNCHRONE DESCRIPTION Domaine de l'invention L'invention concerne à la fois les alternateurs de petites et moyennes dimensions et, en même temps, les éoliennes installées dans des pays en voie de développement, ou dans des contrées ne possédant pas de gros moyens mécaniques de fabrication. Art antérieur et problème posé Dans les pays peu industrialisés, il est souvent envisagé d'exploiter le vent pour produire certaines quantités d'énergie électrique, au moyen d'éoliennes, dans le but de charger des batteries. Dans ce cadre, il est alors nécessaire de disposer d'alternateurs pour recevoir l'énergie mécanique de la part de l'éolienne et transmettre de l'énergie électrique à des batteries d'accumulateurs, par l'intermédiaire de transformateurs. La fabrication d'un tel équipement est relativement coûteuse, en particulier, en ce qui concerne la construction d'un alternateur spécialement adapté à la vitesse de rotation, généralement peu élevée des éoliennes, et pour charger des batteries sous une tension de 12 volts, ce genre d'alternateur n'existant pas dans le commerce. En effet, la construction, l'usinage de toutes les pièces d'un alternateur ne peuvent être réalisés que dans des usines ou des ateliers de fabrication possédant des machines très différentes (par exemple d'usinage, de formage, de soudage) qui n' existent que très rarement dans certains pays en voie de développement. De plus, il est très souhaitable que son coût de maintenance soit pratiquement nul. C'est donc un but de l'invention de fournir un alternateur fonctionnant entre 0 et 700 tours par minute et susceptible de pouvoir charger une batterie de 12 volts. Résumé de l'invention A cet effet, l'objet principal de l'invention est un procédé de fabrication d'un alternateur, à partir d'un moteur électrique asynchrone possédant un rotor à structure en cage d'écureuil, c' est-à-dire avec des barres noyées dans des rainures du rotor. Le procédé consiste à : - démonter le rotor du stator - remplacer les barres du rotor par des pôles d'aimants permanents ; et - remonter le rotor dans le stator. L'alternateur fabriqué est alors beaucoup plus efficace lorsqu'on enlève une grande partie de la matière se trouvant entre les rainures du rotor et en conservant une partie minimale des rainures dans lesquelles étaient initialement placées les barres des pôles du rotor du moteur pour pouvoir y placer les aimants permanents. Cette dernière opération est effectuée, de préférence, par fraisage. Liste des figures L'invention et ses différentes caractéristiques techniques seront mieux comprises à la lecture de la description suivante, accompagnée de trois figures, représentant respectivement - figure 1, de façon démontée, le moteur à partir duquel est obtenu l'alternateur selon l'invention ; - figure 2, le rotor de l'alternateur selon l'invention ; et - figure 3, une installation dans laquelle l'alternateur produit au moyen de l'invention est utilisé. Description détaillée d'une réalisation de l'invention En référence à la figure 1, la base du procédé de fabrication selon l'invention est un moteur électrique asynchrone. Ce dernier est représenté de façon démontée. On distingue quatre parties détachées qui sont le bloc moteur constituant le stator 1 muni d'ailettes 2, le rotor 7 et son arbre 7A, un couvercle arrière 5 et un couvercle avant 6 par un trou 9 duquel dépasse l'arbre 7A du rotor 7. Le bloc stator 1 possède un boîtier de connexion 3 et est donc muni de bobinages intérieurs 4 dont le diamètre interne est légèrement supérieur au diamètre externe du rotor 7. Sur la surface extérieure de ce dernier, on peut distinguer les barres 8, constituant les pôles de la cage d'écureuil, implantées dans le corps du rotor 7 constitué de tôles empilées. Ce type de moteur possède huit pôles et est alimenté par une tension égale à 380 volts, une fréquence de 50 hertz et peut tourner à 750 tours par minute. Cette vitesse est donc compatible avec la vitesse maximale de rotation d'une éolienne. L'opération principale du procédé selon l'invention consiste donc, après avoir démonté le rotor 7 du stator 1, à enlever les barres 8 du rotor 7 du moteur pour les remplacer par des pôles constitués d'aimants permanents. La figure 2 illustre le rotor de l'alternateur fabriqué par le procédé selon l'invention. On y retrouve le paquet de tôles feuilletées constituant la grande partie électrique du rotor, l'arbre 7A et les deux roulements référencés 9 du moteur sont conservés. Par contre, la partie électrique a été modifiée. En effet, le rotor a été usiné, notamment au niveau des barres 8 de la figure 1, par des fraisages ne laissant subsister que des rainures 11. En d'autres termes, ces barres 8 ont été enlevées pour laisser dégagées les rainures 11 qui étaient destinées à les réceptionner dans la structure du moteur. Dans la réalisation du rotor de l'alternateur, elles sont donc remplacées par des pôles en aimants permanents, constitués de pôles nord 12N et de pôles sud 12S. Chaque bloc d'aimants permanents est de forme prismatique et est introduit dans une rainure 11. Selon la longueur des rainures 11 et des pôles 12N et 12S, plusieurs de ces derniers peuvent être introduits dans une seule rainure 11. On reconstitue ainsi les huit pôles du rotor d'un alternateur. Il s'avère avantageux d'usiner également un peu le bloc rotor entre les pôles 12N et 12S de façon significative. Cela revient à fraiser la matière restante 13 entre chaque rainure 11 du rotor pour éliminer en grande partie cette matière. Néanmoins, il est nécessaire de laisser une petite hauteur de matière pour que la rainure 11 subsiste de façon relativement suffisante pour assurer le calage et le maintien des pôles 12N et 12S. Ces derniers peuvent donc être soudés dans les rainures et être ainsi fixés définitivement. La dernière opération consiste à remonter le rotor ainsi obtenu dans le stator initial. Il s'avère nécessaire de choisir le moteur préalable de façon à ce que les densités de courant soient quasiment identiques dans ce moteur que dans l'alternateur obtenu avec le procédé selon l'invention. On obtient ainsi un alternateur pouvant être couplé à une éolienne ou une turbine hydraulique tournant à basse vitesse. Un tel alternateur permet d'avoir une fréquence suffisamment haute de production de courant électrique dans la gamme de vitesses de 0 à 700 tours par minute. Le coût de réalisation d'un tel alternateur est relativement faible puisqu'il consiste simplement à démonter le moteur initial, à fraiser une partie du rotor, à fixer les pôles et à remonter le rotor dans le stator. Ceci s' avère avantageux dans les pays en voie de développement, lorsqu'il n'est pas possible d'usiner ou de construire sur place de tels alternateurs. La figure 3 montre l'utilisateur d'un alternateur 15 ainsi obtenu avec une éolienne 14. Cette dernière entraîne une courroie 16, qui entraîne elle-même l'arbre 7A de l'alternateur 15. Celui-ci, par l'intermédiaire de son boîtier de connexion 3 et des câbles 17, produit des courants alternatifs transmis à un transformateur redresseur 18. Une résistance de charge 19 est montée en série avec le transformateur redresseur 18. Celui-ci peut donc fournir, sur la base d'une rotation pouvant aller de 0 à 700 tours par minute de l'éolienne 14, un courant électrique continu pouvant aller jusqu'à 100 ampères, à une batterie 20, au moyen de câbles de connexion 21. On peut ainsi produire, au moyen de l'alternateur 15, un courant triphasé de 380 volts, à 43 hertz de fréquence, lorsque l'éolienne tourne à 650 tours par minute. On produit donc également une tension de 190 volts à une vitesse deux fois moins grande, c'est-à-dire à 325 tours par minute. On peut ainsi réduire l'intensité dans les câbles de liaison et dans le collecteur de courant, ainsi que réduire la masse du transformateur d'entrée du transformateur redresseur 18. Il est également possible de commuter la sortie du transformateur redresseur sur un poste de cuisson lorsque la tension de charge est trop faible, ou lorsque la batterie est chargée. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un alternateur à partir d'un moteur électrique asynchrone possédant un rotor (7) à structure en cage d'écureuil comportant, en outre, des barres 8 noyées dans des rainures (11), le procédé consistant à - démonter le rotor (7) du stator (1) - remplacer les barres (8) du rotor (7) par des pôles d'aimants permanents (12N, 12S) ; et - remonter le rotor, ainsi obtenu, dans le stator (1). 2. Procédé de fabrication d'un alternateur selon la revendication 1, consistant également à enlever une grande partie de la matière (13) se trouvant entre les rainures (11) du rotor (7), tout en en conservant une partie pour garder les rainures (11) avec une profondeur suffisante, dans lesquelles étaient placées les barres (8) du rotor (7) du moteur, pour pouvoir y placer les aimants permanents (12N, 12S). 3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que des opérations consistant à enlever de la matière sur le rotor (7) du moteur se font par fraisage.