Brevet FR2752341A1 — publié le 19980213

Etat de la technique L'invention concerne une génératrice à griffes polaires comprenant deux moitiés de roue polaire montées sur un arbre d'entraînement et ayant chacune une platine en forme de disque et des pôles magnétiques en forme de griffes, ré- partis écartés dans la direction périphérique, les pôles ma- gnétiques d'une moitié de roue polaire venant se loger dans les intervalles des pôles magnétiques de l'autre moitié de roue polaire, ainsi que des pièces à aimantation permanente servant à compenser les flux parasites, dans les intervalles des platines. Les génératrices à griffes polaires du type défi- ni ci-dessus sont connues de manière générale. C'est ainsi que le document DE-1 209 651, décrit une génératrice à grif- fes polaires, qui comprend un arbre d'entraînement portant un enroulement d'excitation. Au voisinage de chaque grand côté de l'enroulement d'excitation, une moitié de rotor polaire est glissée sur l'arbre d'entraînement. Chaque moitié de ro- tor polaire se compose d'un disque de roue polaire encore ap- pelé platine dont les zones des bords se poursuivent dans la direction longitudinale, c'est-à-dire parallèlement à l'arbre d'entraînement, par des pôles magnétiques en forme de griffes encore appelées ci-après simplement griffes. Les deux moitiés de roue polaire sont montées pour que les griffes d'une moi- tié viennent prendre entre les intervalles entre deux griffes de l'autre moitié de roue polaire. Les griffes entourent ain- si l'enroulement d'excitation. A une faible distance radiale des griffes se trouve le stator solidaire en rotation; il se compose de tô- les isolées les unes par rapport aux autres et munies de rai- nures; les tôles sont comprimées pour former un paquet. Les rainures reçoivent les enroulements du stator. La longueur axiale du paquet de tôles est appelée longueur du fer et cor- respond dans les génératrices connues, pratiquement à la lon- gueur des griffes. La puissance d'une génératrice à griffes polaires dépend entre autres de la longueur du fer, du paquet de tô- les. Pour augmenter la puissance ou diminuer les dimensions des génératrices à griffes polaires pour une même puissance, on a cherché à augmenter la longueur des fers. Mais cela aug- mente la dispersion du flux magnétique entre les griffes voi- sines, réduisant l'augmentation recherchée de la puissance. Les effets négatifs de l'augmentation du flux dispersé peuvent être réduits par l'utilisation d'aimants permanents dans la zone entre les griffes voisines comme cela a été évoqué dans le document DE-1 209 651. Toutefois, il subsiste la difficulté que les pointes de griffes s'élargissent radialement vers l'extérieur sous l'effet des forces centrifuges importantes résultant d'une grande lon- gueur; dans le cas le plus défavorable, les griffes touchent le paquet de tôles du stator. Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet une génératrice à griffes polaires, caractérisée en ce que la génératrice à griffes polaires selon l'invention offre l'avantage d'allonger la longueur du fer jusqu'à 170 % par rapport à celle des génératrices à griffes polaires usuelles, sans aug- menter les pointes des griffes. L'utilisation de pièces à ai- mantation permanente (pièces PM) entre les griffes et l'allongement du fer du stator permet d'augmenter de manière significative la puissance que fournit la génératrice pour un même encombrement; inversement cela permet de réduite l'encombrement pour une même puissance. On peut également grâce à l'invention, éliminer les oscillations gênantes des griffes. Comme les griffes prolongées comportent des dis- positifs de fixation eux-mêmes reliés à la platine voisine, cela maintient les pointes de griffes, de manière sûre contre toute déformation radiale vers l'extérieur sous l'effet des forces centrifuges. On évite également une oscillation des griffes grâce au dispositif de fixation. Le dispositif de fixation est notamment constitué par des bandes allongées de matière non aimantée et dont une extrémité est fixée de préférence soudée à une pointe de griffe et l'autre est reliée à la platine. Comme procédé pour fixer les bandes métalliques, on utilise la soudure par point ou la soudure au laser constituant les solutions avantageu- ses. On peut également utiliser d'autres procédés de liaison. Il est avantageux d'avoir un disque de maintien servant de dispositif de fixation, ce disque étant lui-même prévu contre la surface frontale extérieure de la platine et la zone du bord fixant les pointes des griffes. L'utilisation d'un disque de maintien présente des avantages notamment pour le montage de la génératrice à griffes polaires. On peut également envisager d'autres dispositifs de fixation dans la mesure o ces dispositifs maintiennent les pointes de griffes contre toute déformation radiale vers l'extérieur. Selon une réalisation particulièrement avanta- geuse, les bandes métalliques ou de maintien sont munies d'aubes servant à la ventilation de la génératrice. Comme ces aubes de ventilation sont prévues directement sous têtes des enroulements du stator, cela permet un refroidissement effi- cace. Les aubes de ventilateur peuvent se réaliser sim- plement par matriçage et pliage des bandes de fixation ou des disques de maintien. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'invention, les pôles magnétiques s'étendent en direction de la platine voisine de préférence jusqu'au bord extérieur et un dispositif de fixation est prévu pour relier les pointes des pôles magnétiques à la platine voisine. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation re- présentés dans les dessins annexés dans lesquels: * la figure 1 est une vue schématique d'une génératrice à griffes polaires ayant des griffes selon l'invention, pour la moitié supérieure et d'une construction comparative, connue dans la moitié inférieure, * la figure 2 montre différents modes de réalisation d'un dispositif de fixation selon l'invention. Génératrice à griffes polaires 1 selon la figure 1 comprenant un boîtier 3 dans lequel est logé l'arbre d'entraînement 5. L'extrémité de l'arbre d'entraînement 5 à l'extérieur du boîtier 3 porte une poulie à courroie 6 par laquelle l'arbre d'entraînement 5 est entraîné par exemple par une courroie trapézoidale. A l'intérieur du boîtier, l'arbre d'entraînement 5 porte un enroulement d'excitation 9 monté solidairement en rotation ainsi que des bagues collec- trices 11 également montées sur l'arbre d'entraînement 5, pour être alimentées par un courant d'excitation relativement réduit. L'enroulement d'excitation 9 est entouré latéralement chaque fois d'une moitié de roue polaire 13.1, 13.2 qui se compose d'un disque polaire 15 perpendiculaire à l'arbre d'entraînement 5 (ce disque est appelé ci- après platine) et de pôles magnétiques 17 en forme de griffes dirigées suivant la direction de l'arbre moteur 5 et appelées ci-après grif- fes. Chaque moitié de roue polaire 13 porte plusieurs telles griffes 17 réparties régulièrement. Les deux moitiés de roue polaires 13 sont ali- gnées l'une par rapport à l'autre pour que les griffes des moitiés de roue polaire 13.1, 13.2 opposées s'interpénètrent, c'est-à-dire que chaque fois une griffe d'une moitié de roue polaire vient dans l'intervalle formé entre deux griffes suc- cessives de l'autre moitié de roue polaire. Ainsi, les pôles nord et les pôles sud alternent dans la direction périphéri- que de la roue polaire lorsque l'enroulement d'excitation 9 est alimenté. Un stator 19 solidaire en rotation se trouve ra- dialement à distance des griffes 17 des deux moitiés de roue polaire 13; ce stator comporte par exemple un enroulement de stator triphasé. Le stator 19 se compose lui-même de surfaces isolées les unes par rapport aux autres et munies de rainu- res, en étant comprimées pour former un paquet de tôles 21 solides. Les rainures reçoivent les enroulements de stator 23. En fonctionnement on a un flux magnétique passant par le noyau de l'enroulement d'excitation 9, c'est-à-dire le noyau polaire, une platine 15 et une griffe 17 pour aller vers le stator 19 et de là passer dans la griffe voisine de l'autre moitié de roue polaire et se refermer par la platine 15. Ce flux magnétique appelé flux utile est diminué par la dispersion entre les griffes voisines 17 des deux moi- tiés de roue polaire 13. Pour s'opposer à ce flux dispersé, on a prévu des pièces à aimantation permanente 25 dans les intervalles des griffes 17. Ces pièces à aimantation permanente 25 permettent de traiter la dispersion pour permettre d'allonger les grif- fes 17 dans la direction longitudinale. De la même manière, on peut également augmenter la longueur du paquet de tôles 21 ce qui augmente le flux magnétique agissant sur les enroule- ments de stator 23. Cela augmente également la puissance de la génératrice bien que les dimensions extérieures soient in- changées. A la figure 1, la génératrice à griffes polaires 1 est représentée avec deux moitiés N et A différentes. La moitié supérieure N correspond à la réalisation selon l'invention avec des griffes allongées et un paquet de tôles allongées par comparaison avec le mode de réalisation usuel représenté dans la moitié inférieure. Il apparaît que le paquet de tôles selon l'invention a une longueur Le, encore appelée longueur du fer, qui correspond à 1,5 fois la longueur du fer usuel d'un paquet de tôles. On a constaté que l'on pouvait allonger jus- qu'à 1,7 fois la longueur. Un tel allongement des griffes 17 crée néanmoins la difficulté qu'aux vitesses de rotation élevées, du fait des forces centrifuges, on a une déformation radiale vers l'extérieur. Comme l'entrefer entre le paquet de tôles 21 et les griffes 17 est réduit au minimum, une telle ouverture provoque la collision entre les griffes et le paquet de tôles et dans la plupart des cas, cela se traduit par la destruc- tion de la génératrice. Selon l'invention, il est prévu un dispositif de fixation qui sera décrit de manière plus détaillée à l'aide de la figure 2. De manière générale, le dispositif de fixa- tion a pour but d'éviter que les forces centrifuges n'agissent sur les pointes des griffes et provoquent leur ou- verture. La figure 2 montre cinq exemples de réalisation différents d'un grand nombre de possibilités d'un dispositif de fixation 27. Selon la figure 2, une surface frontale de la platine 15 tournée vers l'extérieur, comporte des rainures 29 bien visibles dans lesquelles sont glissées des pièces à ai- mantation permanente 25. La griffe 17 dont seule la pointe est représentée en trait interrompu à la figure 2 se termine dans le plan de la surface frontale. Dans l'exemple I, le dispositif de fixation 27 comprend un certain nombre de griffes correspondant au nombre des bandes de maintien 31, longitudinales. L'extrémité de ces bandes située radialement à l'extérieur est fixée à la face frontale des griffes 17; l'autre extrémité radialement à l'intérieur est fixée à la platine 15. Il est particulièrement avantageuk de procéder par un soudage par point ou un soudage au laser. La figure 2 montre à titre d'exemple deux points de soudure 33 réalisés aux deux extrémités. En plaçant les points de soudure, il faut veiller à ce qu'à moins de deux millimètres de distance, se trouvent les pièces à aimantation permanente 25 dont il ne faut détériorer l'aimantation. L'exemple II remplace les bandes de fixation 31 par un disque de fixation 35. Ce disque est par exemple monté sur l'arbre d'entraînement 5 et est relié aux griffes 17 au niveau de son bord. L'avantage par rapport à des bandes de maintien décrites ci-dessus, est que d'une part la fabrica- tion est moins compliquée à cause du nombre plus faible de points de soudure et d'autre part on a une résistance plus élevée. Dans l'exemple III, le disque de maintien 35 est en outre monté sur la platine par une soudure par points. On peut également envisager plusieurs soudures par points pour la fixation sur une griffe. De cette manière, on peut égale- ment réaliser le disque de maintien 35 pour qu'il ne s'appuie plus sur l'arbre d'entraînement 5. Le diamètre intérieur du disque de maintien est alors supérieur au diamètre extérieur de l'arbre d'entraînement. Tous les exemples de réalisation décrits ci- dessus ont en commun que les dispositifs de fixation 27 sont en une matière non ferromagnétique. On peut par exemple envi- sager comme matière, le laiton, l'acier V2A ou d'autres mé- taux non ferromagnétiques. Dans les exemples IV et V, on a utilisé les dis- positifs de fixation 27 des exemples I et II avec en plus du rôle de fixation, une autre fonction à savoir celle de la ventilation. Pour cela, comme le montre l'exemple IV, des pa- les de ventilation 37 sont réalisées sur le disque de main- tien 35. Le disque de maintien 35 est de préférence coupé suivant une ligne 39 correspondant à un contour de pale. La pale 37 se replie alors perpendiculairement au plan du dessin le long de l'arête de pliage 41. Comme à cause de cette fonc- tion de ventilation, le disque de maintien 35 subit des ef- forts plus importants, il est relié à la platine 15 par plusieurs points de soudure 33. On peut également réaliser des pales sur les ban- des de fixation 31 comme celles de l'exemple V. Ces bandes de fixation sont plus larges et la zone du bord essentiellement radiale est cintrée perpendiculairement au plan du dessin pour former des pales 37. On augmente la résistance grâce à des nervures 43 réalisées dans les bandes de maintien 31; ces nervures sont inclinées les unes par rapport aux autres dans l'exemple représenté. Cette réalisation du dispositif de fixation per- met d'obtenir de manière simple un ventilateur interne. A côté des formes de pales représentées ci- dessus, on peut également envisager d'autres solutions fonc- tionnellement de même effet. Le disque 35 comporte des zones en forme de seg- ments d'arc recourbés vers l'extérieur le long d'une arête 41 radiale, et servant de pale de ventilation 37. R E V E N D I C A T IONS 1 ) Génératrice à griffes polaires comprenant deux moitiés de roue polaire (13.1, 13.2) montées sur un arbre d'entraînement (5) et ayant chacune une platine (15) en forme de disque et des pôles magnétiques (17) en forme de griffes, répartis écartés dans la direction périphérique, les pôles magnétiques d'une moitié de roue polaire (13.1) venant se loger dans les intervalles des pôles magnétiques de l'autre moitié de roue polaire (13.2), ainsi que des pièces à aimantation permanente (25) servant à compenser les flux parasites, dans les inter- valles des platines (15), caractérisée en ce que les pôles magnétiques (17) s'étendent en direction de la pla- tine voisine (15) de préférence jusqu'au bord extérieur et un dispositif de fixation (27, 31, 35) est prévu pour relier les pointes des pôles magnétiques à la platine voisine (15). 2 ) Génératrice à griffes polaires selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de fixation (27) comprend une bande de maintien (31) dont une extrémité est reliée notamment soudée à la pointe du pôle magnétique (17) et l'autre extrémité à la pla- tine (15). 3 ) Génératrice à griffes polaires selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de fixation (27) comprend un disque (35) relié à une platine (15) dont le diamètre extérieur correspond au diamètre extérieur de la moitié de roue polaire (13), les pointes des pôles aimantés (17) adjacents étant reliées au disque de préférence par une soudure. 4 ) Génératrice à griffes polaires selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le dispositif de fixation (27, 31, 35) comprend des pales (37) servant d'élément de ventilation. ) Génératrice à griffes polaires selon la revendication 3, caractérisée en ce que le disque (35) comporte des zones en forme de segments d'arc recourbés vers l'extérieur le long d'une arête (41) radiale,5 et servant de pale de ventilation (37).