Brevet FR2810469A1 — publié le 20011221

La présente invention concerne d'une manière générale les machines tournantes électriques. On entend par machine tournante électrique machine comportant une partie fixe, ou stator, et une partie tournante, rotor, et susceptible d'être agencée pour fonctionner à la manière d'un moteur électrique, le rotor tournant lorsque la machine est alimentée en courant, ou pour fonctionner à la manière d'un générateur ou alternateur lorsque son rotor est mécaniquement entraïné en rotation. Comme on le sait, de telles machines ont des applications nombreuses et variées ; s'agissant par exemple de moteurs électriques, ils sont de plus en plus utilisés pour réaliser des asservissements, notamment dans les véhicules automobiles où ils sont associés à divers organes tels embrayage, boîte de vitesse, freins, direction assistée et autres. On comprend que notamment dans ce type d'applications l'encombrement des machines électriques et leurs performances ont grande importance. C'est un but de l'invention de proposer une machine tournante électrique à faible encombrement et performances élevées. Selon l'invention, une machine tournante électrique comportant une partie fixe ou stator et une partie tournante ou rotor, ledit stator portant au moins un bobinage électrique, est caractérisée par le fait que ledit bobinage est relié aux lames d'un collecteur fixe qui comprend également deux bagues collectrices, les lames, d'une part, et chacune des bagues, d'autre coopérant avec un charbon porté par un porte-charbons tournant solidaire rotor. Avantageusement, le rotor est à aimants. De préférence, le stator est constitué de deux demi-stators creux assemblés. Avantageusement, le stator porte au moins cheminée radiale recevant une pièce magnétique, ledit bobinage entourant ladite cheminée. De préférence, le stator est muni de flasques transversaux portant centralement des supports de paliers prolongés vers l'extérieur par des prolongements tubulaires. Avantageusement, le stator est supporté par une carcasse magnétique. De préférence, le rotor est cylindrique et porte des aimants rapportés par collage. Avantageusement, le rotor est cylindrique et sa périphérie est constituée d'un mélange de matière plastique et de poudre d'aimants. Avantageusement, les lames et les bagues du collecteur sont cylindriques. De préférence, les bagues sont reliées électriquement à des bandes conductrices s'étendant dans l'un des prolongements tubulaires sur lequel le collecteur est emmanché à force. Avantageusement, le porte-charbons présente une platine annulaire portant sur l'une de ses faces puits pour des charbons appliqués chacun radialement sur les lames et l'une bagues. Selon une autre forme réalisation, les lames et les bagues du collecteur s'étendent radialement, le collecteur étant du type plat. Avantageusement, le porte charbons s'étend axialement entre les lames et les bagues prévues concentriques, des puits pour des charbons étant doubles et contenant chacun deux demi charbons alignés sollicités en éloignement l'un de l'autre pour coopérer, l'un, avec les lames radiales, l'autre, avec l'une des bagues. De préférence, les bagues sont portées par un couvercle. Avantageusement, une paroi de fermeture définit un volume étanche, pour le stator et le rotor, contenant un liquide de refroidissement. Selon une application, bagues sont alimentées en courant, la machine fonctionnant en moteur électrique. Selon une autre application, le rotor est entraîné mécaniquement en rotation, la machine fonctionnant générateur de courant. Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemple, purement illustratif et non limitatif, des modes de réalisation représentés sur les dessins annexés. Sur ces dessins - la figure 1 est une vue partielle en perspective éclatée d'une machine tournante selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en perspective éclatée du stator et du rotor de la machine la figure 1 ; - la figure 3 une vue en perspective montrant l'association du stator des figures 1 et 2 et son collecteur à lames et bagues ; - la figure est une vue en perspective montrant l'association du collecteur à lames bagues et du porte-charbons ; - les figures et 6 sont des vues partielles en perspective d'une variante de machine tournante selon l'invention vue sous deux angles différents. En se reportant aux figures 1 à 4, on voit que le stator 10 est constitué de deux demi-stators 1 creux portant dorsalement, à leur périphérie, des cheminées radiales 1 régulièrement espacées circonférentiellement. Ces cheminées radiales 12 reçoivent des pièces magnétiques 13 constituant des éléments du circuit magnétique pour des enroulements ou bobinages, schématisés en 20 sur la figure 1, entourant les cheminées radiales 12 ; les pièces magnétiques 13 sont avantageusement feuilletées pour minimiser les pertes. Des flasques d'extrémité 14, 15 des deux demi-stators 11 sont munis de moyens d'encliquetage complémentaires 16, 17 pour l'assemblage des deux demi-stators 11 constituant le stator 10. Les flasques 14, 15 portent centralement des supports de paliers 18, 19 dirigés vers l'extérieur destinés à recevoir chacun un palier 21, ici du type rotule, pour montage à rotation de l'arbre 31 d'un rotor 30 dont les extrémités traversent, au delà supports de paliers 18, 19, des prolongements tubulaires 22, 23 par lesquels stator 10 est supporté par une carcasse 24 cylindrique, plus précisément par le fond 25 de cette carcasse 24 et par une paroi de fermeture 26 solidaire de cette carcasse 24 disposée axialement à distance de son bord libre 27. La carcasse est métallique pour fermeture du circuit magnétique ; avantageusement, comme les pièces magnétiques 13, la carcasse 24 est avantageusement feuilletée. A l'exception bien sûr des pièces magnétiques 13, le stator 10 est avantageusement matière plastique et comporte, surmoulées, deux bandes conductrices 28, 29 pour l'alimentation électrique de la machine tournante lorsqu'elle est utilisée comme moteur électrique ; ces bandes 28, 29 s'étendent axialement dans le prolongement tubulaire 22, du côté du bord libre 27 de la carcasse 24, qu'elles dépassent légèrement ; de l'autre côté, elles s'étendent radialement chacune dans la paroi radiale d'une cheminée 12 d'où elles sortent pour leur connexion à une source de courant. Le rotor 30 comprend, outre son arbre 31, un corps cylindrique 32 porteur d'aimants ; ceux-ci peuvent être rapportés par collage ou être constitués d'une matière plastique 33, telle que du polypropylène, dans laquelle sont noyes des éléments magnétiques tels que Fer, Néodyme, Bore ; de cette maniere, la matière magnétique est proche des bobinages. Les enroulements 20 qui entourent les cheminées 12 sont connectés électriquement, de manière classique, aux bornes 42 en U que portent bout des lames isolées 41 du collecteur 40, mieux visible sur la figure 3, qui porte également deux bagues, une première bague 43 et une seconde bague 44, également isolées, tant l'une par rapport à l'autre que par rapport aux lames 41 ; ici, le collecteur 40 est du type cylindrique, les lames 41 et les bagues 44 s'étendant à la surface externe cylindrique du corps du collecteur qui présente un alésage interne 47 ; c'est par cet alésage 47 que le collecteur est monté à force sur le prolongement tubulaire 22 du stator 10 ; chaque bague 43, 44 porte une patte axiale, respectivement 45, 46 émergeant axialement, lorsque le collecteur 40 est en place, au droit des parties des bandes conductrices 28, 29 qui dépassent légèrement le prolongement tubulaire 22, parties auxquelles elles sont reliees, par exemple par soudage. collecteur 40 à lames et bagues est associé à un porte-charbons 50. porte-charbons 50, mieux visible sur la figure 4, présente une platine 51 globalement sous forme d'un disque annulaire qui porte, sur l'une de ses faces, des puits à charbons, ici deux premiers puits 52 diamétralement opposés et deux seconds puits 53 également diamétralement opposés. premiers puits 52 reçoivent chacun, à coulissement radial, un premier charbon adapté à coopérer à frottement avec les lames 41 et la première bague du collecteur 40 ; les seconds puits 53 reçoivent chacun, à coulissement radial, un second charbon 55, plus long axialement que le premier charbon 54, adapté à coopérer à frottement avec les lames 41 et avec la seconde bague 44 ; les charbons 54 et 55 sont sollicités axialement des ressorts en épingle 56 montés sur des pions 57 et en appui sur des plots Le porte-charbons 50 est emmanché à force sur l'arbre 31 du rotor 30 et est donc adapté à tourner avec lui. Le fonctionnement d'une telle machine est identique à celui d'une machine classique sauf qu'ici le collecteur 40 est fixe et le porte-charbons 50 tournant, bagues collectrices 43, 44 étant associées aux lames 41 du collecteur Grâce à l'invention, le rotor 30 de la machine tournante peut etre à aimants donc de faible inertie : ceci permet, notamment lorsque la machine est un moteur électrique, d'obtenir des temps de réponse très courts, qui convient particulièrement bien pour des commandes d'asservissement. La paroi de fermeture 26 peut être prévue en sorte d'assurer, en combinaison avec la carcasse 24, un volume étanche pour le stator et le rotor, lequel volume peut contenir un fluide de refroidissement tel que de l'huile par exemple. Les figures 5 et 6 montrent une variante de machine tournante selon l'invention. Sur ces figures, les pièces identiques à celles de la variante précédente, ou jouant le même rôle, portent les mêmes références augmentées de cent. Selon cette variante, le collecteur 140 est du type plat : les lames isolées 141 s'étendent radialement ainsi que les bagues 143, 144 qui sont en forme de disques annulaires concentriques portés par un couvercle 135 qui vient fermer la carcasse Ici, porte-charbons 150 s'étend axialement entre les lames 141 et les bagues 1 144 ; les premiers puits 152 sont doubles et contiennent chacun deux demi-charbons 154 alignés axialement, un coopérant avec la bague 144 et l'autre avec les lames 141, les deux demi-charbons 154 étant sollicités axialement en éloignement l'un de l'autre par un ressort disposé entre eux deux ; de la même façon, les seconds puits 153 sont doubles et contiennent chacun deux demi-charbons 155 alignés axialement, un coopérant avec la bague 143 et l'autre avec les lames 141, les deux demi-charbons 155 étant sollicités axialement en éloignement l'un de l'autre par un ressort disposé entre eux deux. Pour faciliter la lecture des dessins, la paroi de fermeture 1 a été supprimee sur la figure 5 et le couvercle 135 a été supprimé sur la figure machine tournante selon l'invention, outre son encombrement réduit, notamment radial, et sa faible inertie rotorique, a des performances élevées du fait de faible consommation électrique et de son échauffement limité ; ses performances sont en outre stables en température. REVENDICATIONS . Machine tournante électrique comportant une partie fixe ou stator (10, 110) une partie tournante ou rotor (30, 130), ledit stator (10, 110) portant au moins un bobinage électrique (20, 120), caractérisée par le fait que ledit bobinage (20, 120) est relié aux lames (41, 141) d'un collecteur (40, 140) fixe comprend également deux bagues collectrices (43-44, 143-144), les lames 141), d'une part, et chacune des bagues (43-44, 143-144), d'autre coopérant avec un charbon (54-55, 154-155) porté par un porte-charbons 150) tournant solidaire du rotor (30, 130). 2. Machine tournante selon la revendication 1, caractérisée par le fait le rotor (30, 130) est à aimants. 3. Machine tournante selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que le stator (10, 110) est constitué de deux demi-stators (11) creux assemblés. 4. Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que le stator (10) porte au moins une cheminée radiale (12) recevant une pièce magnétique (13), ledit bobinage (20) entourant ladite cheminée (12). 5. Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que le stator (10, 110) est muni de flasques (14, 15) transversaux portant centralement des supports de paliers (18, 19) prolongés vers l'extérieur par prolongements tubulaires (22, 23). Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que le stator (10, 110) est supporté par une carcasse (24, 1 magnétique. 7. Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisee par le fait que le rotor (30, 130) est cylindrique et porte des aimants rapportes par collage. 8. Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que le rotor (30, 130) est cylindrique et sa périphérie est constituée d'un melange de matière plastique (33) et de poudre d'aimants. Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les lames (41) et les bagues (43, 44) du collecteur (40) sont cylindriques. 0. Machine tournante selon les revendications 5 9 prises conjointement, caractérisée par le fait que les bagues (43, 44) sont reliées électriquement à des bandes conductrices (28, 29) s'étendant dans (22) des prolongements tubulaires sur lequel le collecteur (40) est emmanché force. 1. Machine tournante selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisée par le fait que le porte-charbons (50) présente une platine (51) annulaire portant sur l'une de ses faces des puits (52, 53) pour des charbons (54, appliqués radialement sur les lames (41) et l'une des bagues (43, 44). 2. Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que les lames (141) et les bagues (143, 144) du collecteur (140) s'étendent radialement, le collecteur (140) étant du type plat. 13. Machine tournante selon la revendication 12, caractérisée par le fait que le porte-charbons (150) s'étend axialement entre les lames (141) et les bagues (143, 144) prévues concentriques, des puits (152, 153) pour des charbons étant doubles et contenant chacun deux demi-charbons (154, 155) alignés sollicités en éloignement l'un de l'autre pour coopérer, l'un, avec les lames radiales (141), l'autre, avec l'une des bagues (143, 144). 14. Machine tournante selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisée par le fait que les bagues (143, 144) sont portées par un couvercle (135). 15. Machine tournante selon l'une des revendications 6 à 14, caractérisée par le fait qu'une paroi de fermeture (26, 126) définit un volume étanche, pour le stator (10, 110) et le rotor (30, 130), contenant un liquide de refroidissement. 16. Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée par le fait que les bagues (43-44, 143-144) sont alimentées en courant, la machine fonctionnant en moteur électrique. 17. Machine tournante selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisée par le fait que le rotor (30, 130) est entraîné mécaniquement en rotation, la machine fonctionnant en générateur de courant.