Brevet FR2766989A1 — publié le 19990205

La présente invention concerne un générateur de courant électrique destiné à être entraîné à vitesse variable en conservant une tension et (ou) une période pratiquement constante. Les générateurs à courant continu de même que les générateurs alternatifs classiques sont construits avec la contrainte d'être utilisés à vitesses sensiblement fixes afin d'obtenir un courant propre à toutes fins utilisables. Dans le cas des énergies renouvelables, telles qu'hydrauliques ou éoliennes, et, en particulier pour cette dernière, le maintien d'une vitesse de rotation définie est quasiment aléatoire. Les dernières recherches en énergie éolienne confirment d'ailleurs que le maximum de puissance est produite avec un rapport U/v (vitesse périphérique de l'hélice/vitesse de vent) sensiblement constant, c'est à dire, même en pas variable, avec des vitesses de rotation d'hélice très différentes. Des dispositifs électroniques ont été étudiés de manière à amener le courant produit à des caractéristiques déterminées, mais ces dispositifs sont très onéreux et, pour cette raison, limités à des petites puissances. II était donc opportun de trouver une solution permettant de tirer la plus grande puissance des hélices éoliennes en produisant un courant utilisable à tous moment. Le générateur selon l'invention permet d'utiliser des engins moteurs de vitesses variables en conservant une tension et (ou) une période pratiquement constantes. Il comporte à cette fin, en première caractéristique, un induit, bobiné ou non, ayant I a possibilité d'entrer en rotation à l'intérieur d'un stator à pôles bobinés, entraîné en rotation. Ces deux éléments, induit et stator, tournent eux-mêmes de manière coaxiale dans une carcasse-support fixe Un coupleur assure une liaison de rotation, de couple variable, entre l'induit et la carcasse-support, relié à un système électronique de commande qui permet de faire varier le glissement du dit coupleur. Selon des modes particuliers de réalisation: - I'induit peut-être préférentiellement entraîné en rotation, le coupleur assurant la liaison entre stator et carcasse-support, - la liaison électrique entre stator et carcasse-support peut-être assurée par balais et bagues, ainsi qu'entre induit et stator lorsque l'induit est bobiné, - le coupleur qui assure la liaison de couple variable peut-être du type magnétique, alimenté par courant basse tension, - le coupleur peut-être, en variante, du type hydraulique, - le système électronique peut agir suivant tension ou fréquence du courant produit, ou sur les deux réunis, - le système électronique peut-être influencé, en cas d'engin moteur éolien, par des paramètres tels que pression sur hélice, etc., mais aussi par baisse de tension ou de fréquence, - I'ensemble induit et stator peut-être ventilé à l'aide d'ailettes et de passages aménagés pour créer et diriger un flux d'air entre induit et stator, - la carcasse support peut-être étanche, en solution antidéflagrante, Les dessins annexés illustrent l'invention: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale du générateur dépouillé de son assistance électronique, - la figure 2 est une variante de l'invention, également en coupe longitudinale, - la figure 3 est un schéma de principe du système d'assistance électronique, En référence à ces dessins, le générateur, supposé être du type à production de courant alternatif triphasé dans l'exemple présenté, pour simplification, comporte un induit (1), bobiné ou non, ayant la possibilité d'entrer en rotation selon un axe X-X, à l'intérieur d'un stator (2), à pôles (3) bobinés, entraîné en rotation, ces deux éléments, induit (1) et stator (2) tournant eux-mêmes d'une façon coaxiale dans une carcasse support (4) fixe. Un coupleur (5) est monté à l'extrémité (6) de la carcasse support (4), destiné à assurer une liaison de rotation, de couple variable, entre l'extrémité de l'arbre (7) de l'induit (1) et de la dite carcasse support (4). Ce coupleur (5), préférentiellement de type magnétique à poudre, est commandé et contrôlé à l'aide des entrées (8) et (9), par un système électronique dont le schéma de la figure 3 est représen ta tif d'un mode de réalisation, les sorties (10) et (1 1) étant à relier aux entrées (8) et (9) du coupleur (5). Selon la forme de r-éalisation de la figure 1, I'induit (1) est monté sur deux roulements (12) et (13), le roulement (12) étant introduit dans un logement de la carcasse support (4), I'autre roulement (13), de préférence à aiguilles, venant s'insérer dans le flasque d'extrémité (14) du stator (2), prolongé par un arbre (15), pourvu d'un roulement (16) rnonté dans un logernent de la carcasse support (4), I'autre extrémité du stator (2) étant pourvue d'un autre roulement (17) monté intérieurement sur l'arbre (7) de l'induit(l ) Une poulie (18), montée sur I'ar-bre (15) du stator (2), symbolise un moyen habituel d'entraînernent en rotation du stator (2). Dans la variante illustr-ée par la figure 2, c'est l'extrémité de l'arbre (19) de l'induit (1) qui est entraîné par la poulie (18), I'extrémité (20) du stator (2) venant s'introduire à l'intérieur d'un roulement (21), maintenu dans un logement de la carcasse support (4), et, entraîner la partie centrale (22) mobile du coupleur (5). Suivant les figures 1 et 2, la liaison électrique entre le stator (2) et la carcasse support (4) est assurée par balais (23) coulissant sur armature isolante (24), ces balais (23) frottant sur des bagues de contact (25), également isolées. Le coupleur (5), dont la partie extérieure (26) est solidaire de la carcasse support (4), est ici représentée en version magnétique, par exemple, du type à poudre, un courant basse tension venant alimenter les entrées (8) et (9). En variante, non représentée, ce coupleur magnétique (5) est remplacé par un coupleur hydraulique, alimenté par pompe extérieure ou autres solutions. La figure 3 est représentative d'un mode de commande et de contrôle électronique dont le module (27) constitue l'élément principal, recevant les informati8ns de tension (cas des dynamos) ou de fréquence lorsqu'il s'agit d'un alternateur tel que dans l'exemple présenté, ces informations étant traitées de manière à ce que le coupleur (5) soit excité par les entrées (8) et (9) en fonction de l'écart de tension ou de fréquence. Dans le cas de capteur moteur à hélice (28), sommairement iliustré en figure 3, un capteur de pression (29), soumis au vent sur l'hélice (28) vient compléter les informations précédentes. Le module (27) est relié à une source de production extérieure (G), en solution palliative, par exemple un groupe électrogène, dont il assure ainsi la comrnande de mise en marche en cas d'insuffisance de puissance du capteur moteur éolien. Ce module (27) est supposé alimenté, ainsi qu'en schéma classique, par une batterie (30), elle-même reliée à un chargeur (31). Un relais (32) est supposé chargé de couper l'ensemble des liaisons des lignes de force et du module (27) afin de limiter- notarnment la décharge de la batterie (30). Selon la figure 1, dans la version de base, en vue de faciliter le refroidissement du générateur, le stator (2) possède intérieurement des ailettes (33) et des passages (34) et (35), et, la carcasse support (4), des passages (36) et (37) en correspondance, de sorte que l'air an-ibian Iiiisse entrer par les passages (36) pu s (34), et, circuler selon les directions des flèches (38) et ressortir par les passages (35) et (37). En variante, figure 2, l'induit (1) est muni d'urne turbine (39) monté sur l'arbre (19) de l'induit (1) et, en version étanche, I'air englobé pénètre par les passages (40), passe, de même qu'en version de base, entre induit (1) et les pôles (3) pour ressortir par les passages (41) puis revenir vers les passages (40) par l'espace (42) aménagé entre stator (2) et la carcasse support (4). Des ailettes (43) extérieures permettant par ailleurs une dissipation de I a chaleur de la carcasse support (4) par l'air ambiant. En fonctionnement, I'engin moteur entraîne le générateur par la poulie (18) et lorsque la vitesse de rotation de l'arbre (15), figure 1, coïncide à la tension, dans le cas des dynamos à courant continu, ou à la fréquence de référence (50 pps) pour les alternateurs, le coupleur (5) commandé et contrôlé par le système électronique maintien la liaison entre induit (1) et la carcasse support (4) sans aucun glissement. Lorsque la vitesse de rotation d'entrée s'accroît, le coupleur (5) reçoit commande du système électronique afin de permettre un certain glissement, en rapport de l'écart avec la ou les références caractérisantes du courant, c'est à dire, d'une façon plus pratique, de maintenir entre induit (1) et stator (2) une vitesse sensiblement constante. Si, en raison de surcharge de l'engin moteur, la tension ou la fréquence venaient à chuter ou à fluctuer rapidement (cas des moteurs éoliens en situation de pré-déccrochage dynamique) I e système électronique interviendrait pour déclencher la mise en marche d'une installation palliative, genre groupe électrogène. REVENDICATIONS 1/ Générateur de courant électrique destiné à être entrainé à vitesse de rotation variable en conservant une tension ou une fréquence pratiquement constantes, caractérisé en ce qu'il comporte un induit (1), bobiné ou non, ayant la possibilité d'entrer en rotation selon un axe X-X, à l'intérieur d'un stator (2), à pôles bobinés (3), I'induit (1) et le stator (2) tournant euxmêmes d'une façon coaxiale dans une carcasse support (4) fixe, un coupleur (5) assurant, par ailleurs, une liaison de couple entre l'induit (1) et la dite carcasse support (4), ou entre le stator (2) et la dite carcasse support (4), commandé et controlé par un système électronique qui permet de faire varier le glissement du coupleur (5), et, ainsi, de maintenir une vitesse relative constante entre induit (1) et stator (2). 2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'induit (1) est entrainé, le coupleur (5) assurant la liaison stator (2) et carcasse support (4). 3/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (2) est entrainé, le coupleur (5) assurant la liaison entre l'induit (1) et la carcasse support (4). 4/ Générateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la liaison électrique entre induit (1), stator (2) et carcasse support (4) est assurée par balais (23) et bagues (24). 5/ Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le coupleur (5) asurant une liaison à couple variable entre induit (1) ou stator (2) et la carcasse support (4) est du type magnétique. 6/ Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le coupleur (5) est de type hydraulique. 7/ Générateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le système électronique controle tension ou fréquence, ou les deux réunis. 8/ Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système électronique est également influencé par des paramètres, tels que pression sur hélice (28), dans le cas de moteurs éoliens. 9/ Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur est ventilé à l'aide de passages d'entrée (34) et (36), et, de sortie (35) et (37) afin de canaliser le flux d'air, notamment à proximité des bobinages.