Machine électrique à réluctance variable La présente invention concerne une machine élec trique à réluctance variable, analogue à celle décrite dans le brevet suisse No 373098.
Le brevet ci-dessus a trait à une machine électri que à réluctance variable dans laquelle l'induction moyenne de saturation des dents du rotor est réduite à une valeur nettement inférieure à l'induction néces saire pour saturer les pôles magnétiques du stator et le reste du rotor, par exemple comprise entre 15 et 85 ()/o de l'induction maximale choisie pour le reste du circuit magnétique de la machine. On a ainsi la possibilité d'utiliser des champs magnétiques relati vement élevés dans les entrefers principaux sans per tes excessives et d'obtenir ainsi une grande puissance massique.
A cet effet, les dents du rotor sont consti tuées par des couches alternées de matériau magnéti que et de matériau non magnétique, par exemple par des tôles de fer pur séparées par des couches d'air.
Dans une forme de réalisation décrite dans ledit brevet d'une machine électrique présentant les carac téristiques ci-dessus, le stator comporte au moins deux paires de pôles, identiques entre elles, chaque pôle ayant une ouverture angulaire donnée a et l'espace entre pôles successifs ayant une ouverture angulaire b tandis que la partie mobile comporte des dents dont l'ouverture angulaire est sensiblement égale<I>à a</I> -h <I>b ;
</I> dans le cas d'une telle machine à deux paires de pôles utilisée en alternateur, chaque pôle est magnétisé à l'aide d'au moins un enroule ment dont une extrémité est alimentée en courant continu d'excitation et l'autre extrémité connectée à une ligne parcourue par le courant alternatif engendré, les extrémités de deux enroulements conti gus étant connectées entre elles et montées en pont électrique de telle manière que ledit courant continu d'excitation soit fourni dans une diagonale de ce pont et que ledit courant alternatif soit transporté dans l'autre diagonale dudit pont.
Il résulte de ces dispo sitions que les variations de flux produites dans deux pôles consécutifs par le déplacement d'une dent de la partie mobile par rapport auxdits pôles consécu tifs sont à chaque instant égales en valeur absolue et de sens opposés et qu'en conséquence d'une part, la tension induite aux deux extrémités de la diagonale du pont qui fournit le courant d'excitation de l'alter nateur étant toujours sensiblement la même, il ne cir cule dans ladite ligne d'excitation de l'alternateur qu'un faible courant alternatif parasite, d'autre part les tensions alternatives induites aux deux extrémités de l'autre diagonale du pont variant constamment en sens inverse,
la totalité de l'énergie mécanique four nie au rotor de l'alternateur est théoriquement trans formée en courant électrique utile, déduction faite des pertes normales dans les tôles et les conducteurs.
Cependant, il est apparu que, dans cette forme de réalisation, la séparation des circuits magnétiques des deux paires de pôles ne peut être réalisée qu'imparfaitement et que, de ce fait, les conditions théoriques ci-dessus ne peuvent pas être réalisées avec une précision suffisante pour obtenir le rende ment optimum de la machine.
Un but de la présente invention est de permettre la réalisation d'une machine électrique conforme aux principes du brevet déjà mentionné, mais de rende ment plus élevé et susceptible d'applications plus étendues que les machines conformes au mode de réalisation rappelé ci-dessus.
La machine selon l'invention comprend un stator ayant au moins deux paires de pôles et un rotor ayant au moins deux paires de dents constituées par de minces feuilles de fer séparées les unes des autres par des espaces contenant un matériau diélectrique, et est caractérisée en ce que le rotor est divisé per pendiculairement à son axe en deux demi-rotors solidaires dont chacun porte au moins une paire de dents et en ce que le stator est divisé en deux demi- stators dont chacun correspond à un demi-rotor et comporte au moins une paire de pôles en regard du demi-rotor correspondant.
Un avantage d'une telle machine électrique à deux paires de pôles utilisée en alternateur, dans laquelle les points communs aux enroulements de chaque paire de pôles sont connectés respectivement aux bornes d'une source de courant continu d'exci tation et la tension alternative engendrée est prise entre les points communs aux autres extrémités des- dits enroulements, conformément audit brevet, est que le courant prélevé sur le circuit alternatif est limité au courant débité par la source d'excitation en raison des ampère-tours démagnétisants du cou rant alternatif de sortie, qui, lorsque la ligne d'utili sation est en court-circuit,
deviennent égaux aux ampère-tours magnétisants du circuit d'excitation, évitant ainsi toute possibilité de surcharge de l'alternateur.
Un avantage particulier d'un tel alternateur est sa facilité de régulation, une faible variation du cou rant d'excitation pouvant produire une grande varia tion de puissance. En particulier dans le cas où une partie du courant d'excitation est proportionnelle au courant de sortie, il suffit d'agir sur un faible courant d'appoint pour obtenir une régulation efficace.
Un autre avantage de la machine électrique conforme à l'invention est qu'il suffit, pour la faire fonctionner en moteur du type dit K moteur univer sel 5>, de connecter ses enroulements d'excitation en série et de court-circuiter alternativement lesdits enroulements en synchronisme avec la rotation du moteur, les surtensions étant considérablement rédui tes par l'inductance de l'enroulement en série avec l'enroulement court-circuité.
Une forme d'exécution de l'invention est repré sentée, à titre d'exemple, aux dessins annexés dans lesquels : la fig. 1 représente schématiquement en coupe axiale une machine électrique tétrapolaire mon tée en alternateur ; la fig. 2 est une vue perspective de la machine électrique de la fig. 1 qui a été coupée selon la ligne I-I de la fig. 1 et dont un quart du stator a été supprimé pour laisser voir le rotor ;
la fig. 3 représente schématiquement la disposition d'une dent du rotor d'une machine conforme à une autre forme de l'invention, et la fig. 4 est une vue perspective analogue à la fig. 2 dans laquelle les dents du rotor sont constituées conformément à la dispo sition de la fig. 3.
On voit sur les fig. 1 et 2 le stator 31 d'un alter nateur du type à réluctance variable. Il est composé d'un empilage de feuilles magnétiques 32 et comporte quatre pôles identiques<B>33,</B> 33b, 33, , 33,1 dont l'ouverture angulaire est -c/2. Les pôles<B>33,</B> 33,1 sont alignés, de même que les pôles 33b , 33, qui leur font respectivement face en sorte que les feuilles magnétiques 32 peuvent être constituées par des tôles à grains orientés ce qui permet d'augmenter la puis sance massique de la machine.
Chaque pôle porte un enroulement 341, 34b, 34,, , 34,1 les quatre enroulements étant identiques et dimensionnés pour admettre à la fois le courant d'excitation de cet alter nateur et le courant alternatif qu'il engendre.
La partie mobile ou rotor est composée de deux parties ou demi-rotors 381, 3 & montées sur un même arbre 39. Chacun des demi-rotors 381,<B>382</B> est cons titué, conformément audit brevet, par un empilage de feuilles magnétiques 281 et 30a , les feuilles 281 ayant sur deux secteurs d'environ a/2 diamétrale ment opposés un diamètre supérieur à celui des feuil les 301, en sorte que des espaces d'air 2% séparent les parties des feuilles 28;,. qui débordent des feuilles 30" .
Ces parties débordantes des feuilles<B>28,</B> étant alignées sur chaque demi-rotor constituent les dents 40;,1 et 40b1 du demi-rotor 381 et les dents 40a2 et 40b, du demi-rotor 382. Les dents 40a1, 40b1 du demi-rotor 381 sont décalées de ir/2 par rapport aux dents 40, ,, 40b2 du demi-rotor<B>382.</B>
Il résulte de cette disposition que la somme des ouvertures angulaires des fractions de dents 40a1, 40a; d'une part, <U>40,</U>2 40,,, d'autre part engagées sous un pôle est constante et égale à yr/2. Lors de la rotation du rotor, les variations du flux magnéti que produites dans les pôles 33,1 et 33a sont ainsi à chaque instant égales en valeur absolue et de sens opposés, de même que les variations de flux produi tes simultanément dans les pôles 33,
et 33b. En con séquence les forces électromotrices induites par ces variations de flux dans les enroulements 34a, 34b d'une part et 34,, 34,1 d'autre part sont à chaque instant égales et de sens contraires.
Lorsqu'on réalise un montage en pont électrique I.J.K.L. tel que représenté sur la fig. 1, où les enrou lements 34, , 34b sont connectés en parallèle à une borne d'une source d'excitation 37 et respectivement en série avec les enroulements 34, 34,1 connectés eux-mêmes en parallèle à l'autre borne de la source 37, et où la ligne de puissance de l'alternateur est établie entre les points L et J communs aux enrou lements 34a et 34,1 d'une part, 341, et 34,, d'autre part,
on voit que les tensions induites aux extrémités de la diagonale I.K. étant toujours égales et de même signe, aucun courant alternatif n'est envoyé dans la ligne d'excitation, tandis que les tensions induites aux extrémités de la diagonale J.L. étant égales et en opposition de phase, la totalité de l'énergie mécani que fournie au rotor 38 est transférée à la ligne de puissance sous forme de courant alternatif, à l'excep tion des pertes normales dans les tôles et dans les conducteurs.
Ce résultat qui est subordonné à la condition que les dents du rotor 38 soient saturées, les autres par ties de l'alternateur ne l'étant pas, est favorisé par la séparation entre les circuits magnétiques des pôles qui doivent subir des variations de flux de sens opposés.
Les fig. 3 et 4 montrent une autre forme de réa lisation des dents d'une machine conforme aux fig. 1 et 2. Dans cette forme de réalisation, les dents sont constituées en sorte que leur densité moyenne de métal magnétique décroisse de part et d'autre de leur axe selon une loi sensiblement sinusoïdale.
On remarque en effet que dans le mode de réa lisation représenté par les fig. 1 et 2, les dents de la partie mobile présentent des caractéristiques magné tiques constantes dans tout leur développement en sorte que, par exemple, quand une telle machine est utilisée en alternateur, les dents du rotor ayant, comme les pôles du stator sous lesquels elles se dépla cent, une forme sensiblement parallélépipédique,
l'accroissement du flux magnétique pendant l'intro duction d'une dent sous un pôle et la diminution du flux magnétique pendant la sortie de la dent de sous le pôle sont constants et proportionnels au déplace ment angulaire du rotor, d'où il résulte que les forces électromotrices engendrées dans les bobinages stato- riques par le passage d'une dent sous un pôle pren nent successivement deux valeurs opposées et sensi blement constantes au moins en fonctionnement à vide ou à faible charge.
Le signal produit dans ces conditions par un tel alternateur a donc une forme approximativement rectangulaire, ce qui peut être un inconvénient pour l'alimentation de certains réseaux d'utilisation ainsi que dans le cas où de telles machi nes sont utilisées en moteurs synchrones alimentés par un réseau fournissant un courant sinusoïdal.
Dans la forme de réalisation particulière corres pondant aux fig. 3 et 4, chaque dent du rotor est constituée par des tôles de profil sensiblement rec tangulaire, d'ouverture angulaire inférieure à l'ouver ture angulaire des pôles du stator et supérieure à la moitié de celle-ci, décalées en éventail en sorte que leur ensemble ait la même ouverture angulaire que les pôles du stator ou une ouverture angulaire légè rement inférieure, d'où il résulte que la densité moyenne de matériau magnétique est maximum au voisinage de l'axe d'une dent, où elle correspond à la somme des épaisseurs des tôles constituant la dent pour une épaisseur donnée de diélectrique, par exem ple d'air,
et décroit par échelons vers les extrémités de la dent où elle est minimum.
Cette disposition qui permet de faire varier la force électromotrice induite dans les bobinages sta- toriques suivant une loi donnée et en particulier selon une loi sinusoïdale, est utilisable non seulement pour la construction d'alternateurs et de moteurs synchrones mais également pour la réalisation de moteurs à courant continu dans lesquels une com mutation des bobinages statoriques est effectuée en synchronisme avec le mouvement du rotor.
Dans ce cas en effet, l'utilisation de dents conformes à cette disposition sur deux rotors décalés angulairement d'une demi-dent permet de régulariser le couple et d'améliorer les conditions dans lesquelles se fait la commutation synchrone.
Dans l'exemple non limitatif représenté par la fig. 3, on voit en plan et en élévation, une dent d'un rotor 40 constituée de quatre groupes<I>a, b, c, d,</I> identiques et d'axe commun, de chacun quatre tôles de fer pur telles que 41., 42a , 4%, 44,, , déca lées les unes par rapport aux autres d'une même quantité égale au cinquième de leur longueur en sorte que chaque groupe et par conséquent la dent, ont une longueur égale à huit cinquièmes de la lon gueur de chaque tôle.
Les tôles telles que 42a sont des prolongements sensiblement rectangulaires, de hauteur h, de tôles de fer pur constituant, avec des tôles circulaires 45 qui séparent les groupes<I>a, b, c, d,</I> les uns des autres et les encadrent, l'ensemble du rotor 40 dont une partie seulement est représentée.
On voit que dans l'axe de la dent, c'est-à-dire à l'endroit dont le passage sous un pôle doit donner la plus grande variation de réluctance et de flux, la densité moyenne de métal correspond sensiblement à quatre épaisseurs de tôle pour une épaisseur de cou che d'air séparant les groupes, soit environ à 4/5. Entre un et deux huitièmes de la longueur de la dent de part et d'autre de son axe, la densité moyenne de métal correspond à trois épaisseurs de tôle pour deux épaisseurs de couche d'air soit à 3/5, entre deux et trois huitièmes à 2/5 et entre trois et qua tre huitièmes à 1/5.
Cette variation de la densité moyenne de métal magnétique selon la longueur de la dent et de l'induction de saturation qui en résulte suit ainsi une loi sensiblement sinusoïdale.
La fig. 4 ne diffère de la fig. 2 que par la struc ture de détail du rotor 40 qui est celle de la fig. 3. On y voit comment une dent du rotor est constituée par les prolongements tels que 41., , 42a , 43z,, 44a, décalés en éventail de groupes de quatre tôles qui en constituent quatre éléments<I>a, b, c, d</I> encadrés et séparés par des tôles circulaires telles que 45.