Alternateur homopolaire à entrefer plan et variation de réluctance L'alternateur homopolaire à fer tournant ou à bobines tournantes, appelé aussi à flux ondulé, pour la génération de courants alternatifs industriels existe depuis le début de l'électrotechnique. Le fait que l'organe tournant était dépourvu de tout bobi nage lui permettait ainsi d'atteindre avec une sécu rité accrue des vitesses tangentielles élevées, d'où il semblait ressortir une meilleure utilisation de la matière.
Mais il en résultait une faible variation relative du flux, celui-ci étant ondulé, et une forte réaction d'induit, qui ont fait abandonner pratiquement la fabrication des alternateurs homopolaires au profit des alternateurs hétéropolaires à flux alterné.
L'utilisation de matériaux et techniques nouveaux pour la construction et la formation des circuits ma gnétiques des machines électriques tournantes a, na turellement, amené à modifier les conceptions ac tuelles de certaines de ces machines.
Il est connu maintenant que l'on peut utiliser pour l'excitation d'une machine électrique tournante à entrefer axial, alternateur par exemple, des aimants permanents en substance ferromagnétique à forte rémanence et à champ coercitif particulièrement élevé, de la catégorie des alliages métalliques ou des céramiques, par exemple des ferrites ou des agglo mérés, isotropes ou non, dans lesquels on préétablit des pôles magnétiques par un traitement de magné tisation approprié.
On réalise ainsi des aimants an nulaires jouissant de très hautes qualités magnéti ques et ne présentant aucune discontinuité de forme.
Il est connu également que dans les machines électriques tournantes à entrefer plan, les alterna teurs par exemple, l'induit tournant ou fixe peut être constitué par un disque isolant mince portant un bobinage formé de conducteurs lamellaires plats et sans fer, ce bobinage pouvant être réalisé suivant une technique analogue à celle des circuits imprimés.
Avec les constituants des circuits magnétiques ainsi brièvement définis, on a déjà proposé de réa liser des alternateurs à entrefer plan comportant deux induits fixes à bobinages à conducteurs lamel laires plats et sans fer, placés sur une culasse magné tique et disposés de part et d'autre d'un inducteur formé par un aimant annulaire tournant.
On a aussi proposé d'interposer un induit fixe portant des bobinages plats à conducteurs lamellai res et sans fer, entre deux aimants annulaires, pla cés en vis-à-vis et tournant à la même vitesse, qui constituent l'inducteur.. La présente invention a pour objet un alterna teur homopolaire à entrefer plan et variation de ré luctance, qui met à profit les nouvelles possibilités offertes à l'électrotechnique dans la constitution des circuits magnétiques.
Cet alternateur homopolaire à entrefer plan et variation de réluctance, est caractérisé par le fait qu'il comprend un induit fixe constitué par un dis que isolant, sans fer, portant au moins un bobinage plat, et un inducteur comportant au moins un élé ment fixe et un élément mobile, l'élément fixe étant un anneau lisse en matière magnétique dure à aiman- tation homopolaire axiale et monté coaxialement à l'induit, l'élément mobile étant constitué par un sup port sur lequel sont uniformément répartis des épa nouissements polaires en matière magnétique douce,
en nombre égal à la moitié du nombre de pôles de l'induit, cet élément mobile étant agencé de manière que lesdits épanouissements tournent dans l'entrefer plan compris entre une face de l'induit et la face en regard de l'anneau aimanté. Cet élément mobile -tournant devant l'anneau ai manté axialement et unipolairement émetteur de flux, induit, par variation de réluctance, une force électromotrice alternative dans le circuit de l'induit fixe.
La construction peut être symétrique, l'alterna teur comprenant dans ce cas, pour l'inducteur, deux anneaux aimantés fixes à aimantation homopolaire dont les pôles en vis-à-vis sont de noms contraires et deux éléments mobiles comportant deux séries d'épanouissements polaires, qui encadrent l'induit entre les anneaux aimantés.
Du fait de l'utilisation d'un bobinage plat sur un induit sans fer, et d'un anneau aimanté en ma tière magnétique dure, l'alternateur homopolaire à entrefer plan suivant l'invention comporte déjà les avantages suivants - réaction d'induit pratiquement nulle et en con séquence absence de déformation du champ ma gnétique de l'inducteur, du fait de l'absence de fer dans l'induit; - suppression d'effets de force centrifuge sur le bobinage de l'induit, celui-ci étant fixe; - obtention précise de la forme de l'entrefer plan ;
- encombrement et poids réduits de l'alternateur ainsi réalisé.
De plus, du fait de la conception et de la cons truction particulières de l'inducteur composé de deux parties dont l'une est mobile et l'autre fixe, l'alter nateur selon l'invention présente en outre des parti cularités et avantages qui sont - répartition convenable du flux du fait de sa con centration dans les épanouissements polaires ; - annulation des courants de Foucault dans l'in ducteur ; - réduction importante de la partie tournante de l'inducteur, d'où très faible inertie de celle-ci et possibilité de vitesses plus élevées ainsi que meil leure utilisation de la matière ;
- possibilité d'obtenir des fréquences élevées.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'invention.
La fig. 1 est une demi-coupe d'un alternateur homopolaire à entrefer plan, la coupe étant faite par un plan passant par l'axe.
La fig. 2 est une coupe par deux plans décalés perpendiculaires à l'axe: le plan II-II pour la partie gauche de la fig. 2 et le plan III IIa pour la partie droite.
L'alternateur homopolaire à entrefer axial repré senté comporte un arbre 1 ayant une extrémité en saillie réservée pour l'entraînement de la machine.
Cet arbre est monté sur deux paliers à roule- ment à billes 2, 2, dont celui situé du côté du bout d'entraînement de l'arbre forme butée pour absor ber les poussées axiales éventuelles. Les deux roulements 2, 2 sont disposés respec tivement à l'intérieur de deux cuvettes 3, 4 for mant logement de palier. Ces cuvettes sont centrées et assujetties par vissage respectivement à deux demi-coquilles 5, 6 en métal magnétique constituant la carcasse. L'une de ces demi-coquilles peut être mâle et l'autre femelle de manière à s'emboîter l'une dans l'autre par une collerette.
Elles sont assemblées entre elles par des vis et des écrous, et serrent entre elles un induit discoïdal 7, le long de sa périphérie qui est isolée par des bagues isolantes 19a.
Deux aimants permanents 8, 8 de forme annu laire à aimantation axiale et unipolaire, en ferrite dure aimantée, sont assujettis sur la face intérieure des demi-coquilles 5, 6 par collage ou autres moyens connus. La carcasse forme ainsi le support de l'in duit 7 et des aimants 8, 8 et sert à fermer le circuit du flux magnétique inducteur qui, dans l'intervalle entre les deux aimants, va du pôle Nord que pré sente l'un de ceux-ci, au pôle Sud en regard de l'au tre aimant en traversant le plan de l'induit discoï- dal 7.
Sur l'arbre 1 sont clavetés deux anneaux sup ports 9, 9, en métal amagnétique, tel qu'un alliage d'aluminium par exemple, calés entre les deux rou lements par des entretoises 10, 11, 12. Sur ces sup ports sont assujettis les éléments tournants de l'in ducteur. Ceux-ci sont composés chacun d'une bague de transfert du flux 13, 13 en matériau magnétique doux à faible champ coercitif, fixée par des vis 13a sur le support correspondant 9 (fig. 2) et sur laquelle sont fixés, par des vis 14a, des épanouissements po laires 14, 14 en matériau magnétique doux à faible champ coercitif.
Les épanouissements polaires 14 uniformément répartis sur les bagues 13, 13 sont sur chaque bague en nombre égal à celui des paires de pôles de l'in duit.
Ils ont des formes et des dimensions adaptées aux caractéristiques de l'alternateur. On voit ainsi sur la fig. 2 une forme des épanouissements adaptée à celle des spires 7a du bobinage plat porté par l'in duit, chacune de ces spires ayant une de ses moi tiés sur une face de l'induit et l'autre moitié sur la face opposée de manière à pouvoir embrasser le flux traversant deux épanouissements 14 se faisant vis-à- vis. Des bobinages de ce type ont déjà été décrits par exemple par la titulaire dans ses brevets suisses NOR 366593 et 361858.
Chacun des deux équipages de l'inducteur tour nant, composé de l'une des bagues 13, 13 et des épanouissements 14, 14 fixés sur cette bague, le tout monté sur l'un des anneaux supports 9, 9, tourne entre l'induit discoïdal fixe 7 et l'un des ai mants annulaires 8, 8, les épanouissements polaires faisant face à l'induit fixe tandis que les bagues de transfert de flux font face aux aimants annulaires de l'inducteur fixe. II existe ainsi quatre entrefers 15, 15 et 16, 16.
Les bagues entretoises 10, 11, 12 permettent d'assurer le réglage axial de la partie tournante et des rondelles d'épaisseur 17 permettent de remplir le même but pour la partie fixe.
Des dispositifs connus assurent la protection des roulements à billes.
Le fonctionnement de l'alternateur décrit se con çoit aisément. Les épanouissements polaires 14, 14 concentrent le flux magnétique allant d'un aimant à l'autre et, lors de la rotation du rotor, les faisceaux de lignes de force ainsi formés viennent traverser les surfaces successives embrassées par les spires de l'in duit fixe.
Suivant les besoins, l'induit fixe pourra être mo nophasé ou polyphasé, à bobinages concentrés ou répartis, à un ou plusieurs circuits en parallèle ou en série ou constitué selon toutes autres techniques des bobinages lamellaires à conducteurs plats et sans fer. Ceux-ci seront reliés à l'extérieur par des con nexions ou prises, sorties à cet effet de différentes manières suivant les mêmes techniques, par exemple au moyen de prolongements d'organes de liaison as surant le contact entre les différentes parties du ou des bobinages lamellaires, ou encore grâce à la con formation appropriée de quelques conducteurs con venablement choisis.
Des évidements, tels que l'évidement 18 montré sur la fig. 2, seront prévus à cet effet dans les col lerettes 19 servant à l'assemblage des demi-coquilles 5, 6 de la carcasse.
Dans ces évidements sont prévus, pour le bran chement extérieur de l'alternateur, des bornes dont une 20 est schématiquement représentée sur la fig. 1 et qui sont constituées par des vis et des écrous. La protection de ces bornes sera obtenue par différents moyens connus.
Les collerettes 19 des deux demi-coquilles 5, 6 de la carcasse, centrées l'une par rapport à l'autre, peuvent être assemblées pour former le stator de l'al ternateur, par exemple par des vis 21 (fig. 2), ou par boulonnage, etc., une partie de ces moyens pou vant servir à fixer, accrocher ou maintenir l'alterna teur sur une base ou sur des éléments fixes exté- rieurs à celle-ci, par interposition éventuelle de sup ports, de pattes de fixation, etc.