Brevet FR2953321A1 — publié le 20110603

Transformateur tournant à installation facilitée. DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention a pour objet un transformateur tournant à installation facilitée. Elle concerne essentiellement les transformateurs tournants de type monophasés, utilisés pour réaliser un transfert de puissance électrique entre un élément fixe et un élément en mouvement, typiquement en mouvement de rotation, notamment dans le cadre de la récupération d'informations de position par des capteurs intervenant pour le calage variable d'aubes et pour le calage du pas d'hélice des hélicoptères. Le domaine de l'invention est, d'une façon générale, celui des transformateurs tournants qui sont utilisés pour la transmission d'énergie électrique par induction électromagnétique entre des premier et deuxième bobinages fixés concentriquement respectivement sur des première et deuxième pièces tubulaires, en matériau ferromagnétique, montées coaxialement de manière qu'une surface externe de l'une puisse tourner en regard d'une surface interne de l'autre. Parmi les industries qui peuvent tirer profit de l'utilisation de transformateurs tournants, on peut citer notamment les industries spatiales, par exemple pour transmettre, dans un satellite, un courant électrique d'alimentation à un instrument de mesure monté sur une platine de support à joint tournant permettant de l'orienter par rapport aux étoiles. De tels transformateurs tournants sont également utilisés dans l'industrie aéronautique, notamment pour des capteurs de couple, par exemple pour des utilisations pour le calage du pas d'hélice pour les hélicoptères. Des fonctions spécifiques, connues sous les appellations "de-icing du rotor arrière", et "pitch control" peuvent par ailleurs nécessiter un transfert de puissance électrique. Pour de telles utilisations, la suppression du collecteur à balais frottant classique et son remplacement par un tel transformateur sont avantageux. Un tel transformateur permet en effet de fiabiliser le matériel en supprimant le risque de panne crée par l'usure des balais. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION On a représenté schématiquement aux figures 1 et 2 des dessins annexés des transformateurs tournants de types connus. Celui représenté à la figure 1 comprend essentiellement deux pièces 1 et 2, correspondant respectivement à un noyau interne et à un noyau externe en forme de bague annulaire, montées concentriquement de manière que l'une puisse tourner par rapport à l'autre autour d'un axe X commun, les pièces 1 et 2 étant creusées de gorges annulaires 3 et 4 respectivement dans lesquelles sont logés des bobinages électriques 5 et 6 respectivement. Le diamètre intérieur de la pièce 1 est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la pièce 2 de manière que cette dernière puisse tourner dans la pièce 1 sans contact physique avec celle-ci. On ménage ainsi des entrefers radiaux, couramment de l'ordre de 0,1 mm d'épaisseur, de part et d'autre des bobinages. Ces derniers sont bobinés directement sur les pièces 1 et 2, réalisées en un matériau magnétique tel qu'une ferrite. En variante, comme schématisé à la figure 2, on connaît aussi un transformateur comprenant deux bagues 1 ' et 2' mobiles en rotation autour d'un même axe X', deux extrémités axiales disposées en regard de ces bagues étant creusées de deux gorges annulaires 3' et 4' respectivement, accueillant des bobinages 5' et 6' respectivement. Les entrefers disposés de part et d'autre des bobinages sont alors axiaux. Cependant, les transformateurs tournants connus décrits ci-dessus en liaison avec les figures 1 et 2 présentent des limitations qui restreignent grandement leur utilisation. Ces limitations sont illustrées aux figures 3-A et 3-B. Sur ces figures, on a illustré schématiquement le fait que de tels transformateurs tournants ne peuvent pas facilement û voire pas du tout - être installés dans certains endroits. En effet, tous les transformateurs tournants, comme un transformateur 300 représenté sur les figures 3-A et 3-B, à noyau externe annulaire 301 et à noyau interne annulaire 302 concentriques existant sont réalisés d'un seul tenant. Ils doivent donc être positionnés par glissement autour des éléments, notamment de type arbre, qu'ils sont destinés à équiper. Ils ne peuvent ainsi pas, par exemple, être installés autour d'un arbre mécanique 303 sans démontage de l'arbre considéré lorsque ledit arbre 303 présente certaines particularités. Ces particularités peuvent être de différents types, comme par exemple des extrémités 304 évasées représentées à la figure 3-A, ou encore des parois 305 reliées à l'arbre 303 par des roulements 306, comme représenté à la figure 3-B. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION L'objet de l'invention propose une solution aux problèmes qui viennent d'être exposés. La présente invention a précisément pour but de réaliser un transformateur tournant non affecté par les limitations évoquées ci-dessus. D'une façon générale, l'invention propose essentiellement un transformateur tournant dont la topologie proposée permet une installation ou un retrait dudit transformateur autour d'un arbre sans opération de manipulation, notamment sans opération de glissement de l'arbre dans le coeur du transformateur. Avantageusement, le transformateur tournant selon l'invention permet également de résoudre un problème fréquemment rencontré dans les transformateurs tournants de l'état de la technique : dans les transformateurs tournants existants, le type de matériau de l'arbre interne peut affecter les caractéristiques de transformateur, notamment les caractéristiques d'inductance magnétisante, d'inductance de fuite, ou encore les caractéristiques de rendement. En effet, si l'arbre interne est conducteur de flux magnétique, on observe une augmentation de la réluctance du circuit magnétique formé par les noyaux du transformateur tournant. Dans des modes de réalisation avantageux de l'invention, les caractéristiques du transformateur sont indépendantes de l'arbre considéré. L'invention concerne donc essentiellement un transformateur tournant destiné à être installé autour d'un arbre mobile en rotation, ledit transformateur tournant comportant notamment un noyau interne annulaire et un noyau externe annulaire pour la transmission d'énergie électrique par induction électromagnétique entre ledit noyau interne et ledit noyau externe montés coaxialement de manière qu'une surface interne du noyau externe puisse tourner en regard d'une surface externe du noyau interne, caractérisé en ce que le noyau interne est constitué d'une pluralité de portions disjointes de noyau interne assemblées par un premier moyen de fixation, et en ce que le noyau externe est constitué d'une pluralité de portions disjointes de noyau externe assemblées par un deuxième moyen de fixation. Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être mentionnées dans le paragraphe précédent, le transformateur tournant selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes, considérées individuellement ou selon toutes combinaisons techniquement possibles : - les portions disjointes de noyau interne présentent des formes et des dimensions identiques ; - les portions disjointes de noyau externe présentent des formes et des dimensions identiques ; - chaque portion disjointe de noyau interne et chaque portion disjointe 10 de noyau externe comporte un bobinage électrique ; - chaque portion disjointe de noyau interne et/ou de noyau externe présente une première gorge latérale et une deuxième gorge latérale dans lesquelles passe le bobinage électrique de la portion considérée ; - chaque portion disjointe de noyau interne et/ou de noyau externe 15 présente une gorge annulaire, présente sur la face interne et/ou sur la face externe de la portion considérée, dans laquelle passe le bobinage électrique de la portion considérée ; - l'ensemble des portions disjointes de noyau interne et/ou l'ensemble des portions disjointes de noyau externe sont alimentées par une même 20 source de courant ; - le premier moyen de fixation et/ou le deuxième moyen de fixation consiste en un cerclage d'armatures des portions disjointes du noyau interne et/ou du noyau externe ; - le premier moyen de fixation et/ou le deuxième moyen de fixation 25 comporte des boulons disposés au niveau d'armatures des portions disjointes du noyau interne et/ou du noyau externe ; - deux portions disjointes de noyau interne assemblées présentent une première surface plane de jonction et en ce que deux portions disjointes de noyau externes assemblées présentent une deuxième surface plane de 30 jonction, chaque première surface plane de jonction et chaque deuxième surface plane de jonction étant radialement alignées ; - le noyau interne et le noyau externe sont chacun constitués de deux portions disjointes de noyau. L'invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES Celles-ci ne sont présentées qu'à titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. Les figures montrent : - à la figure 1, déjà décrite, un premier exemple de transformateur tournant de type connu ; - à la figure 2, également déjà décrite, un deuxième exemple de transformateur tournant de type connu ; - aux figures 3-A et 3-B, des représentations schématiques d'arbres internes autour desquels on ne peut pas aisément installer les transformateurs tournants de types connus ; - à la figure 4, une représentation schématique dune opération d'installation d'un transformateur tournant selon l'invention autour d'un arbre ; - à la figure 5, une représentation détaillée d'un premier exemple de réalisation d'un transformateur tournant selon l'invention ; - à la figure 6, une représentation détaillée, en coupe, de l'exemple de réalisation d'un transformateur tournant de la figure 5 ; - à la figure 7, une représentation schématique en perspective du premier exemple de réalisation du transformateur tournant selon l'invention ; - à la figure 8, une représentation schématique en perspective d'un deuxième exemple de réalisation du transformateur tournant selon l'invention ; - à la figure 9, une représentation schématique en perspective du deuxième exemple de réalisation du transformateur tournant selon l'invention avec une première possibilité d'assemblage ; - à la figure 10, une représentation schématique en perspective du deuxième exemple de réalisation du transformateur tournant selon l'invention avec une deuxième possibilité d'assemblage. DESCRIPTION DETAILLEE DES FORMES DE REALISATION PREFEREES DE L'INVENTION Sauf précision contraire, un même élément apparaissant sur des figures différentes présente une référence unique. Le principe général des transformateurs tournants selon l'invention est illustré à la figure 4. Sur cette figure, on a représenté un arbre 401, aux extrémités duquel sont présents des évasements 402, qui rendent impossible l'installation d'un transformateur tournant de l'état de la technique par une opération de glissement le long de l'arbre 401. Pour rendre possible l'installation de transformateurs tournants autour de tels arbres, on propose, dans l'invention, de réaliser un transformateur tournant 400 comportant un noyau interne annulaire 403 et un noyau externe annulaire 404 constitués tous deux de plusieurs parties, ou portions, disjointes. Par l'expression "portion disjointe d'un noyau", on désigne un élément destiné à contribuer à la constitution d'un noyau magnétique annulaire fermé, par juxtaposition avec d'autres portions de noyau. Ainsi, dans l'exemple représenté, le noyau interne 403 est constitué d'un premier demi-noyau 405 et d'un deuxième demi-noyau 406, et le noyau externe 404 est constitué d'un premier demi-noyau 407 et d'un deuxième demi-noyau 408. En proposant des noyaux internes et externes composés de parties disjointes, on peut équiper l'arbre 401 d'un transformateur tournant en plaçant, par un positionnement directement latéral, les demi-noyaux qui viennent d'être mentionnés autour de l'arbre 401, et en les assemblant entre eux pour reconstituer un noyau interne annulaire, et un noyau externe annulaire de transformateur tournant. Chacun des demi-noyaux considérés comporte un bobinage électrique dont les caractéristiques, et notamment le positionnement, seront décrites en détail par la suite. La figure 5 montre plus en détail le transformateur tournant 400 de la figure 4, avec une vue de face 500, une vue de dessous 501 et une vue de profil 502 dudit transformateur 400. En particulier, on a détaillé les différents bobinages électriques présents dans le transformateur tournant 400. Comme déjà précisé, chaque noyau (interne et externe) annulaire constituant le transformateur tournant est constitué d'une pluralité de parties d'anneaux. Pour chaque anneau considéré, les parties d'anneaux le constituant présentent avantageusement les mêmes formes et dimensions. Les parties d'anneaux sont ainsi des portions de bagues annulaires, présentant chacune une première partie latérale 511 et une deuxième partie latérale 512, chaque partie latérale d'une partie d'anneau donnée étant destinée à être positionnée en regard d'une partie latérale d'une partie d'anneau suivante, de telle sorte que l'assemblage des parties d'anneaux correctement positionnées constitue effectivement un noyau annulaire. Dans les transformateurs tournants selon l'invention, chaque portion disjointe de noyau, interne ou externe, comporte un bobinage électrique enroulé autour de lui. Ainsi, les demi-noyaux 405, 406, 407 et 408 comportent respectivement un bobinage électrique 505, 506, 507 et 508. Dans les transformateurs selon l'invention, comme par exemple dans celui des figures 4 et 5, chaque bobinage électrique est disposé autour de l'élément disjoint qui lui est associé en procédant à un enroulement réalisant une pluralité de passages autour dudit élément disjoint considéré, chacun des passages de l'enroulement considéré étant globalement contenu dans un plan perpendiculaire à un axe central X du transformateur tournant. Ainsi, le bobinage électrique de chaque partie épouse la courbure des parties d'anneaux auxquelles il est associé. Dans l'exemple représenté, afin de faciliter l'assemblage des différentes portions d'anneaux en limitant l'encombrement du à la présence des bobinages électriques, on prévoit de ménager une gorge 513, désignée comme gorge latérale, au niveau des parties latérales de chaque partie d'anneau considérée. La dimension des gorges est telle que deux bobinages électriques de deux portions d'anneaux disjointes consécutives n'entrent pas en contact lorsque les deux éléments d'anneaux sont assemblés. Avantageusement, comme illustré à la figure 5, on prévoit de réaliser, pour chaque élément d'anneau, une gorge annulaire 514, c'est-à-dire une gorge creusée selon la partie incurvée de la portion considérée, afin de faire passer le bobinage électrique. Dans l'exemple représenté, les gorges annulaires sont des gorges réalisées au niveau des faces internes des portions d'anneaux constituant le noyau interne et le noyau externe. Par face interne d'une portion de noyau, on désigne la face incurvée de plus faible dimension, la face externe étant la face de plus grande dimension. Dans d'autres exemples de réalisation, on prévoit de réaliser des gorges annulaires au niveau des faces externes, à la place des gorges annulaires des faces internes, ou en complément des gorges annulaires desdites faces internes. La réalisation de gorges annulaires permet essentiellement de supprimer les risques de contact entre les bobinages électriques disposés sur les noyaux externes et sur les noyaux internes, d'augmenter un entrefer 515 entre les noyaux interne et externe, ou de limiter l'encombrement du transformateur tournant. Chaque bobinage électrique présente une extrémité d'entrée 516-E et une extrémité de sortie 516-F qui lui sont propres. Avantageusement, dans l'invention, on prévoit que les bobinages électriques des différentes portions constituant le noyau interne soient alimentés par une même première source de courant. De la même manière, on prévoit que les bobinages électriques des différentes portions constituant le noyau externe soient alimentés par une même deuxième source de courant, éventuellement différente de la première source de courant. En disposant d'une source de courant unique pour chaque noyau du transformateur, on assure une stabilité optimale des caractéristiques du transformateur. Comme illustré à la figure 6, qui montre une portion angulaire du transformateur tournant de la figure 5, avec la disposition des bobinages électriques qui a été décrite en référence à la figure 5, on observe dans les transformateurs selon l'invention, une circulation de flux magnétique dans une zone 600 interne au noyau magnétique constitué par le noyau interne et le noyau externe. Le flux magnétique est ainsi canalisé dans le noyau magnétique, sans circulation dans l'arbre interne autour duquel est disposé le transformateur selon l'invention. Les caractéristiques du transformateur sont ainsi indépendantes de l'arbre mécanique, et elles sont peu impactées par une faible translation du transformateur tournant suivant l'axe de l'arbre mécanique. La figure 7 montre une représentation schématique du transformateur tournant de la figure 5, en perspective, avec un noyau interne sorti du noyau externe pour mieux visualiser la forme les différents éléments constituant le transformateur tournant. Si, dans les représentations des figures 4 à 7, les noyaux interne et externe sont chacun composés uniquement de deux demi-noyaux, dans d'autres exemples de réalisation, on prévoit que les noyaux internes et externes comportent plus de deux parties disjointes. Ainsi, la figure 8 montre une représentation schématique d'un deuxième exemple de transformateur tournant 800 selon l'invention, avec chaque noyau annulaire (externe et interne) constitué de trois parties d'anneau. La représentation est une représentation en perspective, avec un noyau interne sorti du noyau externe pour mieux visualiser la forme des différents éléments constituant le transformateur tournant. Dans un exemple avantageux de réalisation des transformateurs tournants selon l'invention, deux portions disjointes de noyau interne assemblées présentent une première surface plane de jonction 702, deux portions disjointes de noyau externe assemblées présentant une deuxième surface plane de jonction 701, chaque première surface plane de jonction 702 et chaque deuxième surface plane de jonction 701 étant radialement alignées, comme visible notamment aux figures 7 et 8. La figure 9 montre un premier exemple d'assemblage des différentes portions de noyaux disjointes ; dans ce premier exemple, on réalise un cerclage 901 au niveau d'armatures 601 ù visibles notamment sur la figure 6 ù disposées sur les portions de noyaux au niveau des parois latérales orientées selon un plan perpendiculaire à l'axe X. La figure 10 montre un deuxième exemple d'assemblage des différentes portions de noyaux disjointes ; dans ce deuxième exemple, on réalise un assemblage par boulons 911, lesdits boulons 911 étant disposés au niveau des armatures 601. D'une manière plus générale, les portions disjointes de noyau interne sont assemblées par un premier moyen de fixation, les portions disjointes de noyau externe étant assemblées par un deuxième moyen de fixation, le premier moyen de fixation et le deuxième moyen de fixation n'étant pas nécessairement identiques.25 REVENDICATIONS1- Transformateur tournant (400 ;800) destiné à être installé autour d'un arbre mobile en rotation, ledit transformateur tournant comportant notamment un noyau interne annulaire (403) et un noyau externe annulaire (404) pour la transmission d'énergie électrique par induction électromagnétique entre ledit noyau interne (403) et ledit noyau externe (404) montés coaxialement de manière qu'une surface interne du noyau externe puisse tourner en regard d'une surface externe du noyau interne, caractérisé en ce que le noyau interne (403) est constitué d'une pluralité de portions disjointes (405 ; 406) de noyau interne assemblées par un premier moyen de fixation (901 ; 911), et en ce que le noyau externe est constitué d'une pluralité de portions disjointes (407 ; 408) de noyau externe assemblées par un deuxième moyen de fixation. 2- Transformateur tournant (400 ; 800) selon la revendication précédente caractérisé en ce que : - les portions disjointes de noyau interne présentent des formes et des dimensions identiques ; - les portions disjointes de noyau externe présentent des formes et des dimensions identiques. 3- Transformateur tournant (400 ; 800) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que chaque portion disjointe de noyau interne et chaque portion disjointe de noyau externe comporte un bobinage électrique (505 ; 506 ; 507 ; 508). 4- Transformateur tournant (400 ; 800) selon la revendication précédente caractérisé en ce que chaque portion disjointe de noyau interne et/ou de noyau externe présente une première gorge latérale (513) et une deuxième gorge latérale dans lesquelles passe le bobinage électrique de la portion considérée. 5- Transformateur tournant (400 ; 800) selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que chaque portion disjointe de noyau interne et/ou de noyau externe présente une gorge annulaire (514), présente sur la face interne et/ou sur la face externe de la portion considérée, dans laquelle passe le bobinage électrique de la portion considérée. 2953321 -11 - 6- Transformateur tournant (400 ; 800) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5 caractérisé en ce que l'ensemble des portions disjointes de noyau interne et/ou l'ensemble des portions disjointes de noyau externe sont alimentées par une même source de courant. 5 7- Transformateur (400 ; 800) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier moyen de fixation et/ou le deuxième moyen de fixation consiste en un cerclage (901) d'armatures (601) des portions disjointes du noyau interne et/ou du noyau externe. 10 8- Transformateur (400 ; 800) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que le premier moyen de fixation et/ou le deuxième moyen de fixation comporte des boulons (911) disposés au niveau d'armatures (601) des portions disjointes du noyau interne et/ou du noyau externe. 15 9- Transformateur tournant (400 ; 800) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que deux portions disjointes de noyau interne assemblées présentent une première surface plane de jonction (702) et en ce que deux portions disjointes de noyau externe assemblées présentent une deuxième surface plane de jonction (701), chaque première 20 surface plane de jonction et chaque deuxième surface plane de jonction étant radialement alignées. 10- Transformateur tournant (400 ; 800) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le noyau interne et le noyau externe sont chacun constitués de deux portions disjointes de noyau. 25