CA2872718A1 - Transformateur tournant triphase cuirasse magnetiquement - Google Patents

Abstract

Transformateur (10) triphasé comprenant une partie primaire (11; 12) et une partie secondaire (12; 11), la partie primaire (11) comprenant un premier corps en matériau ferromagnétique et des bobines primaires (24, 25, 26, 27), la partie secondaire (12) comprenant un deuxième corps en matériau ferromagnétique et des bobines secondaires (28, 29, 30, 31), le premier corps délimitant une première encoche (22) annulaire d'axe A et une deuxième encoche (23) annulaire d'axe A, les bobines primaires comprenant une première bobine (24) torique d'axe A dans la première encoche (22), une deuxième bobine (25) torique d'axe A dans la première encoche (22), une troisième bobine (26) torique d'axe A dans la deuxième encoche (23) et une quatrième bobine (27) torique d'axe A dans la deuxième encoche (23), la deuxième bobine (25) et la troisième bobine (26; 226) étant reliées en série.

Description

TRANSFORMATEUR TOURNANT TRIPHASE CUIRASSE MAGNETIQUEMENT
Arrière-plan de l'invention La présente invention se rapporte au domaine général des transformateurs. En particulier, l'invention concerne un transformateur triphasé tournant.
Un transformateur triphasé tournant permet de transférer de l'énergie et/ou des signaux entre deux axes tournants l'un par rapport à
l'autre, sans contact.
Les figures 1 et 2 représentent chacune un transformateur triphasé 1 tournant selon l'art antérieur.
Le transformateur 1 comprend trois transformateurs monophasés tournants 2 correspondant à des phases U, V et W. Chaque transformateur monophasé tournant 2 comprend une partie 3 et une partie 4 tournant autour d'un axe A l'une par rapport à l'autre. La partie 3 est par exemple un stator et la partie 4 un rotor, ou inversement. En variante, la partie 3 et la partie 4 sont toutes les deux mobiles en rotation par rapport à un repère fixe non représenté. Une bobine 5 torique est logée dans une encoche 6 délimitée par un corps en matériau ferromagnétique de la partie 3. Une bobine 7 torique est logée dans une encoche 8 délimitée par un corps en matériau ferromagnétique de la partie 4. Pour chaque transformateur monophasé tournant 2, les bobines 5 et 7 forment les bobines primaire et secondaire (ou inversement).
La figure 1 représente une variante appelée en U dans laquelle la partie 3 entoure la partie 4 par rapport à l'axe A, et la figure 2 représente une variante appelée en E ou en Pot dans laquelle la partie 3 et la partie 4 sont l'une à côté de l'autre selon la direction axiale.
Le transformateur triphasé 1 de la figure 1 ou 2 présente une masse et un volume importants puisqu'il n'est pas possible d'utiliser au mieux les flux magnétiques de chaque phase, contrairement à un transformateur triphasé à flux forcés statique dans lequel il est possible de coupler les flux. De plus, dans le cas de la figure 2, il est nécessaire d'utiliser des conducteurs électriques de sections différentes en fonction de la distance entre l'axe de rotation et la phase, pour conserver l'équilibre des résistances.

2 Le document US 2011/0050377 décrit un transformateur triphasé tournant à quatre colonnes. Ce transformateur présente une masse et un volume importants. Ce document décrit également un transformateur triphasé tournant à cinq colonnes. Ce transformateur présente une masse et un volume importants. De plus, il utilise un bobinage radial passant dans des encoches dans les colonnes centrales du circuit magnétique, ce qui est plus complexe que le bobinage torique utilisé dans les transformateurs des figures 1 et 2.
Il existe donc un besoin pour améliorer la topologie d'un transformateur triphasé.
Objet et résumé de l'invention L'invention propose un transformateur triphasé comprenant une partie primaire et une partie secondaire, la partie primaire comprenant un premier corps en matériau ferromagnétique et des bobines primaires, la partie secondaire comprenant un deuxième corps en matériau ferromagnétique et des bobines secondaires, le premier corps délimitant une première encoche annulaire d'axe A et une deuxième encoche annulaire d'axe A, la première encoche étant délimitée par une première jambe latérale, une jambe centrale et une couronne, la deuxième encoche étant délimitée par la jambe centrale, une deuxième jambe latérale et la couronne, les bobines primaires comprenant une première bobine torique d'axe A
dans la première encoche correspondant à une phase U, une deuxième bobine torique d'axe A dans la première encoche, une troisième bobine torique d'axe A dans la deuxième encoche et une quatrième bobine torique d'axe A dans la deuxième encoche correspondant à une phase W, la deuxième bobine et la troisième bobine correspondant à une phase V
étant reliées en série, dans lequel les sens d'enroulement et de connexion de la deuxième bobine et de la troisième bobine correspondent, pour un courant circulant dans la deuxième bobine et la troisième bobine, pour la deuxième bobine, à un premier potentiel magnétique et, pour la troisième bobine, à un deuxième potentiel magnétique opposé au premier potentiel magnétique.

3 Dans ce transformateur, si l'on fait circuler dans les bobines primaires des courants triphasés de sens appropriés, compte tenu du sens d'enroulement des bobines primaires, les potentiels magnétiques de la première et de la deuxième bobines primaires s'opposent et les potentiels magnétiques de la troisième et de la quatrième bobines primaires s'opposent. Cela conduit à un couplage des flux qui permet un dimensionnement réduit du transformateur en termes de volume et de masse. Entre autre cela conduit à reproduire dans les jambes, les flux couplés d'un transformateur fixe triphasé trois colonnes à flux liés forcés.
De plus, le primaire du transformateur n'utilise que des simples bobines toriques d'axe A, ce qui permet une structure particulièrement simple.
Selon un mode de réalisation, la partie primaire et la partie secondaire sont mobiles en rotation autour de l'axe A, l'une par rapport à
l'autre.
Dans ce cas, l'invention fournit un transformateur triphasé
tournant qui présente, grâce au couplage des flux, une masse et un volume réduits, notamment par rapport à l'utilisation de trois transformateur tournant monophasés.
Selon un mode de réalisation, le deuxième corps délimite une première encoche secondaire annulaire d'axe A et une deuxième encoche secondaire annulaire d'axe A, la première encoche secondaire étant délimitée par une première jambe latérale secondaire, une jambe centrale secondaire et une couronne secondaire, la deuxième encoche secondaire étant délimitée par la jambe centrale secondaire, une deuxième jambe latérale secondaire et la couronne secondaire, les bobines secondaires comprenant une première bobine secondaire torique d'axe A dans la première encoche secondaire correspondant à une phase U, une deuxième bobine secondaire torique d'axe A dans la première encoche secondaire, une troisième bobine secondaire torique d'axe A dans la deuxième encoche secondaire et une quatrième bobine secondaire torique d'axe A dans la deuxième encoche secondaire correspondant à une phase W, la deuxième bobine secondaire et la troisième bobine secondaire correspondant à une phase V étant reliées en série.
Dans ce mode de réalisation, le secondaire est réalisé selon le même principe que le primaire. Le secondaire contribue donc également à

4 limiter la masse et le volume du transformateur, et permet la réalisation du transformateur en utilisant uniquement des bobines toriques d'axe A.
Selon un autre mode de réalisation, le deuxième corps délimite une première encoche secondaire annulaire d'axe A et une deuxième encoche secondaire annulaire d'axe A, la première encoche secondaire étant délimitée par une première jambe latérale secondaire, une jambe centrale secondaire et une couronne secondaire, la deuxième encoche secondaire étant délimitée par la jambe centrale secondaire, une deuxième jambe latérale secondaire et la couronne secondaire, les bobines secondaires comprenant une ou plusieurs bobines secondaires reliées en série, lesdites bobines secondaires étant enroulées autour d'une desdites jambes secondaires en passant dans des encoches dans ladite jambe secondaire.
Dans ce mode de réalisation, le secondaire est réalisé selon un principe différent que le primaire, qui présente toutefois des avantages similaires. Le secondaire contribue donc également à limiter la masse et le volume du transformateur, et permet la réalisation du transformateur en utilisant en grande partie des bobines toriques d'axe A.
Selon un mode de réalisation, la première jambe latérale et la première jambe latérale secondaire sont dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un entrefer, la première jambe centrale et la première jambe centrale secondaire sont dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un entrefer, et la deuxième jambe latérale et la deuxième jambe latérale secondaire sont dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un entrefer.
La partie primaire peut entourer la partie secondaire par rapport à l'axe A ou inversement. Cela correspond à une réalisation d'un transformateur appelée en U .
La partie primaire et la partie secondaire peuvent être situées l'une à côté de l'autre dans la direction de l'axe A. Cela correspond à une réalisation d'un transformateur appelée en E ou en Pot =
Dans un mode de réalisation, la partie primaire et la partie secondaire sont fixes l'une par rapport à l'autre. Un transformateur fixe conforme à l'invention présente des mêmes avantages qu'un transformateur tournant conforme à l'invention.

Selon un mode de réalisation, le premier corps et le deuxième corps en matériau ferromagnétique entourent complètement les bobines primaires et les bobines secondaires.
Dans ce cas, le transformateur est cuirassé magnétiquement.

5 Brève description des dessins D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent des exemples de réalisation dépourvus de tout caractère limitatif. Sur les figures :
- les figures 1 et 2 sont chacune une vue en coupe d'un transformateur triphasé tournant selon l'art antérieur, - la figure 3 est une vue en coupe d'un transformateur tournant triphasé cuirassé magnétiquement, à flux liés forcés, selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique du transformateur de la figure 3, - les figures 5A à 5E sont des schémas électriques représentant plusieurs variantes de connexion des bobines du transformateur de la figure 3, - les figures 6A à 6C représentent chacune un détail de la figure 3, selon différentes variantes de positionnement des bobines, - la figure 7 est une vue en coupe d'un transformateur tournant triphasé cuirassé magnétiquement, à flux liés forcés, selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 8 est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique du transformateur de la figure 7, - la figure 9 est une vue en coupe d'un transformateur fixe triphasé cuirassé magnétiquement, à flux liés forcés, selon un troisième mode de réalisation de l'invention, - la figure 10 est une vue en coupe d'un transformateur fixe triphasé, à flux liés forcés, selon un quatrième mode de réalisation de l'invention, - la figure 11 est une vue en coupe d'un transformateur tournant triphasé, à flux liés forcés, selon un premier mode de réalisation utile à la compréhension de l'invention,

6 - la figure 12 est une autre vue en coupe du transformateur de la figure 11, - la figure 13 une vue en perspective éclatée du circuit magnétique du transformateur de la figure 11, - la figure 14 est un schéma électrique illustrant le fonctionnement du transformateur de la figure 13, - la figure 15 est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique d'un transformateur selon un deuxième mode de réalisation utilise à la compréhension de l'invention, pouvant être considéré comme une variante du transformateur de la figure 11, et - la figure 16 est une vue en coupe d'un transformateur tournant, à flux liés forcés, selon un cinquième mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de modes de réalisation La figure 3 est une vue en coupe d'un transformateur 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le transformateur 10 est un transformateur tournant triphasé cuirassé magnétiquement, à flux liés forcés.
Le transformateur 10 comprend une partie 11 et une partie 12 aptes à tourner autour d'un axe A l'une par rapport à l'autre. La partie 11 est par exemple un stator et la partie 12 un rotor, ou inversement. En variante, la partie 11 et la partie 12 sont toutes les deux mobiles en rotation par rapport à un repère fixe non représenté.
La partie 12 comprend une couronne 13 d'axe A et trois jambes 14, 15 et 16 en matériau ferromagnétique. Chacune des jambes 14, 15 et 16 s'étend radialement à distance de l'axe A, à partir de la couronne 13.
La jambe 14 se trouve à une extrémité de la couronne13, la jambe 16 se trouve à une autre extrémité de la couronne 13, et la jambe 15 se trouve entre les jambes 14 et 16. La couronne 13 et les jambes 14 et 15 délimitent une encoche 34 annulaire ouverte radialement vers l'extérieur.
La couronne 13 et les jambes 15 et 16 délimitent une encoche 35 annulaire ouverte radialement vers l'extérieur. De manière générale, la couronne 13 et les jambes 14, 15 et 16 forment un corps en matériau ferromagnétique délimitant deux encoches 34 et 35 annulaires ouvertes radialement vers l'extérieur.

7 La partie 11 comprend une couronne 17 d'axe A et trois jambes 18, 19 et 20 en matériau ferromagnétique. La couronne 17 entoure la couronne 13. Chacune des jambes 18, 19 et 20 s'étendent radialement vers l'axe A, à partir de la couronne 17. La jambe 18 se trouve à une extrémité de la couronne 17, la jambe 20 se trouve à une autre extrémité
de la couronne 17, et la jambe 19 se trouve entre les jambes 18 et 20. La couronne 17 et les jambes 18 et 19 délimitent une encoche 22 annulaire ouverte radialement vers l'intérieur. La couronne 17 et les jambes 19 et 20 délimitent une encoche 23 annulaire ouverte radialement vers l'intérieur.
De manière générale, la couronne 17 et les jambes 18, 19 et 20 forment un corps en matériau ferromagnétique délimitant deux encoches 22 et 23 annulaires ouvertes radialement vers l'intérieur.
Les jambes 14 et 18, respectivement 15 et 19 ainsi que 16 et 20 se font face en délimitant un entrefer 21, et forment ainsi des colonnes du transformateur 10.
Les couronnes 13 et 17 ainsi que les jambes 14 à 16 et 18 à 20 forment un circuit magnétique du transformateur 10. Le transformateur 10 est donc un transformateur à trois colonnes. Plus précisément, le circuit magnétique du transformateur 10 comprend une première une première colonne (correspondant aux jambes 14 et 18), une deuxième colonne (correspondant aux jambes 15 et 19) et une troisième colonne (correspondant aux jambes 16 et 20). La figure 4 est une vue en perspective éclatée qui représente le circuit magnétique du transformateur 10.
En se référant à nouveau à la figure 3, le transformateur 10 comprend des bobines 24, 25, 26 et 27 fixées à la partie 11 et des bobines 28, 29, 30 et 31 fixées à la partie 12. Ci-après, on utilise les notations p et s en référence à une utilisation dans laquelle les bobines 24 à 27 sont les bobines primaires du transformateur 10 et les bobines 28 à
31 sont les bobines secondaires du transformateur 10. Cependant, primaire et secondaire peuvent bien entendu être inversés par rapport à
l'exemple décrit.
La bobine 24 est une bobine torique d'axe A correspondant à
une phase Up du transformateur 10. Elle se trouve dans l'encoche 22. La bobine 25 est une bobine torique d'axe A et se trouve dans l'encoche 22.
La bobine 26 est une bobine torique d'axe A, se trouve dans l'encoche 23,

8 et est reliée en série à la bobine 25. Les bobines 25 et 26 correspondent à
une phase Vp du transformateur 10. Enfin, la bobine 27 est une bobine torique d'axe A correspondant à une phase Wp du transformateur 10. Elle se trouve dans l'encoche 23. Chacune des bobines 24 à 27 présente n1 tours. Par bobine torique d'axe A, on entend une bobine dont les tours sont enroulés autour de l'axe A. Le terme torique n'est pas utilisé dans le sens limitatif faisant référence à un solide engendré par la rotation d'un cercle autour d'un axe. Au contraire, comme dans les exemples représenté, la section d'une bobine torique peut être rectangulaire, notamment.
De manière correspondante, la bobine 28 est une bobine torique d'axe A correspondant à une phase Us du transformateur 10. Elle se trouve dans l'encoche 34. La bobine 29 est une bobine torique d'axe A et se trouve dans l'encoche 34. La bobine 30 est une bobine torique d'axe A, se trouve dans l'encoche 35, et est reliée en série à la bobine 29. Les bobines 29 et 30 correspondent à une phase Vs du transformateur 10.
Enfin, la bobine 31 est une bobine torique d'axe A correspondant à une phase Ws du transformateur 10. Elle se trouve dans l'encoche 35.
Les bobines 24, 25, 28 et 29 entourent un noyau magnétique 32 situé dans la couronne 13. Par noyau magnétique , on entend une partie du circuit magnétique dans laquelle le flux de même sens créé par une bobine est le plus important. Les courants circulants dans les bobines 24 et 25 correspondent donc à des potentiels magnétiques dans le noyau magnétique 32. De manière correspondante, les bobines 26, 27, 30 et 31 entourent un noyau magnétique 33 situé dans la couronne 13. Les courants circulants dans les bobines 26 et 27 correspondent donc à des potentiels magnétiques dans le noyau magnétique 33.
En référence à la figure 5A, on explique maintenant le fonctionnement du transformateur 10. Sur la figure 5A, on note :
- Ap, Bp et Cp, les points d'entrée des bobines primaires du transformateur 10. Les phases U, V, W de la figure 3 correspondent respectivement aux phases A, B et C de la figure 4A, mais toutes autre type de correspondance est possible pour autant que la même correspondance soit réalisée au secondaire.
- Iap, Ibp et Icp, les courants entrant respectivement aux points Ap, Bp et C.

9 - Oap, Obp et Ocp, les points de connexion permettant l'ensemble des couplages électrique identiques à tout transformateur triphasé fixe (étoile-étoile, étoile-triangle, triangle-triangle, triangle-étoile, zigzag...).
- Les points noirs indiquent la relation entre le courant circulant dans une bobine et le sens du potentiel magnétique correspondant : Si le point est sur la gauche du bobinage, le sens de bobinage fait que le potentiel magnétique créé est de même sens que le courant entrant (bobinage dans le sens horaire). Si le point est sur la droite du bobinage, le sens de bobinage fait que le potentiel magnétique créé
est de sens inverse par rapport au courant entrant (bobinage dans le sens antihoraire).
- Pa, -Pb, Pb et Pc les potentiels magnétiques dans les noyaux 32 et 33 correspondant respectivement aux courants Iap, Ibp et - As, Bs, Cs, Oas, Obs et Ocs, les points de sortie et de connexion au secondaire.
Grâce aux sens de bobinage et à la connexion en série des bobines 25 et 26 représentée sur la figure 5A, le courant Ibp correspond, dans le noyau 32, à un potentiel magnétique ¨Pb de sens opposé au potentiel magnétique Pa et, dans le noyau 33, à un potentiel magnétique Pb de sens opposé au potentiel magnétique Pc.
Les figures 5B à 5E sont des schémas similaires à la figure 4A
sur lesquels seul le primaire est représenté, et représentent des variantes de connexion en série et de sens de bobinage, permettant d'obtenir le même effet.
Ainsi, le transformateur 10 permet de générer des potentiels magnétiques Pa, Pb et Pc égaux en module, de sens opposés sur chaque noyau magnétique 32 et 33 et symétriques par rapport à l'axe de symétrie B séparant les deux noyaux magnétiques. Comme deux sources de potentiel magnétiques déphasées de 2n/3 permettent de reconstituer trois sources de tension triphasées déphasées entre elles de 2n/3, le transformateur 10 peut donc fonctionner en transformateur triphasé à flux forcés (à flux liées).
Si n2 est le nombre de tours des phases du secondaire, comme tout transformateur triphasé le rapport des tensions est donné en première approximation par n2/ni et celui des courants par n1/n2. Le transformateur 10 tournant présente les mêmes propriétés que tout transformateur triphasé à flux liés (forcés) fixe et entre autre de pouvoir posséder plusieurs secondaires. Le couplage magnétique effectué par le circuit magnétique avec les topologies de bobinage des figures 5A à 5E
5 permet d'avoir le même coefficient de couplage 3/2 sur les flux créés que sur un transformateur triphasé à flux forcés fixe par rapport à un transformateur monophasé. Pour avoir le meilleur coefficient de couplage, il faut que les réluctances de chaque colonne magnétique dues principalement à l'entrefer soient égales. En fait, il faut comme dans un

10 transformateur triphasé à flux forcés fixe créer des réluctances équivalentes au niveau de chaque colonne qui soient plus élevées que celles du matériau magnétique. Dans le cas d'un transformateur tournant ceci est réalisé naturellement par l'entrefer.
Le transformateur 10 présente plusieurs avantages.
Notamment, on peut constater que le circuit magnétique entoure complètement les bobines 24 à 31. Le transformateur 10 est donc cuirassé magnétiquement. De plus, les bobines 24 à 31 sont toutes des bobines toriques d'axe A. Le transformateur 10 ne nécessite donc pas de bobines de forme plus complexe.
Par ailleurs, les phases du transformateur 10 peuvent être équilibrées en inductance et en résistance.
En effet, l'inductance de la phase V qui a au global 2*ni tours est pourtant égale aux inductances des phases U et W de n1 tours car la géométrie du circuit magnétique permet d'annuler la moitié du flux dans chaque demi-bobine. Plus précisément, la bobine 25 a le même nombre de tours que la bobine 24 et voit le même circuit magnétique, de même pour la bobine 26 et avec la bobine 27. Or les bobines 24 et 27 sont symétriques avec le même nombre de tours et leurs inductances sont donc égales. La bobine 25 est bobinée en sens inverse de la bobine 26 et voit donc une annulation de son flux de moitié grâce à la dérivation de la colonne centrale (formée par les jambes 15 et 19) et de même pour la bobine 26. L'inductance globale des bobines 25 et 26 est donc égale à
celle des bobines 24 et 27.
L'équilibrage des résistances peut s'effectuer en modifiant les sections des conducteurs des bobinages. Les sections des phases U et W
ayant n1 tours sont égales alors que la section de la phase V possédant

11 2*ni tours est le double des précédentes. En effet, pour conserver l'équilibre des résistances au niveau des phases, celle qui est deux fois plus longue doit aussi avoir une section double afin de compenser son augmentation en longueur.
Enfin, le transformateur 10 présente une masse et un volume réduit.
En effet, si on compare le transformateur 10 au transformateur 1 des figures 1 ou 2, en considérant un dimensionnement à iso-performances, on peut faire les hypothèses suivantes :
- Matériau conducteur : Soit Q la quantité de matériau conducteur d'une bobine d'un des trois transformateurs monophasés du transformateur 1. La quantité de matériau conducteur au niveau des bobinages du transformateur 1 est donc de 3Q.
- Matériau magnétique : Si on conserve la même réluctance Re pour chaque colonne, chaque transformateur monophasé du transformateur 1 a une réluctance globale du circuit magnétique proche de 2 Re. Dans le cas du transformateur 10, on a une réluctance globale du circuit magnétique proche de 3/2 Re.
Dans le cas du transformateur 10 on a donc, pour un même courant magnétisant et un même nombre de tour n1 que pour le transformateur 1, un champ d'induction et un flux double. En effet dans le cas du transformateur 1, on a un coefficient multiplicateur de [coefficient de couplage=1 / rapport de réluctance=2] soit 0.5 et dans le cas du transformateur 10 à flux liés on a [coefficient de couplage=3/2 / rapport de réluctance 3/2] soit 1. On trouve donc bien un rapport 2 (1/0.5). Cette propriété nous permet d'évaluer approximativement les possibilités d'optimisation du transformateur 10 par rapport au transformateur 1, à
iso-performances.
On choisit de diminuer le nombre de tours par 1/2 ce qui induit une augmentation du champ d'induction de 1/2 mais permet d'avoir la même tension pour le même courant magnétisant.
Pour un dimensionnement à iso-pertes joules et résistance de phase, on a :
- Pour la bobine 24, on a besoin de -V2 fois moins de tours donc la quantité de matériau conducteur est de Q/1/2. Si on est à iso-pertes joules la résistance (pl/S) est divisé aussi par V2 (longueur divisé

12 par V2) donc pour conserver les pertes joules on peut diviser la section par V2 pour un même courant de charge, magnétisant et tension (en fait on n'aura peut-être pas un gain aussi important puisqu'il faut éviter les échauffements locaux, tout dépend de la conduction thermique). La quantité de matériau conducteur pour la bobine 24 est donc 0/2. Le même raisonnement s'applique à la bobine 27.
- Pour les bobines 25 et 26, on a besoin de V2 fois moins de tours donc la quantité de matériau conducteur est de 2*Q/V2 = V2*Q. A
iso-pertes joules, comme on a une longueur multipliée par V2 par rapport à un transformateur monophasé en U, on multiplie la section par V2. On obtient donc que les bobines 25 et 26 nécessitent une quantité de matériau conducteur de 2Q.
La quantité globale de matériau conducteur à iso résistance de phase pour le transformateur 10 est donc : 0/2+ 2Q+ 0/2= 3*Q. Pour le transformateur 1, on avait 3*Q, soit la même quantité de matériaux conducteur. A titre de comparaison, pour un transformateur triphasé fixe la quantité de matériau conducteur est de 3012.
Concernant les pertes fer, malgré l'augmentation du champ d'induction B, on fait l'hypothèse que son augmentation par -V2 permet de rester en régime non saturé (la réluctance élevée de l'entrefer favorise un dimensionnement du transformateur 10 avec un champ d'induction faible dans le matériau magnétique, en effet on augmente la surface d'entrefer afin de diminuer la réluctance de celui-ci et par là-même la surface de matériaux magnétique).
Les pertes par hystérésis sont en KHB2f*V et les pertes par courant de Foucault en KFB2f2*V avec :
V: Le volume f: la fréquence d'utilisation B: Le champ d'induction maximale KH : Une constante liée aux matériaux magnétique et à la structure du circuit magnétique KF : Une constante liée aux matériaux magnétique et à la structure du circuit magnétique

13 On a donc deux fois plus de perte par unité de volume dans le cas de la transposition du transformateur 1 tournant standard vers le transformateur 10 triphasé à flux forcé ((V2 B)2 = 262).
Si on fait une évaluation du gain en volume du circuit magnétique, on peut estimer que l'on diminue celui-ci d'à peu près 42%
ce qui fait une augmentation globale d'à peu près 16% pour les pertes fer (0,58*2=1,16). Ceci est fonction bien sûr du premier dimensionnement effectué. Dans le cas d'un transformateur tournant, les pertes fer sont bien inférieures aux pertes joules et on peut donc considérer l'augmentation des pertes globales (inférieure à 8%) comme négligeable.
La position des bobines 24 à 31 représentée sur la figure 3 est un exemple et d'autres positions peuvent convenir. Les figures 6A à 6C, qui correspondent au détail V de la figure 3, représentent chacune une autre possibilité de positionnement des bobines 24 à 31. Sur la figure 6A, dans une encoche 22 ou 23, les bobines sont l'une à côté de l'autre dans la direction axiale, et enroulée dans des sens opposés. Sur la figure 6B, dans une encoche 22 ou 23, les bobines sont l'une autour de l'autre par rapport à l'axe A, et enroulée dans des sens opposés. Sur la figure 6C, dans une encoche 22 ou 23, les bobines sont l'une à côté de l'autre dans la direction axiale, et enroulée dans le même sens. Dans une variante non représentée, les bobines d'une encoche 22 ou 23 sont mêlées.
La figure 7 représente un transformateur 110 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le transformateur 110 peut être considéré comme une variante en E ou en Pot du transformateur 10 en U de la figure 3. On utilise donc les mêmes références sur la figure 6 que sur la figure 3, sans risque de confusion, et une description détaillée du transformateur 110 est omise. On signale simplement que, comme on peut le voir sur la figure 8 qui est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique du transformateur 110, les références 13 et 17 correspondent à deux couronnes espacées axialement, les jambes 14 à 16 et 18 à 20 s'étendent axialement entre les deux couronnes 13 et 17, et que les noyaux magnétiques sont ici situés dans les colonnes.
La figure 9 représente un transformateur 210 selon un troisième mode de réalisation de l'invention. Le transformateur 210 peut être considéré comme un transformateur fixe correspondant au

14 transformateur 10 tournant de la figure 3. Sur la figure 9, on utilise donc les mêmes références que sur la figure 3, augmentées de 200, pour désigner des éléments identiques ou similaires à ceux de la figure 3.
Le transformateur 210 comprend une couronne 213 d'axe A, trois jambes 214, 215 et 216 et une couronne 217 d'axe A en matériau ferromagnétique. Chacune des jambes 214, 215 et 216 s'étend radialement à distance de l'axe A, à partir de la couronne 213. La jambe 214 se trouve à une extrémité de la couronne 213, la jambe 216 se trouve à une autre extrémité de la couronne 213, et la jambe 215 se trouve entre les jambes 214 et 216. La couronne 217 entoure la couronne 213 et les jambes 214 à 216, en délimitant un entrefer 221.
Les couronnes 213 et 217 et les jambes 214 à 216 forment un circuit magnétique du transformateur 210 à trois colonnes. Plus précisément, le circuit magnétique du transformateur 210 comprend une première colonne (correspondant à la jambe 214), une deuxième colonne (correspondant à la jambe 215) et une troisième colonne (correspondant à
la jambe 216).
Le circuit magnétique du transformateur 210 délimite une encoche 222 entre les deux couronnes, la première colonne et la deuxième colonne, et une encoche 223 entre les deux couronnes, la deuxième colonne et la troisième colonne.
Le transformateur 210 comprend des bobines 224, 225, 226 et 227 et des bobines 228, 229, 230 et 231.
La bobine 224 est une bobine torique d'axe A correspondant à
une phase Up du transformateur 210. Elle se trouve dans l'encoche 222.
La bobine 225 est une bobine torique d'axe A et se trouve dans l'encoche 222. La bobine 226 est une bobine torique d'axe A, se trouve dans l'encoche 223, et est reliée en série à la bobine 225. Les bobines 225 et 226 correspondent à une phase Vp du transformateur 210. Enfin, la bobine 227 est une bobine torique d'axe A correspondant à une phase Wp du transformateur 210. Elle se trouve dans l'encoche 223.
De manière correspondante, la bobine 228 est une bobine torique d'axe A correspondant à une phase Us du transformateur 210. Elle se trouve dans l'encoche 222. La bobine 229 est une bobine torique d'axe A et se trouve dans l'encoche 222. La bobine 230 est une bobine torique d'axe A, se trouve dans l'encoche 223, et est reliée en série à la bobine 229. Les bobines 229 et 230 correspondent à une phase Vs du transformateur 210. Enfin, la bobine 231 est une bobine torique d'axe A
correspondant à une phase Ws du transformateur 210. Elle se trouve dans l'encoche 223.
5 Le transformateur 210 est un transformateur fixe triphasé
cuirassé magnétiquement, à flux liés forcés, et à circuit magnétique à trois colonnes. Il présente un fonctionnement et des avantages similaires au transformateur 10 de la figure 3.
La figure 10 représente un transformateur 310 selon un 10 quatrième mode de réalisation. Le transformateur 310 peut être considéré
comme une variante non cuirassée magnétiquement du transformateur 210 cuirassé magnétiquement de la figure 7. On utilise donc les mêmes références sur la figure 8 que sur la figure 7, sans risque de confusion, et une description détaillée du transformateur 310 est omise. On signale

15 simplement que le circuit magnétique du transformateur 310 n'entoure pas complétement les bobines 224 à 231 et que le transformateur 310 n'est donc pas cuirassé magnétiquement, contrairement au transformateur 210.
Les figures 11, 12 et 13 représentent un transformateur 410 selon un premier mode de réalisation utile à la compréhension de l'invention. Le transformateur 410 est un transformateur tournant triphasé, à flux liés forcés, et peut être considéré comme une variante du transformateur 10 de la figure 3. Ainsi, sur les figures 11 à 13, les éléments identiques ou similaires à des éléments du transformateur 10 de la figure 3 sont désignés par les mêmes références, sans risque de confusion. Ci-après, on décrit en détail les spécificités du transformateur 410.
A la place de la bobine torique 24, le transformateur 410 comprend quatre bobines, dont une bobine 424a et une bobine 424d sont représentées sur la figure 11, reliés en série et qui passent dans des encoches 436 ménagées dans la jambe 18. De manière correspondante, à
la place de la bobine torique 28, le transformateur 410 comprend quatre bobines, dont une bobine 428a et une bobine 428d sont représentées sur la figure 11, reliés en série et qui passent dans des encoches 437 ménagées dans la jambe 15.

16 A la place des bobines toriques 25 et 26, le transformateur 410 comprend des bobines 425a, 425b, 425c et 425d reliés en série et qui passent dans des encoches 436 ménagées dans la jambe 19, comme représenté sur la figure 12. De manière correspondante, à la place des bobines toriques 29 et 30, le transformateur 410 comprend des bobines 429a, 429b, 429c et 429d reliés en série et qui passent dans des encoches 437 ménagées dans la jambe 15.
De même, à la place de la bobine torique 27, le transformateur 410 comprend quatre bobines, dont une bobine 427a et une bobine 427d sont représentées sur la figure 11, reliés en série et qui passent dans des encoches 436 ménagées dans la jambe 20. De manière correspondante, à
la place de la bobine torique 31, le transformateur 410 comprend quatre bobines, dont une bobine 431a et une bobine 431c sont représentées sur la figure 11, reliés en série et qui passent dans des encoches 437 ménagées dans la jambe 16.
Autrement dit, le bobinage des phases ne s'effectue plus autour de l'axe de rotation A mais radialement autour de chaque colonne. Le transformateur 410 présente donc trois noyaux magnétiques radiaux : Un noyau 438 dans la colonne formée par les jambes 14 et 18, un noyau 439 dans la colonne formée par les jambes 15 et 19, et un noyau 440 dans la colonne formée par les jambes 16 et 20.
La figure 14, sur laquelle on utilise les mêmes notations que sur les figures 5A à 5E, illustre le fonctionnement du transformateur 410.
Sur la figure 14, les bobines 424a, 424d et les bobines non représentée qui leur sont reliées correspondent, pour un courant Iap, à un potentiel magnétique Pa radial dirigé vers l'axe A dans le noyau magnétique 438. De même, les bobines 425a, 425b, 425c et 425d correspondent, pour un courant Ibp, à un potentiel magnétique Pb radial dirigé l'axe A dans le noyau magnétique 439. Enfin, les bobines 427a, 427d et les bobines non représentée qui leur sont reliées correspondent, pour un courant lac, à un potentiel magnétique Pc radial dirigé vers l'axe A dans le noyau magnétique 440.
Les potentiels magnétiques Pa, Pb et Pc sont égaux en modules et tous dirigés vers l'axe A. Dans une variante non représentée, les potentiels magnétiques Pa, Pb et Pc sont de sens opposés par rapport à

17 l'exemple représenté, c'est-à-dire ils sont tous dirigés à distance de l'axe A.
Cette configuration permet un couplage correct des flux. Plus précisément, la topologie du transformateur 410 permet d'obtenir le même coefficient de couplage de 3/2 que dans le cas du transformateur décrit ci-dessus. Pour obtenir le coefficient de couplage théorique et l'équilibre triphasé, il est suffisant que les reluctances entre le point milieu de la couronne 17 et le point milieu de la couronne 13 passant par chaque colonne soient identiques.
10 Le transformateur 410 présente les mêmes avantages que le transformateur 10, sauf l'utilisation uniquement de bobines toriques. Le transformateur 410 permet notamment d'obtenir un couplage des phases permettant de retrouver le coefficient multiplicateur 3/2.
Dans le mode de réalisation représenté, le transformateur 410 comprend, pour chaque phase, quatre bobines primaires en série (bobines 425a à 425d dans le cas de la phase centrale) et quatre bobines secondaires en série (bobines 429a à 429d dans le cas de la phase centrale). En variante, le nombre de bobines sur chaque colonne peut être plus ou moins élevé. Le nombre de bobines sur chaque colonne peut différer entre le primaire et le secondaire.
Le transformateur 410 représenté sur les figures 11 à 13 est un transformateur en U . Dans une variante non représentée, un transformateur en E ou en Pot présente une topologie similaire.
Dans ce cas, les noyaux magnétiques sont axiaux. La figure 15 représente, en vue en perspective éclatée, un circuit magnétique permettant de réaliser une telle variante en E . Les éléments correspondant à des éléments de la figure 13 sont désignés par les mêmes références, sans risque de confusion.
Dans le transformateur 10 de la figure 3 et dans le transformateur 410 de la figure 11, les bobinages permettent de reproduire les flux triphasés dans les trois colonnes du transformateur de façon équivalente à un transformateur fixe triphasé à flux liés forcés. De même, dans le transformateur 110 de la figure 7 et dans le transformateur selon la une variante en E du transformateur 410 (non représenté
mais basé sur le circuit magnétique de la figure 15), les bobinages permettent de reproduire les flux triphasés dans les trois colonnes du

18 transformateur de façon équivalente à un transformateur fixe triphasé à
flux liés forcés.
Ainsi, les primaire et secondaires de ces transformateurs sont compatibles. De manière générale, le primaire du transformateur 10 est compatible avec tout secondaire dont la topologie permet de reproduire des flux triphasés dans trois colonnes de façon équivalente à un transformateur fixe triphasé à flux liés forcés. Ainsi, dans le transformateur 10, les primaire et secondaire sont réalisés selon le même principe. Toutefois, dans une variante, le primaire ou le secondaire est réalisé selon un principe différent, par exemple selon celui du transformateur 410 des figures 11 à 13.
La figure 16 est une vue en coupe d'un transformateur 510 selon un cinquième mode de réalisation, qui utilise le primaire du transformateur 10 et le secondaire du transformateur 410. Sur la figure 16, on utilise donc les mêmes références que sur la figure 3 ou sur la figure 11, et une description détaillée est omise.
De manière connue, un transformateur peut comprendre plusieurs secondaires. Ainsi, dans un mode de réalisation non représenté, les bobinages de chaque secondaire peuvent être simultanément réalisés suivant le principe du transformateur 10 et le principe du transformateur 410 sur le même corps si celui-ci possède les encoches nécessaires au niveau des jambes pour le passage des bobines selon le principe du transformateur 410.

Claims (9)

1. Transformateur (10, 110, 210, 310, 510) triphasé comprenant une partie primaire (11 ; 12) et une partie secondaire (12 ; 11), la partie primaire (11) comprenant un premier corps en matériau ferromagnétique et des bobines primaires (24, 25, 26, 27 ; 224, 225, 226, 227), la partie secondaire (12) comprenant un deuxième corps en matériau ferromagnétique et des bobines secondaires (28, 29, 30, 31 ;
228, 229, 230, 231), le premier corps délimitant une première encoche (22) annulaire d'axe A
et une deuxième encoche (23) annulaire d'axe A, la première encoche (22) étant délimitée par une première jambe latérale (18 ; 214), une jambe centrale (19 ; 215) et une couronne (17 ; 213), la deuxième encoche (23) étant délimitée par la jambe centrale (19 ; 215), une deuxième jambe latérale (20 ; 216) et la couronne (17 ; 213), les bobines primaires comprenant une première bobine (24 ; 224) torique d'axe A dans la première encoche (22) correspondant à une phase U, une deuxième bobine (25 ; 225) torique d'axe A dans la première encoche (22), une troisième bobine (26 ; 226) torique d'axe A dans la deuxième encoche (23) et une quatrième bobine (27 ; 227) torique d'axe A dans la deuxième encoche (23) correspondant à une phase W, la deuxième bobine (25 ; 225) et la troisième bobine (26 ; 226) correspondant à une phase V étant reliées en série, dans lequel, les sens d'enroulement et de connexion de la deuxième bobine (25 ; 225) et de la troisième bobine (26 ; 226) correspondent, pour un courant (Ibp) circulant dans la deuxième bobine (25 ; 225) et la troisième bobine (26 ; 226), pour la deuxième bobine (25 ; 225), à un premier potentiel magnétique (-Pb) et, pour la troisième bobine (26 ;
226), à un deuxième potentiel magnétique (Pb) opposé au premier potentiel magnétique (-Pb).

2. Transformateur (10, 110, 510) selon la revendication 1, dans lequel la partie primaire (11 ; 12) et la partie secondaire (12 ; 11) sont mobiles en rotation autour de l'axe A, l'une par rapport à l'autre.

3. Transformateur (10, 110) selon la revendication 2, dans lequel le deuxième corps délimite une première encoche secondaire (34) annulaire d'axe A et une deuxième encoche secondaire (35) annulaire d'axe A, la première encoche secondaire (34) étant délimitée par une première jambe latérale secondaire (14), une jambe centrale secondaire (15) et une couronne secondaire (13), la deuxième encoche secondaire (35) étant délimitée par la jambe centrale secondaire (15), une deuxième jambe latérale secondaire (16) et la couronne secondaire (13), les bobines secondaires comprenant une première bobine secondaire (28) torique d'axe A dans la première encoche secondaire (34) correspondant à
une phase U, une deuxième bobine secondaire (29) torique d'axe A dans la première encoche secondaire (34), une troisième bobine secondaire (30) torique d'axe A dans la deuxième encoche secondaire (35) et une quatrième bobine secondaire (31) torique d'axe A dans la deuxième encoche secondaire (35) correspondant à une phase W, la deuxième bobine secondaire (29) et la troisième bobine secondaire (30) correspondant à une phase V étant reliées en série.

4. Transformateur (510) selon la revendication 2, dans lequel le deuxième corps délimite une première encoche secondaire (34) annulaire d'axe A et une deuxième encoche secondaire (35) annulaire d'axe A, la première encoche secondaire (34) étant délimitée par une première jambe latérale secondaire (14), une jambe centrale secondaire (15) et une couronne secondaire (13), la deuxième encoche secondaire (36) étant délimitée par la jambe centrale secondaire (15), une deuxième jambe latérale secondaire (16) et la couronne secondaire (13), les bobines secondaires comprenant une ou plusieurs bobines secondaires (424c, 429c, 431c) reliées en série, lesdites bobines secondaires (429a, étant enroulées autour d'une desdites jambes secondaires en passant dans des encoches (436) dans ladite jambe secondaire.

5. Transformateur (10, 110) selon l'une des revendications 3 et 4, dans lequel la première jambe latérale (18) et la première jambe latérale secondaire (14) sont dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un entrefer (21), la première jambe centrale (19) et la première jambe centrale secondaire (15) sont dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un entrefer (21), et la deuxième jambe latérale (20) et la deuxième jambe latérale secondaire (16) sont dans le prolongement l'une de l'autre et séparées par un entrefer (21).

6. Transformateur (10, 510) selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel la partie primaire (11 ; 12) entoure la partie secondaire (12 ;
11) par rapport à l'axe A ou inversement.

7. Transformateur (110) selon l'une des revendications 2 à 5, dans lequel la partie primaire (11 ; 12) et la partie secondaire (12 ; 11) sont situées l'une à côté de l'autre dans la direction de l'axe A.

8. Transformateur (210, 310) selon la revendication 1, dans lequel la partie primaire et la partie secondaire sont fixes l'une par rapport à
l'autre.

9. Transformateur (10, 110, 210) selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le premier corps et le deuxième corps en matériau ferromagnétique entourent complètement les bobines primaires et les bobines secondaires.