EP2847068B1 - Transformateur tournant triphase a flux lies libre - Google Patents

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EP2847068B1
EP2847068B1 EP13725413.2A EP13725413A EP2847068B1 EP 2847068 B1 EP2847068 B1 EP 2847068B1 EP 13725413 A EP13725413 A EP 13725413A EP 2847068 B1 EP2847068 B1 EP 2847068B1
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EP
European Patent Office
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coil
axis
slot
transformer
coils
Prior art date
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Active
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EP13725413.2A
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German (de)
English (en)
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EP2847068A1 (fr
Inventor
Cédric DUVAL
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Safran Electrical and Power SAS
Original Assignee
Labinal Power Systems SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Labinal Power Systems SAS filed Critical Labinal Power Systems SAS
Publication of EP2847068A1 publication Critical patent/EP2847068A1/fr
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/18—Rotary transformers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F21/00—Variable inductances or transformers of the signal type
    • H01F21/02—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers
    • H01F21/06—Variable inductances or transformers of the signal type continuously variable, e.g. variometers by movement of core or part of core relative to the windings as a whole
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F30/00—Fixed transformers not covered by group H01F19/00
    • H01F30/06—Fixed transformers not covered by group H01F19/00 characterised by the structure
    • H01F30/12—Two-phase, three-phase or polyphase transformers

Definitions

  • the present invention relates to the general field of transformers.
  • the invention relates to a rotating three-phase transformer.
  • a rotating three-phase transformer can transfer energy and / or signals between two axes rotating relative to each other without contact.
  • the Figures 1 and 2 each represent a three-phase transformer 1 rotating according to the prior art.
  • Transformer 1 comprises three rotary single-phase transformers 2 corresponding to phases U, V and W.
  • Each rotating single-phase transformer 2 comprises a part 3 and a part 4 rotating about an axis A with respect to each other.
  • Part 3 is for example a stator and part 4 a rotor, or vice versa.
  • the part 3 and the part 4 are both rotatable relative to a fixed reference not shown.
  • An O-coil 5 is housed in a notch 6 delimited by a ferromagnetic material body of part 3.
  • a toroidal coil 7 is housed in a notch 8 delimited by a ferromagnetic material body of part 4.
  • the coils 5 and 7 form the primary and secondary coils (or vice versa).
  • the figure 1 represents a variant called “U” in which the part 3 surrounds the part 4 with respect to the axis A
  • the figure 2 represents a variant called "E” or "Pot” in which the part 3 and the part 4 are next to each other in the axial direction.
  • the three-phase transformer 1 of the figure 1 or 2 has a large mass and volume since it is not possible to best use the magnetic flux of each phase, unlike a three-phase static forced flow transformer in which it is possible to couple the flows. Moreover, in the case of figure 2 , it is necessary to use electrical conductors of different sections depending on the distance between the axis of rotation and the phase, to maintain the balance of the resistors.
  • the document US 2011/0050377 describes a three-phase transformer rotating four columns. This transformer has a large mass and volume. This document also describes a three-phase transformer rotating five columns. This transformer has a large mass and volume. In addition, it uses a radial winding passing in notches in the central columns of the magnetic circuit, which is more complex than the toroidal winding used in the transformers Figures 1 and 2 .
  • the invention proposes a three-phase transformer rotating according to the independent claims 1 or 2.
  • the first part can for example serve as primary.
  • the magnetic potentials of the primary coils lead to a coupling of the fluxes, taking into account the aforementioned winding directions.
  • This coupling allows a reduced size of the transformer in terms of volume and mass.
  • the primary of the transformer uses only simple toroidal coils of axis A, which allows a particularly simple structure.
  • the invention provides a rotating three-phase transformer which, thanks to the flow coupling, has a reduced mass and volume, particularly with respect to the use of three single-phase rotary transformers, and which uses a particularly simple form of winding.
  • the first coil, second coil, third coil, fourth coil, fifth coil, and sixth coil each have the same number of turns.
  • the phases of the first part are then balanced in resistance.
  • the second body delimits a fifth annular notch of axis A, a sixth annular notch of axis A, a seventh annular notch of axis A and an eighth annular notch of axis A, the coils of the second part comprising a seventh A-axis voice coil in the fifth notch, an eighth A-axis voice coil in the sixth notch, a ninth A-axis voice coil in the sixth notch, a tenth voice coil of axis A in the seventh notch, an eleventh O-axis coil in the seventh notch and a twelfth O-axis coil in the eighth notch, the seventh coil and the eighth coil being connected in series and each having a corresponding winding direction, for a current flowing in the seventh coil and the eighth coil, to two opposite magnetic potentials, the ninth coil and the tenth coil being connected in series and each having a corresponding winding direction, for a current flowing in the ninth coil and the tenth coil, to two opposite magnetic potentials,
  • the secondary is made according to the same principle as the primary.
  • the secondary thus also contributes to limiting the mass and the volume of the transformer, and allows the realization of the transformer using only toric coils of axis A.
  • the seventh coil, the eighth coil, the ninth coil, the tenth coil, the eleventh coil and the twelfth coil can each have the same number of turns.
  • the phases of the second part are then balanced in resistance.
  • the first body comprises a crown, a first leg, a second leg, a third leg, a fourth leg and a fifth leg delimiting said notches of the first body.
  • the second part surrounds the first part with respect to the axis A or vice versa. This corresponds to a realization of a transformer called "in U”.
  • the first part and the second part are located next to each other in the direction of the axis A.
  • the first body and the second body of ferromagnetic material completely surround the primary coils and the secondary coils.
  • the transformer is magnetically battleship.
  • FIG 3 is a sectional view of a transformer 10 according to one embodiment of the invention.
  • Transformer 10 is a three-phase, magnetically battling, flux-free rotating transformer.
  • the transformer 10 comprises a portion 11 and a portion 12 adapted to rotate about an axis A with respect to each other.
  • Part 11 is for example a stator and part 12 a rotor, or vice versa.
  • the portion 11 and the portion 12 are both rotatable relative to a fixed reference not shown.
  • Part 11 comprises a ring 13 of axis A and five legs 14, 15, 16, 17 and 18 of ferromagnetic material.
  • Each of the legs 14, 15, 16, 17 and 18 extends radially away from the axis A, from the crown 13.
  • the leg 14 is at one end of the crown 13, the leg 18 is at another end of the crown 13, and the legs 15, 16 and 17 occupy intermediate positions between the legs 14 and 18.
  • the ring 13 and the legs 14 and 15 delimit an annular notch 19 of axis A open radially outward (that is to say opposite to the axis A).
  • the ring 13 and the legs 15 and 16 define an annular notch 20 of axis A open radially outwardly.
  • the 13 and the legs 16 and 17 define an annular notch 21 of axis A open radially outwardly.
  • the ring 13 and the legs 17 and 18 define an annular notch 22 of axis A open radially outwardly.
  • the ring 13 and the legs 14 to 18 form a body of ferromagnetic material defining four notches 19 to 22 annular open radially outwardly.
  • Part 12 comprises a ring 23 of axis A and five legs 24, 25, 26, 27 and 28 of ferromagnetic material.
  • Each of the legs 24, 25, 26, 27 and 28 extends radially towards the axis A, from the ring 23.
  • the leg 24 is at one end of the ring 23, the leg 28 is at another end of the crown 23, and the legs 25, 26 and 27 occupy intermediate positions between the legs 24 and 28.
  • the ring 23 and the legs 24 and 25 define an annular notch 29 of axis A open radially inwards (that is to say towards the axis A).
  • the ring 23 and the legs 25 and 26 define an annular groove 30 of axis A open radially inwards.
  • the ring 23 and the legs 26 and 27 define an annular notch 31 of axis A open radially inwards.
  • the ring 23 and the legs 27 and 28 define an annular notch 32 of axis A open radially inwards.
  • the ring 23 and the legs 24 to 28 form a ferromagnetic material body delimiting four notches 29 to 32 annular open radially inwards.
  • the transformer 10 thus has five pairs of legs (legs 14 and 24, legs 15 and 25, legs 16 and 26, legs 17 and 27 and legs 18 and 28), each leg forming a column of the transformer 10.
  • the transformer 10 is a five-column transformer.
  • the rings 13 and 23 as well as the legs 14 to 18 and 24 to 28 form a magnetic circuit of the transformer 10.
  • figure 4 is an exploded perspective view of the magnetic circuit of the transformer 10.
  • the portion 11 of the transformer 10 comprises coils 34 to 39 and the portion 12 comprises coils 40 to 45.
  • the coil 34 is an A-axis O-coil which is in the notch 19.
  • the coil 35 is an A-axis O-coil which is located in the notch 20 and is connected in series with the coil 34.
  • the coil 36 is an O-axis coil and is in the notch 20.
  • the coil 37 is an A-axis O-coil located in the notch 21 and is connected in series with the coil 36.
  • the coil 38 is an O-axis voice coil which is in the notch 21.
  • the coil 39 is an O-axis coil which is located in the notch 22 and is connected in series with the coil 38.
  • Each of the coils 34 to 39 has n 1 turns.
  • O-axis coil coil is meant a coil whose turns are wound around the axis A.
  • the term "ring” is not used in the limiting sense referring to a solid generated by the rotation of a circle around an axis.
  • the section of a toroidal coil can be rectangular, in particular.
  • the coil 40 is an A-axis O-coil located in the notch 29.
  • the coil 41 is an A-axis O-coil located in the slot 30 and is connected in series with the
  • the coil 42 is an A-axis O-coil and is in the notch 30.
  • the coil 43 is an A-axis O-coil located in the slot 31 and is connected in series with the coil. 42.
  • the coil 44 is an A-axis O-coil located in the notch 31.
  • the coil 45 is an A-axis O-coil which is located in the notch 32 and is connected in series with the coil 44.
  • Each of the coils 40 to 45 has n 2 turns.
  • the coils 34 and 40 surround a magnetic core 46 located in the ring 13.
  • magnetic core is meant a part of the magnetic circuit in which the flow of the same direction created by a coil is the largest. A current flowing in the coil 19 or the coil 40 therefore corresponds to a magnetic potential in the magnetic core 46.
  • the coils 35, 36, 41 and 42 surround a magnetic core 47 located in the ring 13
  • the coils 37 , 38, 43 and 44 surround a magnetic core 48 located in the ring 13
  • the coils 39 and 45 surround a magnetic core 49 located in the ring 13.
  • portion 11 and the coils 34 to 39 correspond to the primary of the transformer 10
  • portion 12 and the coils 40 to 45 correspond to the secondary of the transformer 10.
  • transformer 10 primary and secondary can of course be reversed.
  • the figure 5 is an electrical diagram which represents the connection of the coils 34 to 39 of the transformer 10 and the corresponding magnetic potentials.
  • the magnetic coupling carried out by the magnetic circuit with the winding topologies shown makes it possible to have the same coupling coefficient 5/4 on the flows created as on a three-phase transformer with fixed five-column fluxes fixed by compared to a single-phase transformer.
  • To have the best coupling coefficient it is necessary that the reluctances of each column due mainly to the air gap 33 are equal and strongly preponderant before the reluctance of the rings 13 and 23.
  • the reluctance of the rings 13 and 23 must be as small as possible relative to the reluctances of each column. This being difficult physically feasible, one solution is to change the reluctance of the columns and parts of the crowns between two columns so as to obtain a perfect balance.
  • n 2 is the number of turns of the secondary coils, like any three-phase transformer, the ratio of the voltages is given in first approximation by n 2 / n 1 and that of the currents by n 1 / n 2 .
  • the rotating transformer has the same properties as any three-phase fixed flux transformer and among other things to have several secondary.
  • the transformer 10 has several advantages.
  • the magnetic circuit completely surrounds the coils 34 to 39 and 40 to 45.
  • the transformer 10 is magnetically battleship.
  • the coils 34 to 39 and 40 to 45 are all toric coils of axis A.
  • the transformer 10 therefore does not require coils of more complex shape.
  • each phase has the same number of turns of the same length (namely 2 * n 1 in the case of the primary and 2 * n 2 in the case of the secondary), the phases of the transformer 10 are balanced in resistance, without requiring conductors of different sections.
  • the transformer 10 has a mass and a reduced volume. Indeed, thanks to the coupling of the flows, the transformer 10 can be dimensioned, with Joule iso-losses, with a reduced mass and volume compared to the transformers of the Figures 1 and 2 .
  • the coils do not all have exactly the same number of turns n 1 or n 2 .
  • the position of the coils represented on the figure 3 is an example and other positions may be appropriate.
  • two coils can be next to each other in the axial direction, one around the other with respect to the axis A, or mixed with each other .
  • the transformer 10 can be considered as a "U" variant.
  • the transformer according to the invention is an “E” or “Pot” variant of the transformer "U”.
  • part 11 and part 12 are located next to each other in the direction of axis A.
  • the figure 6 is an exploded perspective view of the magnetic circuit of this transformer "in E”.
  • the same references as on the figure 4 are used to designate corresponding elements.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Coils Of Transformers For General Uses (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)

Description

    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.
  • 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 tournant selont les revendications indépendantes 1 ou 2.
  • La première partie peut par exemple servir de primaire. Dans ce cas, si l'on fait circuler dans les bobines primaires des courants triphasés de sens appropriés, les potentiels magnétiques des bobines primaires conduisent à un couplage des flux, compte tenu des sens d'enroulement précités. Ce couplage permet un dimensionnement réduit du transformateur en termes de volume et de masse. De plus, le primaire du transformateur n'utilise que des simples bobines toriques d'axe A, ce qui permet une structure particulièrement simple. Autrement dit, 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 transformateurs tournants monophasés, et qui utilise une forme de bobinage particulièrement simple.
  • Dans un mode de réalisation, la première bobine, la deuxième bobine, la troisième bobine, la quatrième bobine, la cinquième bobine et la sixième bobine présentent chacune le même nombre de tours.
  • Les phases de la première partie sont alors équilibrées en résistance.
  • Selon un mode de réalisation, le deuxième corps délimite une cinquième encoche annulaire d'axe A, une sixième encoche annulaire d'axe A, une septième encoche annulaire d'axe A et une huitième encoche annulaire d'axe A,
    les bobines de la deuxième partie comprenant une septième bobine torique d'axe A dans la cinquième encoche, une huitième bobine torique d'axe A dans la sixième encoche, une neuvième bobine torique d'axe A dans la sixième encoche, une dixième bobine torique d'axe A dans la septième encoche, une onzième bobine torique d'axe A dans la septième encoche et une douzième bobine torique d'axe A dans la huitième encoche,
    la septième bobine et la huitième bobine étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant circulant dans la septième bobine et la huitième bobine, à deux potentiels magnétiques de sens opposés,
    la neuvième bobine et la dixième bobine étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant circulant dans la neuvième bobine et la dixième bobine, à deux potentiels magnétiques de sens opposés,
    la onzième bobine et la douzième bobine étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant circulant dans la onzième bobine et la douzième bobine, à deux potentiels magnétiques de sens opposés.
  • Dans ce mode de réalisation, le secondaire est réalisé selon le même principe que le primaire. Le secondaire contribue donc également à limiter la masse et le volume du transformateur, et permet la réalisation du transformateur en utilisant uniquement des bobines toriques d'axe A.
  • La septième bobine, la huitième bobine, la neuvième bobine, la dixième bobine, la onzième bobine et la douzième bobine peuvent présenter chacune le même nombre de tours.
  • Les phases de la deuxième partie sont alors équilibrées en résistance.
  • Selon un mode de réalisation, le premier corps comprend une couronne, une première jambe, une deuxième jambe, une troisième jambe, une quatrième jambe et une cinquième jambe délimitant lesdites encoches du premier corps.
  • Selon une première alternative de l'invention, la deuxième partie entoure la première partie par rapport à l'axe A ou inversement. Cela correspond à une réalisation d'un transformateur appelée « en U ».
  • Selon une deuxième alternative de l'invention, la première partie et la deuxième partie sont 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 ».
  • 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.
    • 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 libre, selon un mode de réalisation de l'invention,
    • la figure 4 est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique du transformateur de la figure 3,
    • la figure 5 est un schéma électrique représentant la connexion des bobines du transformateur de la figure 3, et
    • la figure 6 est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique d'un transformateur selon un deuxième mode de réalisation de l'invention.
    Description détaillée d'un mode de réalisation
  • La figure 3 est une vue en coupe d'un transformateur 10 selon un mode de réalisation de l'invention. Le transformateur 10 est un transformateur tournant triphasé cuirassé magnétiquement, à flux liés libre.
  • 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 11 comprend une couronne 13 d'axe A et cinq jambes 14, 15, 16, 17 et 18 en matériau ferromagnétique. Chacune des jambes 14, 15, 16, 17 et 18 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 couronne 13, la jambe 18 se trouve à une autre extrémité de la couronne 13, et les jambes 15, 16 et 17 occupent des positions intermédiaires entre les jambes 14 et 18.
  • La couronne 13 et les jambes 14 et 15 délimitent une encoche 19 annulaire d'axe A ouverte radialement vers l'extérieur (c'est-à-dire à l'opposé de l'axe A). La couronne 13 et les jambes 15 et 16 délimitent une encoche 20 annulaire d'axe A ouverte radialement vers l'extérieur. La couronne 13 et les jambes 16 et 17 délimitent une encoche 21 annulaire d'axe A ouverte radialement vers l'extérieur. La couronne 13 et les jambes 17 et 18 délimitent une encoche 22 annulaire d'axe A ouverte radialement vers l'extérieur. De manière générale, la couronne 13 et les jambes 14 à 18 forment un corps en matériau ferromagnétique délimitant quatre encoches 19 à 22 annulaires ouvertes radialement vers l'extérieur.
  • La partie 12 comprend une couronne 23 d'axe A et cinq jambes 24, 25, 26, 27 et 28 en matériau ferromagnétique. Chacune des jambes 24, 25, 26, 27 et 28 s'étend radialement vers l'axe A, à partir de la couronne 23. La jambe 24 se trouve à une extrémité de la couronne 23, la jambe 28 se trouve à une autre extrémité de la couronne 23, et les jambes 25, 26 et 27 occupent des positions intermédiaires entre les jambes 24 et 28.
  • La couronne 23 et les jambes 24 et 25 délimitent une encoche 29 annulaire d'axe A ouverte radialement vers l'intérieur (c'est-à-dire vers l'axe A). La couronne 23 et les jambes 25 et 26 délimitent une encoche 30 annulaire d'axe A ouverte radialement vers l'intérieur. La couronne 23 et les jambes 26 et 27 délimitent une encoche 31 annulaire d'axe A ouverte radialement vers l'intérieur. La couronne 23 et les jambes 27 et 28 délimitent une encoche 32 annulaire d'axe A ouverte radialement vers l'intérieur. De manière générale, la couronne 23 et les jambes 24 à 28 forment un corps en matériau ferromagnétique délimitant quatre encoches 29 à 32 annulaires ouvertes radialement vers l'intérieur.
  • Chacune des jambes 14 à 18 de la partie 11 fait face à une des jambes 24 à 28 de la deuxième partie 12 en délimitant un entrefer 33. Le transformateur 10 présente donc cinq pairs de jambes (jambes 14 et 24, jambes 15 et 25, jambes 16 et 26, jambes 17 et 27 et jambes 18 et 28), chaque pair de jambe formant une colonne du transformateur 10. Autrement dit, le transformateur 10 est un transformateur à cinq colonnes. Les couronnes 13 et 23 ainsi que les jambes 14 à 18 et 24 à 28 forment un circuit magnétique du transformateur 10. La figure 4 est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique du transformateur 10.
  • La partie 11 du transformateur 10 comprend des bobines 34 à 39 et la partie 12 comprend des bobines 40 à 45.
  • La bobine 34 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 19. La bobine 35 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 20 et est reliée en série avec la bobine 34. La bobine 36 est une bobine torique d'axe A et se trouve dans l'encoche 20. La bobine 37 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 21 et est reliée en série avec la bobine 36. La bobine 38 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 21. Enfin, la bobine 39 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 22 et est reliée en série avec la bobine 38. Chacune des bobines 34 à 39 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 représentés, la section d'une bobine torique peut être rectangulaire, notamment.
  • De manière correspondante, la bobine 40 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 29. La bobine 41 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 30 et est reliée en série avec la bobine 40. La bobine 42 est une bobine torique d'axe A et se trouve dans l'encoche 30. La bobine 43 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 31 et est reliée en série avec la bobine 42. La bobine 44 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 31. Enfin, la bobine 45 est une bobine torique d'axe A qui se trouve dans l'encoche 32 et est reliée en série avec la bobine 44. Chacune des bobines 40 à 45 présente n2 tours.
  • Les bobines 34 et 40 entourent un noyau magnétique 46 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. Un courant circulant dans la bobine 19 ou la bobine 40 correspondent donc à un potentiel magnétique dans le noyau magnétique 46. De manière correspondante, les bobines 35, 36, 41 et 42 entourent un noyau magnétique 47 situé dans la couronne 13, les bobines 37, 38, 43 et 44 entourent un noyau magnétique 48 situé dans la couronne 13, et les bobines 39 et 45 entourent un noyau magnétique 49 situé dans la couronne 13.
  • Dans la suite de la description, on considère que la partie 11 et les bobines 34 à 39 correspondent au primaire du transformateur 10, et que la partie 12 et les bobines 40 à 45 correspondent au secondaire du transformateur 10. Cependant, primaire et secondaire peuvent bien entendu être inversés.
  • La figure 5 est un schéma électrique qui représente la connexion des bobines 34 à 39 du transformateur 10 et les potentiels magnétiques correspondants.
  • Sur la figure 5, on note :
    • Ap, Bp et Cp, les points d'entrée des bobines primaires du transformateur 10.
    • Iap, Ibp et Icp, les courants entrant respectivement aux points Ap, Bp et Cp. Le courant Iap circule dans les bobines 34 et 35 qui forment une phase primaire A. De manière correspondante, le courant Ibp circule dans les bobines 36 et 37 qui forment une phase primaire B et le courant Icp circule dans les bobines 38 et 39 qui forment une phase primaire C. Toute autre correspondance entre les phases A, B et C et les pairs de bobines en série et possible, si la même correspondance est réalisée au secondaire.
    • 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 droite du bobinage, le sens de bobinage fait que le potentiel magnétique créé est de même sens que le courant entrant. Si le point est sur la gauche du bobinage, le sens de bobinage fait que le potentiel magnétique créé est de sens inverse par rapport au courant entrant.
    • Pa et -Pa les potentiels magnétiques dans les noyaux 46 et 47 correspondant au courant Iap, Pb et -Pb les potentiels magnétiques dans les noyaux 47 et 48 correspondant au courant Ibp, et Pc et -Pc les potentiels magnétiques dans les noyaux 46 et 47 correspondant au courant Icp.
  • On constate sur la figure 5 que, grâce au choix des sens de bobinage et des connexions en série représenté sur la figure 5, des courants triphasés équilibrés Iap, Ibp et Icp correspondent, dans le noyau 46, à un potentiel magnétique Pa, dans le noyau magnétique 47, à des potentiels magnétiques -Pa et Pb égaux en modules et de sens opposés, et dans les noyaux magnétiques 48 et 49, à des potentiels magnétiques - Pb, -Pc et Pc symétriques respectivement à Pb, -Pa et Pa. Dans cette situation, les flux sont liés correctement.
  • En variante, d'autres modes de connexion des bobines et de sens de bobinages permettent d'obtenir la même organisation des potentiels magnétiques.
  • Ainsi, dans le transformateur 10, le couplage magnétique effectué par le circuit magnétique avec les topologies de bobinages représentées permet d'avoir le même coefficient de couplage 5/4 sur les flux créés que sur un transformateur triphasé à flux liés à cinq colonnes fixe par rapport à un transformateur monophasé. Pour avoir le meilleur coefficient de couplage, il faut que les réluctances de chaque colonne dues principalement à l'entrefer 33 soient égales et fortement prépondérantes devant la réluctance des couronnes 13 et 23. En fait pour avoir un transformateur triphasé tendant vers l'équilibre parfait, il faut que la réluctance des couronne 13 et 23 soient le plus faible possible par rapport aux réluctances de chaque colonne. Ceci étant difficilement réalisable physiquement, une solution consiste à modifier les réluctances des colonnes et des parties des couronnes entre deux colonnes de façon à obtenir un équilibrage parfait.
  • Si n2 est le nombre de tours des bobines du secondaire, comme tout transformateur triphasé le rapport des tensions est donné en première approximation par n2/n1 et celui des courants par n1/n2. Le transformateur 10 tournant présente les mêmes propriétés que tout transformateur triphasé à flux liés fixe et entre autre de pouvoir posséder plusieurs secondaires.
  • Le transformateur 10 présente plusieurs avantages.
  • Notamment, on peut constater que le circuit magnétique entoure complètement les bobines 34 à 39 et 40 à 45. Le transformateur 10 est donc cuirassé magnétiquement. De plus, les bobines 34 à 39 et 40 à 45 sont toutes des bobines toriques d'axe A. Le transformateur 10 ne nécessite donc pas de bobines de forme plus complexe.
  • Par ailleurs, comme chaque phase présente le même nombre de tours de même longueur (à savoir 2*n1 dans le cas du primaire et 2*n2 dans le cas du secondaire), les phases du transformateur 10 sont équilibrées en résistance, sans nécessiter des conducteurs de sections différentes.
  • Enfin, le transformateur 10 présente une masse et un volume réduit. En effet, grâce au couplage des flux, le transformateur 10 peut être dimensionné, à iso-pertes joules, avec une masse et un volume réduits par rapport aux transformateurs des figures 1 et 2.
  • En jouant sur les réluctances des différentes colonnes, il est possible de s'approcher d'un équilibrage en réluctances des phases du transformateur 10. Pour améliorer l'équilibrage des phases, on peut envisager de libérer un degré de liberté à savoir le nombre d'ampères-tours des phases. Ainsi, dans une variante non représentée, les bobines ne présentent toutes pas exactement le même nombre de tours n1 ou n2.
  • La position des bobines représentée sur la figure 3 est un exemple et d'autres positions peuvent convenir. Par exemple, dans une encoche, deux bobines peuvent être l'une à côté de l'autre dans la direction axiale, l'une autour de l'autre par rapport à l'axe A, ou mêlées l'une à l'autre.
  • Le transformateur 10 peut être considéré comme une variante « en U ». Dans un mode de réalisation non représenté, le transformateur conforme à l'invention est une variante « en E » ou « en Pot » du transformateur 10 « en U ». Dans cette variante, de manière similaire à la figure 2, la partie 11 et la partie 12 sont situées l'une à côté de l'autre dans la direction de l'axe A. La figure 6 est une vue en perspective éclatée du circuit magnétique de ce transformateur « en E ». Sur la figure 6, les mêmes références que sur la figure 4 sont utilisés pour désigner des éléments correspondants.

Claims (7)

  1. Transformateur (10) triphasé tournant comprenant une première partie (11) et une deuxième partie (12) mobiles l'une par rapport à l'autre et en rotation autour d'un axe A, la deuxième partie (12) entourant la première partie (11) par rapport à l'axe A ou inversement et la première partie (11) comprenant un premier corps en matériau ferromagnétique et des bobines (34, 35, 36, 37, 38, 39), la deuxième partie (12) comprenant un deuxième corps en matériau ferromagnétique et des bobines (40, 41, 42, 43, 44, 45), le premier corps comportant une première encoche (19) annulaire d'axe A, une deuxième encoche (20) annulaire d'axe A, une troisième encoche (21) annulaire d'axe A et une quatrième encoche (22) annulaire d'axe A, caractérisé en ce que les bobines de la première partie (11) comprennent une première bobine (34) torique d'axe A dans la première encoche (19), une deuxième bobine (35) torique d'axe A dans la deuxième encoche (20), une troisième bobine (36) torique d'axe A dans la deuxième encoche (20), une quatrième bobine (37) torique d'axe A dans la troisième encoche (21), une cinquième bobine (38) torique d'axe A dans la troisième encoche (21) et une sixième bobine (39) torique d'axe A dans la quatrième encoche (22),
    la première bobine (34) et la deuxième bobine (35) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant (Iap) circulant dans la première bobine (34) et la deuxième bobine (35), à deux potentiels magnétiques de sens opposés (Pa, -Pa),
    la troisième bobine (36) et la quatrième bobine (37) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant (Ibp) circulant dans la troisième bobine (36) et la quatrième bobine (37), à deux potentiels magnétiques de sens opposés (Pb, -Pb), la cinquième bobine (38) et la sixième bobine (39) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant (Icp) circulant dans la cinquième bobine (38) et la sixième bobine (39), à deux potentiels magnétiques de sens opposés (Pc, -Pc).
  2. Transformateur (10) triphasé tournant comprenant une première partie (11) et une deuxième partie (12) mobiles l'une par rapport à l'autre et en rotation autour d'un axe, la première partie et la deuxième partie étant situées l'une à côté de l'autre dans la direction de l'axe A et la première partie (11) comprenant un premier corps en matériau ferromagnétique et des bobines (34, 35, 36, 37, 38, 39), la deuxième partie (12) comprenant un deuxième corps en matériau ferromagnétique et des bobines (40, 41, 42,43,44,45), le premier corps comportant une première encoche (19) annulaire d'axe A, une deuxième encoche (20) annulaire d'axe A, une troisième encoche (21) annulaire d'axe A et une quatrième encoche (22) annulaire d'axe A, caractérisé en ce que les bobines de la première partie (11) comprennent une première bobine (34) torique d'axe A dans la première encoche (19), une deuxième bobine (35) torique d'axe A dans la deuxième encoche (20), une troisième bobine (36) torique d'axe A dans la deuxième encoche (20), une quatrième bobine (37) torique d'axe A dans la troisième encoche (21), une cinquième bobine (38) torique d'axe A dans la troisième encoche (21) et une sixième bobine (39) torique d'axe A dans la quatrième encoche (22),
    la première bobine (34) et la deuxième bobine (35) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant (Iap) circulant dans la première bobine (34) et la deuxième bobine (35), à deux potentiels magnétiques de sens opposés (Pa, -Pa),
    la troisième bobine (36) et la quatrième bobine (37) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant (Ibp) circulant dans la troisième bobine (36) et la quatrième bobine (37), à deux potentiels magnétiques de sens opposés (Pb, -Pb), la cinquième bobine (38) et la sixième bobine (39) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant (Icp) circulant dans la cinquième bobine (38) et la sixième bobine (39), à deux potentiels magnétiques de sens opposés (Pc, -Pc).
  3. Transformateur (10) selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la première bobine (34), la deuxième bobine (35), la troisième bobine (36), la quatrième bobine (37), la cinquième bobine (38) et la sixième bobine (39) présentent chacune le même nombre (n1) de tours.
  4. Transformateur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel
    le deuxième corps comporte une cinquième encoche (29) annulaire d'axe A, une sixième encoche (30) annulaire d'axe A, une septième encoche (31) annulaire d'axe A et une huitième encoche (32) annulaire d'axe A,
    les bobines de la deuxième partie (12) comprenant une septième bobine (40) torique d'axe A dans la cinquième encoche (29), une huitième bobine (41) torique d'axe A dans la sixième encoche (30), une neuvième bobine (42) torique d'axe A dans la sixième encoche (30), une dixième bobine (43) torique d'axe A dans la septième encoche (31), une onzième bobine (44) torique d'axe A dans la septième encoche (31) et une douzième bobine (45) torique d'axe A dans la huitième encoche (32),
    la septième bobine (40) et la huitième bobine (41) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant circulant dans la septième bobine (40) et la huitième bobine (41), à deux potentiels magnétiques de sens opposés,
    la neuvième bobine (42) et la dixième bobine (43) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant circulant dans la neuvième bobine (42) et la dixième bobine (43), à deux potentiels magnétiques de sens opposés,
    la onzième bobine (44) et la douzième bobine (45) étant reliées en série et présentant chacune un sens de bobinage correspondant, pour un courant circulant dans la onzième bobine (44) et la douzième bobine (45), à deux potentiels magnétiques de sens opposés.
  5. Transformateur (10) selon la revendication 4, dans lequel la septième bobine (40), la huitième bobine (41), la neuvième bobine (42), la dixième bobine (43), la onzième bobine (44) et la douzième bobine (45) présentent chacune le même nombre de tours.
  6. Transformateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le premier corps comprend une couronne (13), une première jambe (14), une deuxième jambe (15), une troisième jambe (16), une quatrième jambe (17) et une cinquième jambe (18) délimitant lesdites encoches (19, 20, 21, 22) du premier corps.
  7. Transformateur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le premier corps et le deuxième corps sont en matériau ferromagnétique et entourent complètement lesdites bobines.
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