Machine électrique rotative pouvant fonctionner soit comme alternateur, soit comme moteur synchrone La présente invention a pour objet une machine électrique rotative pouvant fonctionner soit comme alternateur, soit comme moteur synchrone.
La machine selon rinvention est caractérisée en ce qu'elle comprend un rotor constitué par (un noyau de forme générale cylindrique, en un matériau ma gnétique et présentant plusieurs pièces polaires éga lement espacées, s'étendant Tadialement vers rexté- rieur et situées axialement vers une extrémité du noyau, un stator comprenant une pièce cylindrique feuilletée axialement et formée de plusieurs lamelles concentriques, en un matériau magnétique, coaxiales au rotor et l'entourant, au moins un enroulement des tiné<B>à</B> être parcouru par un courant alternatif,
cet enroulement étant monté<B>de</B> manière fixe sur le sta tor et disposé en face des pièces polaires et s'éten dant sur tout le pourtour interne du stator, un organe annulaire fixe en un matériau magnétique s'étendant <B>à</B> partir de ladite pièce cylindrique du stator vers le rotor et entourant une partie de ce dernier espacée axialement despièces polaires, ledit organe annulaire complétant<B>le</B> circuit magnétique de la machine, et un enroulement d'excitation fixe associé<B>à</B> cet organe annulaire. Le dessin annexé représente,<B>à</B> titre d'exemple, quelques formes d'exécution de la machine électrique objet de l'invention.
La fig. <B>1</B> est une coupe axiale d?,un alternateur électrique constituant la première forme d'exécution., La fig. 2 est une coupe suivant la ligne 11-II de la fig. <B>1.</B>
La fig. <B>3</B> est une coupe axiale d'un alternateur électrique constituant la deuxième forme d!exécution. La fig. 4 est une coupe suivant la ligne IV-IV de la fig. <B>3.</B> Les fig. <B>5</B> et<B>6</B> sont respectivement une vue en plan et une vue en bout d'un enroulement de stator pouvant être utilisé dans l'alternateur des fig. <B>3</B> et 4.
La machine représentée sur les fig. <B>1</B> et 2 est destinée<B>à</B> fonctionner en alternateur et comprend un arbre<B>1</B> portant un noyau de rotor cylindrique 2 en fer d'une qualité magnétique,<B>à</B> une extrémité du quel sont formées plusieurs pièces polaires massives <B>3</B> sétendant radialement vers Eext6rieur et peu pro fondes. Ces pièces polaires peuvent être venues de fonderie avecle noyau de rotor ou être formées par usinage d'encoches<B>à</B> l'extrémité de plus grand dia mètre du rotor.
La seconde extrémité de plus grand diamètre 2a du rotor,<B>à</B> Pextr6mité opposée<B>à</B> celle comportant les pièces polaires, est cylindrique. Le stator comprend une pièce cylindrique 4 qui consti tue en même temps l'enveloppe, circulaire de la ma chine. Cette pièce cylindrique est formée de plusieurs tôles concentriques.
Un enroulement ou plusieurs enroulements<B>5</B> dans lesquels est engendré le cou rant alternatif et qui peuvent être du type monophasé ou polyphasé, sont distribués dans des encoches d7une pièce feuilletée annulaire en fer<B>6</B> soudée<B>à</B> Pinté- rieur de la pièce 4 en face des pièces polaires<B>3</B> dont elle est séparée par un entrefer faible<B>7.</B> Une pièce annulaire<B>8</B> magnétique formée d'un paquet de tôles de fer s'étend entre la pièce cy Endrique 4 et le rotor 2,
cette pièce annulaire étant axialement espacée des pièces polaires<B>3.</B> Un faible entrefer annulaire<B>9</B> sé pare la pièce<B>8</B> de l'extrémité adjacente du rotor 2. Une bobine d'excitation annulaire<B>10</B> estmaintenue contre la pièce magnétique<B>8</B> par une monture<B>11.</B> Uairbre <B>1</B> portant le rotor est monté dans des paliers 12 logés dans des flasques d'extrémité<B>13</B> en maté riau non magnétique qui complètent avec la pièce cylindrique 4 la carcasse de la machine. Un ventila- tenir 14 est aussi monté sur l'arbre<B>1</B> avec lequel il tourne pour le refroidissement de l'alternateur.
Le fonctionnement de l'alternateur déc#it ci-des sus est le suivant.
Lorsque la bobine d'excitation<B>10</B> estexcitée en courant continu, un champ magnétique toroïdal cons tant est établi autour de la bobine et dans le cir cuit associé en fer. Le champ est établi dans la pièce feuilletée<B>8 le</B> long du rotor 2,<B>à</B> travers les pièces po- laires <B>3,</B> l'entrefer<B>7</B> la pièce feuilletée<B>6</B> et la pièce cylindrique 4 qui ferme, le circuit magnétique. Uin- version de sens. de l'excitation en courant continu in verse le sens du flux magnétique dans le circuit mais Winflue pas sur le fonctionnement de l'alternateur.
Le flux magnétique traversant Pentrefer <B>7</B> se trouve divisé du fait des pôles<B>3.</B> La distribution du flux est sensiblement uniforme<B>à</B> travers les faces po laires et les pôles sont obliques par rapport<B>à</B> Paxe de la machine afin d'obtenir une onde de sortie sinu- s(Yidale.
Lorsque l'#arbre <B>1</B> tourne, le champ magnétique établi dans les pôles<B>3</B> tourne aussi avec les pôles. Uen-roulement ou les enroulements<B>à</B> courant alter natif<B>5</B> subissent l'action d'un champ magnétique uni directionnel pulsé, l'amplitude de la pulsation ayant une forme sinusdidale du fait que le flux est concen tré dans les régions des pièces polaires, de<B>ce</B> fait une concentration du flux coupe les enroulements lorsque chaque pâle passe en un point donné dans les enroulements. La fréquence est déterminée par la vitesse de rotation de l'arbre et le nombre de pièces polaires<B>3</B> du rotor.
La tension alternative induite résultante peut être pratiquement de forme sinusdi- dale dans l'enroulement ou dans les enroulements<B>5.</B>
L'amplitude de la force électromotrice induite dépend du courant continu dans la bobine d!exci#ta- tion <B>10.</B> La machine peut être<B>à</B> auto-excitation de façon semblable<B>à</B> un générateur<B>à</B> -courant continu si la bobine d#excitation <B>10</B> est alimentée<B>à</B> partir de renroulement <B>5 à</B> courant alternatif<B>à</B> travers un -re dresseur approprié.
Selon la forme d7exécution des fig. <B>3</B> et 4, l'al- ternateuT comprend des parties similaires<B>à</B> celles de l'exemple des fig. <B>1</B> et 2 et les parties correspondantes portent les mêmes indices de référence. Cependant dans cette forme d'exécution, les pièces polaires 3a sont constituées par un paquet de tôles magnétiques <B>3</B> monté<B>à</B> une extrémité du rotor 2 et qui s'étend radialement vers le stator dont il est séparé par un entrefer dans lequel est placé un enroulement ou des enroulements<B>5</B> dans lesquels est engendré le cou rant alternatif.
Les pièces polaires 3a ont une profon deur -appréciable dans le sens radial pour réduire le flux de fuite entre les pôles-et sont épanouies circon- férentiellement <B>à</B> leurs f aces polaires<B>3 b</B> pour produire une variation sinusdidale de l'intensité du flux au tour de Pentrefer. Dans cette forme d'exécution, on utilise un bobinage pouvant être appelé<B> </B> bobinage en corbâlle <B> </B> formé de bobines séparées formant cha- cune un bloc,
un certain nombre de ces bobines 5a étant représenté sur les fig. <B>5</B> et<B>6.</B> Ainsi qu'on peut le voir sur ces figures, ces bobines sont mises en forme de façon<B>à</B> s'emboîter ou s'imbriquer<B>les</B> unes par rapport aux autres suivant une configuration<B>à</B> deux couches. Les bobines sont formées individuel lement puis elles sont mises en forme et réunies pour constituer un ensemble complet qui est tenu en posi tion dans le cylindre de la carcasse puis lié pour constituer un bloc.
Bien que sur la fig. <B>6</B> les bobines soient représentées réunies suivant un plan, il est<B>à</B> noter que dans la pratique les bobines sont cintrées de façon<B>à</B> se conformer<B>à</B> l'intériur du cylindre de la carcasse lorsqu'elles sont en position dans celui-ci. Les bobines peuvent être formées de fil recouvert d'une matière thermoplastique de façon que la liaison dans chaque bobine et la liaison de l'ensemble des bobines puisse être obtenue par le passage d'un cou rant d#une intensité suffisante dans les fils pour ra mollir la matière thermoplastique et provoquer l'adhérence ou la soudure des couches adjacentes afin de constituer un bloc.
Le bobinage statorique assem <B>blé</B> peut être enrobé d'une matière isolante telle qu'une résine époxy.
Dans cet exemple l'enroulement ou les enroule ments, sont en fait disposés dans un entrefer et ne sont pas noyés dans un matériau magnétique; ils se trou vent dans un champ magnétique unidirectionnel<B>pul-</B> sé, comme dans la forme d'exécution précédente. Cependant, dans, l'alternateur 'des fig. <B>3</B> et 4, les pertes dans le cuivre sont diminuées et la constante de temps de la bobine est plus faible. On peut ob tenir un rapport puissance utile/p(yids amélioré avec ce type de bobinage et un courant sinus6idal presque pur par suite de l'absence de parties feuilletées ou autres parties métalliques au voisinage immédiat des enroulements produisant des caractéristiques non<B>li-</B> néaires.
Cependant, la forme<B>de</B> Fonde dépend des formes des pièces polaires. Uenroulement ou les en roulements pourraient être aussi réalisés par des cir cuits imprîmés,sur un matériau isolant souple enroulé pour former une pièce annulaire que l'on fixerait dans le stator, par exemple par des rivets, des vis ou un adhésif approprié.
Les machines décrites présentent l'avantage de ne comporter aucun enroulement tournant et par suite de ne nécessiter ni bague collectrice mi balai. De plus, leur prix est considérablement inférieur<B>à</B> celui des machines<B>à</B> rotor bobiné -tout en comportant un ren- dément et une puissance au moins égaux<B>à</B> ceux des machines connues. De pl-us, une puissance utile peut être obtenue avec les machines décrites<B>à</B> des vitesses de rotation faibles, de sorte qu'elles peuvent être utili- secs comme générateurs tachymétriques.
Le nombre de pôles du rotor peut varier de deux <B>à</B> un nombre plus élevé dépendant du courant désiré aux bornes de -la machine et de la vitesse de rotation <B>à</B> laquelle elle est entramée. De plus, la machine pourrait être symétrique, c'est-à-dire comporter des pôles aux deux extrémités du rotor et deux bobina ges ou jeux d'enroulements, un de chaque côté de la bobine d'excitation. La machine peut être aussi uti lisée en moteur synchrone.