FR1464391A - Machine électrique à disques - Google Patents

Description

Machine électrique à disques. La présente invention concerne une machine électrique à stator et rotor. Il est connu d'utili ser pour une machine de ce genre le mode de construction cylindrique. Malgré de gros efforts, on n'est pas encore parvenu à exploiter totale ment dans une telle forme de construction toutes les parties de la tôle de fer. Ceci tient essentiel lement au fait que la section transversale des dents ou l'induction maximale dans les dents déterminée par cette section impose des limites à une plus grande exploitation du fer restant de la machine et que les trajets dans le fer sont relativement longs pour un retour du flux magnétique.

Il est, à présent, connu, par exemple pour les embrayages électromagnétiques à glissements, de construire également avec des disques la partie primaire et la partie secondaire. Toutefois, si l'on construisait également un moteur électrique pour un mode de fonctionnement modifié d'une façon correspondante et si l'on examinait son degré de rendement, on constaterait bien, par rapport au mode de construction cylindrique classique, une amélioration du rendement dans le fer, mais les problèmes qui sont engendrés par les forces magnétiques intervenant entre le stator et le rotor sont apparus jusqu'à présent insolubles ; ceci est vrai notamment pour les machines de plus grande puissance. Des dispo sitifs de compensation pour ces forces sont extrê mement coûteux. De même, certains problèmes d'enroulement sont apparus jusqu'à présent très compliqués.

Cependant, l'invention supprime tous les inconvénients et toutes les difficultés et elle pro pose un mode de construction de machine élec trique suivant lequel le stator et le rotor sont réalisés par une construction à disque connue en soi et le stator ou le rotor sont divisés en deux disques partiels séparés par construction, entre lesquels le rotor ou le stator non divisé est situé. Cette mesure s'applique également pour tous les types de machines, c'est-à-dire les machines à courant continu, ainsi que les machines syn chrones ou asynchrones. Les autres propositions de l'invention s'appliquent de façon particuliè rement avantageuse aux réalisations comme machine à courant continu et comme machine synchrone avec une excitation de tension conti nue, qui se- situe dans la partie médiane de la machine non divisée se trouvant entre les dis ques partiels. En principe, il importe peu de savoir quelle partie de la machine est fixe, laquelle tourne, ou si les deux parties tournent l'une par rapport à l'autre. L'avantage parti culier de l'invention doit être recherché dans l'obtention, avec la même dépense d'énergie excitatrice, d'une puissance deux fois plus grande, tant si la machine fonctionne comme moteur que si elle fonctionne comme généra trice. Le doublement de la puissance est consi déré, par rapport à une autre forme de construc tion, soit avec un retour du flux magnétique particulier dû à la structure à disques, soit avec un dispositif de déconnection électromagnétique. Mais on doit aussi remarquer une augmentation considérable de la puissance par rapport à d'autres dispositifs ne comportant pas ces carac téristiques. En raison des problèmes dus aux forces d'attraction magnétique et par suite des difficultés liées à la technique de l'enroulement, le mode de construction par disques n'a pu s'implanter jusqu'à présent dans la construction des machines électriques.

Les propositions, mentionnées en premier lieu, de l'invention posent comme condition préalable que la partie de la machine non divisée, située au milieu, ait un enroulement d'excitation de tension continue. Pour les machines synchrones et les machines à courant continu réalisées conformément à l'invention, l'excitation est alors conçue comme excitation hétéropolaire, la partie médiane de la machine ne devant être munie de tôle que dans le cas d'exigences particulièrement sévères du point de vue électrique. L'enroule ment d'excitation est, au contraire, remplacé par une cage en court-circuit, lorsque la machine travaille comme machine asynchrone, mais un feuilletage du fer est .alors nécessaire dans chaque cas.

Par une réalisation de la machine conforme à l'invention comme machine synchrone, on pro pose, en outre, d'installer sur les deux disques divisés extérieurs chaque fois un enroulement de courant alternatif, de manière que les enroule ments pratiqués suivant un schéma connu soient insérés dans des rainures radiales de la face transversale, tournée vers l'entrefer, du disque divisé. Peu importe alors que l'enroulement de courant alternatif soit réalisé à une seule phase ou comme enroulement de courant triphasé. L'amenée du courant à la partie de la machine -qui tourne momentanément s'effectue, soit par des bagues collectrices; soit par une machine d'excitation particulière, montée sur le même arbre et réalisée de préférence également selon l'invention, le câble d'arrivée à l'enroulement d'excitation traversant, par exemple, l'arbre. Pour compléter la mesure mentionnée en der nier lieu, il peut être avantageux que les entre- fers entre la partie médiane de la machine et les deux disques divisés, extérieurs, pour l'obten tion d'une forme sinusoïdale la plus exacte pos sible, soient de longueurs différentes chacun pour soi, c'est-à-dire que la longueur du trajet dans le fer dans la partie médiane de la machine puisse varier en conséquence. En outre, pour la réalisation de machines synchrones conformes- à l'invention, on propose de prévoir dans la par- tic médiane de la machine, des enroulements d'amortissement qui sont réalisés à la manière d'une roue à rayons et dont les barres d'amortis sement sont mises en court-circuit par une bague extérieure et une bagne intérieure. Ces enrou lements d'amortissement sont situés de chaque côté de la partie médiane le plus possible de la surface. Un mode de construction en cage approprié est pris en considération lorsque la machine conforme à l'invention doit travailler comme machine asynchrone et lorsque la partie médiane doit recevoir une cage en court-circuit.

On mentionne ci-après d'autres mesures pro posées conformément à l'invention, qui se rap portent à une réalisation de la machine élec trique comme machine à courant continu. On propose que, lorsque la partie médiane conte nant l'enroulement d'excitation est arrêtée, les deux- disques divisés extérieurs, portant les enroulements de courant alternatif, aient un moyeu creux dont la paroi intérieure porte un collecteur dont les faces de contact sont tournées dans la direction de l'axe de la machine. Par une telle disposition du collecteur, qui doit pou- voir être utilisée, conformément à l'invention, également pour des machines électriques diffé rentes de celle qui est décrite ici, tous les pro blèmes, résultant des forces centrifuges agissant sur les collecteurs jusqu'à présent connus, sont supprimés. Les lamelles des collecteurs peuvent être réalisées bien moins épaisses, car leur épaisseur, du fait de la forte influence de la force centrifuge, n'a été grande jusqu'à présent que pour des raisons mécaniques. Le diamètre du moyeu du collecteur peut être réglé avec le diamètre intérieur de la tôle de fer, de manière qu'il existe entre eux un espace pour un isole ment électrique, tandis que les liaisons de commutation éventuellement nécessaires peuvent passer à côté du collecteur. Mais, l'utilisation d'un collecteur constitué comme collecteur plan connu est également concevable dans ce cas. En outre, il est naturellement très possible de pré voir; en cas de besoin, à côté du collecteur, des bagues collectrices raccordées aux prises de l'enroulement de tension alternative, pour per mettre à la machine électrique de travailler suivant le principe d'un transformateur à induit unique pour courant continu et/ou courant alter natif. II serait avantageux de réaliser la machine de manière que les deux disques extérieurs divi sés soient arrêtés et que la partie médiane conte nant l'enroulement d'excitation tourne et soit alimentée par l'intermédiaire de bagues collec trices. Un redresseur est alors monté à la suite de l'enroulement de courant alternatif ; mais on raccorde alors des prises devant ce redresseur, lorsque le mode de - travail comme transforma teur à un seul induit est désiré, de sorte que la production d'une tension continue et/ou alter native est alors possible lorsque la machine fonc tionne comme génératrice.- Les bagues collec trices de la partie médiane rotative sont introduites avec isolement, le plus près possible de l'arbre, sur une des: faces transversales de la partie médiane ou sur les deux. Lorsque la machine fonctionne comme transformateur à un seul induit, des forces d'amortissement et une section transversale variable de la partie médiane sont à chaque fois nécessaires, comme cela a déjà- été décrit pour la construction de la machine synchrone.

Tandis que les propositions de l'invention mentionnées jusqu'ici se sont rapportées à l'uti lisation d'un enroulement d'excitation hétéro- polaire, on mentionne dans ce qui suit d'autres mesures - concernant une machine électrique conforme à l'invention, de sorte que la partie médiane tourne et porte un enroulement d'exci tation unipolaire, tandis que les deux disques divisés extérieurs sont fixes, que l'un d'eux coopère avec la parte médiane comme généra teur et que l'autre coopère avec la partie médiane comme moteur. Un seul enroulement d'excitation, monté sur un rotor unique, suffit alors pour le système de moteur et de généra teur, le principe du transformateur à un seul induit étant alors également utilisé. Toutefois, cette réalisation ne s'applique plus à la trans formation de moyennes fréquences.

En particulier, on propose, en outre, que la partie médiane rotative soit divisée par une couche de séparation amagnétique annulaire, à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'exci tation, en deux parties emboîtées l'une dans l'autre et que, en outre, des pôles à griffes soient prévus sur le côté de la partie médiane qui est tourné vers le disque divisé associé avec le fonc tionnement comme moteur, ces pôles conduisant de façon hétéropolaire le flux produit par l'enroulement d'excitation unipolaire, par l'inter médiaire de l'entrefer, dans le disque divisé asso cié avec le fonctionnement comme moteur et on propose, en outre, de prévoir sur le côté qui est tourné vers le disque divisé associé avec le fonc tionnement comme générateur, des dents et des rainures qui sont décalées les unes des autres à la hauteur de la couche de séparation amagné- tique, de manière qu'une dent soit contiguë à une rainure et vice versa. Les deux éléments de la partie médiane peuvent être fabriqués à par tir d'une seule pièce massive. L'enroulement du disque divisé travaillant comme générateur est alors un enroulement de courant alternatif. Le fer du disque de la partie génératrice est alors monté de manière que le disque divisé, travail lant comme générateur, présente au niveau de l'entrefer une couche de fer qui est feuilletée avec des joints de séparation s'étendant axiale- ment et à laquelle se raccorde un élément de retour de flux magnétique en matière massive. L'enroulement de courant alternatif est alors situé dans la partie feuilletée dans des rainures s'étendant radialement.

Le fer du disque divisé travaillant comme moteur est entièrement feuilleté, à savoir avec des joints de séparation s'étendant axialement, le retour du flux magnétique s'effectuant à Pinté rieur de chaque tôle individuelle. Le mode de travail de la partie motrice du transformateur est celui d'une machine synchrone.

Pour régler la tension de génératrice du trans formateur, on propose de donner à la bague de fer du disque divisé fixe, travaillant comme générateur, un épaississement de section trans versale réglable dans une position telle que le flux qui le traverse ne constitue pas un flux utile pour l'enroulement de ce disque divisé.

La constante de temps du transformateur est influencée avantageusement par le fait que le fer de ce disque divisé présente sur sa face trans versale extérieure une rainure annulaire s'éten dant sur tout le disque et qu'une bague de fer de section transversale appropriée peut être insérée, aussi profondément qu'on le désire, dans cette rainure pour la distribution du flux magnétique dans le fer du stator.

Pour régler le rapport des deux entrefers, il est avantageux que la partie médiane rotative soit supportée par rapport à l'arbre fixe, l'arbre pouvant alors coulisser dans la direction axiale.

On mentionne ci-après encore d'autres mesures de l'invention qui se rapportent à une réalisa tion particulière avec des entrefers dont chacun, considéré individuellement dans la direction axiale, a une conductibilité différente. Une telle réalisation présente de l'intérêt, notamment pour un transformateur de moyenne fréquence. Tout d'abord, on propose, à cet effet, que, dans ce cas également, la partie médiane rotative soit divisée par une couche de séparation annulaire amagnétique, à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation unipolaire, en deux parties emboîtées l'une dans l'autre, en pré voyant sur les deux côtés de la partie médiane rotative des dents et des rainures qui sont déca lées à chaque fois les unes par rapport aux autres à la hauteur de la couche de séparation amagné. tique, de manière qu'une rainure soit contiguë à une dent et vice versa, les deux disques divisés fixes présentant sur l'entrefer une couche de fer qui est feuilletée avec des joints de séparation s'étendant axialement et à laquelle se raccorde un élément de retour de flux magnétique en matière massive. Si l'on désire produire diffé. rentes fréquences, on doit simplement prévoir, de chaque côté de la partie médiane, une répar tition différente des rainures et des dents. La mesure proposée pour influencer la constante de temps, de même que d'autres mesures men tionnées précédemment, peuvent être utilisées de façon correspondante pour ce mode de réali sation. Toutefois, une réalisation dans laquelle chaque disque divisé fixe présente un enroule ment d'excitation unipolaire et, sur l'entrefer, une couche de fer qui est feuilletée avec des joints de séparation s'étendant axialement, est particulièrement avantageuse ; un élément de retour de flux magnétique en matière massive se raccorde alors à cette couche et la partie médiane rotative est divisée, à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation, en deux parties emboîtées l'une dans l'autre, tandis qu'on prévoit sur ses deux côtés des dents et des rai nures qui sont à chaque fois décalées les unes par rapport aux autres à la hauteur de la couche de séparation, de manière qu'une rainure soit contiguë à une dent, et vice versa. Pour éviter les dissymétries magnétiques, les enroulements d'excitation sont avantageusement montés en série.

Toutefois, une autre possibilité de réalisation de l'invention est également concevable en ce sens que la partie médiane rotative d'un disque peut être constituée par une matière massive et elle comporte des rainures et des dents ; les deux parties fixes du disque présentent alors chacune un enroulement d'excitation unipolaire, avec une couche de fer feuilletée sur l'entrefer, et l'enrou lement de courant alternatif, situé dans cette couche, passe sur la rainure voisine à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation. Des détails complémentaires à ce sujet sont donnés dans l'exemple de réalisation décrit plus loin.

L'invention apporte également des avantages considérables pour le refroidissement d'une telle machine électrique. La formation des rainures et des dents sur les faces transversales produit déjà un courant d'air frais venant de l'entrefer, sans qu'un ventilateur particulier doive être prévu. Si l'on ménage, en outre, dans la face transversale extérieure d'une partie de disque ou des deux, un renfoncement s'étendant en spirale, un fluide de refroidissement passant à travers ce renfoncement obtient, du fait du contact superficiel particulièrement grand, un très bon effet de refroidissement. Vers l'extérieur, ce renfoncement doit être fermé par un couvercle dont le côté extérieur est à son tour balayé par le courant d'air de refroidissement mentionné ci-dessus, provenant de l'intérieur de la machine. Un tel refroidissement réduit considérablement la dépense jusqu'à présent nécessaire et écono mise beaucoup de place.

Des formes de réalisation de l'objet de l'inven tion sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés.

La figure 1 représente une machine électrique réalisée conformément à l'invention, dans laquelle le stator est divisé en deux disques par tiels 20 et 21 entre lesquels une partie médiane 22 est montée en rotation au moyen de l'arbre 23.

La figure 2 montre la manière dont la partie médiane rotative 22 est bobinée. La partie médiane 22 est divisée en quatre secteurs plans 24 autour desquels des bobines de confor mation 25 sont placées. Lors du passage du cou rant dans la direction indiquée par la flèche, il se produit une excitation hétéropolaire ayant la polarité représentée. Les secteurs plans 24 cons tituent donc les surfaces polaires. Leurs bords s'étendent exactement radialement. Pour obtenir une séparation exacte entre les pôles, un espace de faible conductibilité du point de vue magné tique peut exister entre les parties guidées radia- lement des bobines d'excitation 25 et des arêtes des faces polaires. Dans ce cas, on prévoit des garnitures 26 en matière amagnétique. Les deux parties des disques 20 et 21 sont bobinées de la même facon.

La figure 3 est un schéma de bobinage prévu à cet effet. Les rainures d'enroulement non représentées sur cette figure s'étendent elles aussi radialement. Le feuilletage des parties des disques est effectué avantageusement parl'enrou- lement d'une bande de tôle en matière appro priée, jusqu'à ce que le diamètre désiré ait été atteint. Les enroulements de la partie médiane rotative sont alimentés avec du courant continu et les parties des disques avec du courant alter natif, s'il s'agit d'une réalisation comme moteur.

La figure 4 est une représentation à plus grande échelle de la partie médiane rotative 22, comme elle est prise en considération pour la réalisation suivant les figures 1 à 3 en tant que machine synchrone. La figure 4 montre que la partie médiane rotative 22 présente une section transversale différente qui doit servir à l'obten tion d'une forme sinusoïdale la plus exacte pos sible. Des enroulements d'amortissement 27 sont disposés aux endroits de plus grande section transversale. En outre, cette représentation mon tre les enroulements d'excitation 25. De plus, certaines rainures 28 des enroulements situés dans les parties des disques 20 et 21 ont été représentées.

On décrit ci-après, à l'aide des figures 5 et 6, une forme de réalisation de l'invention servant de machine à courant continu. La partie médiane de la machine est alors exactement la même que celle qui a été décrite à propos de la figure 2, mais sa section transversale est cette fois constante ; il manque également les enrou lements d'amortissement. La partie médiane 22 est cependant fixe dans ce cas, tandis que les deux parties de disques 20 et 21 peuvent tourner. Leur feuilletage s'effectue exactement comme cela a été décrit en ce qui concerne l'exemple de réalisation précédent. Le support des deux par ties de disques 20 et 21 est effectué à l'aide des paliers 29 et d'un moyeu creux 30. On a fixé dans ce moyeu des lamelles de commutateur 31 s'étendant axialement, auxquelles les enroule ments 32 sont raccordés, comme représenté à la figure 6. Des balais 33 prennent appui sur le commutateur formé par les lamelles 31.

On décrit à l'aide des figures suivantes encore une autre forme de réalisation de l'invention, dans laquelle la machine électrique sert de trans formateur. La partie médiane rotative 34 conçue spécialement à cet effet (fig. 7), coopère alors avec la partie de disque 35 comme moteur syn chrone et avec la partie de disque 36 comme génératrice de courant alternatif. Lorsque ce groupe convertisseur doit être conçu pour des fréquences moyennes, l'utilisation d'entrefers de conductibilité magnétique différente est avanta geuse. Le disque partiel 35 est conçu et bobiné conformément à la figure 3. Le disque partiel 36 a un enroulement dont le secteur est représenté à la figure 9. Une seule couche de longueur déterminée est alors feuilletée sur l'entrefer, tandis que le retour de flux magnétique est formé dans le disque partiel 36 par une matière i massive.

Une réalisation particulière est alors néces saire pour la partie médiane 34. Cette partie présente sur son côté tourné vers le disque par- tiel 36 des dents 37 et 38 et des rainures 39 et 40 qui sont décalées les unes des autres de la manière déjà décrite à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation 41. A la figure 8, l'enroulement excitateur 41 n'est pas visible, car, comme le montre la figure 7, il se trouve à Pinté. rieur d'une rainure annulaire fraisée dans la partie intérieure 42. Cette partie de la pièce médiane 34 est séparée de sa partie extérieure 43 par une couche de séparation 44 en matière amagnétique.

La figure 10 montre l'autre côté de la partie médiane 34 tourné vers le disque partiel 35. La partie intérieure 32 présente alors deux prolon gements en forme de secteurs s'étendant à la périphérie de la partie médiane 34, tandis que la partie extérieure 46 comprend deux prolon gements dans la direction de l'axe de la machine, de sorte que tous les prolongements arrivent alternativement d'un côté ou de l'autre dans la zone d'influence de l'enroulement d'excitation 41 et constituent des pôles à griffes. L'allure du flux magnétique entre les parties 42 et 43 est représentée par des symboles connus à la figure 10.

Les figures 11 et 12 montrent la partie médiane 34 en perspective pour une meilleure compréhension. Les éléments individuels sont affectés des mêmes chiffres de référence. Le côté générateur du groupe convertisseur travaille suivant le principe connu de la machine de modulation à excitation unipolaire.

La figure 13 est une autre représentation du groupe convertisseur tenant compte, en parti culier, de la réalisation des moyens de support et de refroidissement. Cette représentation mon tre que l'arbre 23 n'est pas rotatif, mais que sa position ne peut être changée que par des vis de réglage 37 dans la direction axiale, de sorte qu'il en résulte une possibilité de réglage des entrefers. De cette façon, on n'effectue tout d'abord qu'un réglage de la longueur des deux entrefers l'un par rapport à l'autre, tandis qu'un réglage absolu de la somme des deux entrefers est possible à l'aide du dispositif de réglage 45. La partie médiane 34 est supportée, par rapport à l'arbre 23, avec les paliers 46. Le disque par tiel 36 présente sur les faces transversales exté rieures des renfoncements 47 s'étendant en spi rale, qui sont fermés par une plaque de recouvrement 48. Un fluide de refroidissement circule dans les renfoncements 47. Un courant d'air de refroidissement partant de l'entrefer, produit par des rainures et des dents, s'étend conformément aux flèches représentées et passe le long du côté extérieur de la plaque de gui dage 48, ce qui accroît l'effet de refroidissement. Comme le montre également la figure 13, la sec tion transversale du fer traversé par le flux magnétique du disque partiel 36 est adaptée à la densité du flux liée au fonctionnement, de sorte que le fer qui n'est pas intéressé par le flux est supprimé et que, par suite, le poids de construction est réduit. La résistance magnétique du fer dans le disque partiel 36 est, dans ce cas, rendue variable par le fait qu'une bague cunéiforme 49 peut être insérée à une profon deur quelconque dans une rainure de section transversale appropriée.

La figure 14 montre une autre variante de l'invention. La machine électrique comporte deux disques 36 semblables ayant un enroule ment du type représenté à la figure 9. La partie médiane 50 a, dans ce cas, une réalisation ana logue ; des rainures et des dents sont prévues des deux côtés conformément à la figure 8. Dans ce cas également, une couche de sépara tion 44 en matière amagnétique est insérée entre la partie intérieure 51 et la partie extérieure 52 de la partie médiane 50. On obtient une excita tion unipolaire par l'enroulement d'excita tion 41. Le flux s'étend de la manière indiquée par les flèches. Une telle réalisation est prise en considération essentiellement pour le fonc tionnement comme générateur. le mode d'action électrique correspondant à celui d'une machine de modulation. Une forme de réalisation suivant la figure 15 convient également pour le même but d'utilisation, mais, dans ce cas, il n'y a pas d'enroulement d'excitation dans la partie médiane 50 ; cet enroulement est divisé en deux enroulements partiels 53 et 54 dont chacun est disposé dans un disque partiel 36. La figure 16 montre la disposition des enroulements sur un disque partiel 36, ainsi que l'enroulement de courant alternatif 55.

La figure 17 montre encore une autre forme de réalisation pour le but d'utilisation indiqué en dernier lieu. L a partie médiane 50 est fabri quée dans ce cas d'une seule pièce sans couche de séparation amagnétique et présente, sur ses deux côtés, des dents 56 et des rainures 57 conti nues, comme le montre la figure 18. Toutefois, il est alors indispensable de concevoir l'enroule ment de courant alternatif 55 d'une manière dif férente de celle qui a été indiquée à la figure 16 ; il est, en effet, nécessaire (fig. 19) que l'enrou lement de courant alternatif 55 saute à chaque fois dans la rainure d'enroulement voisine à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excita tion 53. Une telle rainure d'enroulement n'a pas été représentée en détail. En pratique., elle est avantageusement réalisée de manière qu'on pré voit dans la partie feuilletée du disque partiel 36 des alésages radiaux qui sont interrompus par la rainure prévue pour l'enroulement d'excita tion 53. L'enroulement de courant alternatif 55 se trouve alors au-dessus de l'enroulement d'exci tation 53, ce qui ressort également de la figure 17.

Le saut de l'enroulement de courant alternatif décrit ici, ou le décalage d'une rainure et d'une, dent, décrit dans l'exemple de réalisation précé dent, à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation, est donc nécessaire, parce que le changement de direction du flux dans la partie extérieure, par rapport à la partie intérieure, produirait autrement des tensions continues qui se neutraliseraient dans leur action.

Les mesures proposées en supplément sont basées sur le problème de perfectionner la machine électrique, de manière qu'elle présente d'autres avantages, tout en conservant ses pro priétés favorables fondamentales. Avant tout, l'invention vise à obtenir une constitution la plus simple possible, par laquelle la matière utilisée dans la machine est exploitée convenablement et nécessite peu de travaux de fabrication. Les éléments de la machine doivent là encore être disposés de manière que les champs d'excitation soient interrompus sur les faces de section les plus grandes possibles par les zones de conducti- bilité magnétique différente et que les champs influencés de cette façon soient largement englo bés par des enroulements de courant alternatif.

Une conformation particulièrement avanta geuse de l'invention réside dans le fait que le rotor ou le stator, montés entre les disques par tiels extérieurs, portent simplement au moins un enroulement de courant alternatif et sont tra versés dans chaque direction axiale au moins une fois par le flux d'excitation.

Le montage de la machine peut, en outre, être simplifié par le fait que le rotor ou le stator, montés entre les disques partiels extérieurs, reçoivent l'enroulement d'excitation en plus d'au moins un enroulement de courant alternatif. On obtient ainsi l'avantage supplémentaire que les forces de traction agissant sur cette partie se neutralisent avec sûreté.

Des exemples de réalisation de la machine électrique ainsi réalisée d'une façon particulière ment avantageuse sont décrits ci-après à l'aide d'autres figures, les avantages spécifiques des formes de réalisation étant également indiqués. On a représenté aux figures 22 à 43 des dessins annexés des génératrices ou des parties de celles-ci qui agissent, soit suivant le principe de modulation connu, soit suivant le principe du champ oscillant également classique. Les parties analogues des génératrices des figures 20 à 32 sont affectées des mêmes signes de référence. Les génératrices doivent de préférence travailler dans la gamme de moyenne fréquence, mais elles peuvent aussi être équipées pour des fréquences plus basses.

On considère tout d'abord au moyen des figures 20 à 26 des génératrices à excitation hétéropolaire qui se caractérisent, comparative ment à des génératrices à excitation unipolaire, par de brèves constantes des temps d'excitation. Pour cette raison, elles peuvent être réglées relativement vite par intervention dans le circuit d'excitation. La figure 20 montre par une coupe le long de l'axe de la machine une génératrice comportant un stator 60 compris entre deux disques par tiels 61 et 62 du rotor (disques de rotor). Le stator est maintenu dans un logement 63 par des barres, tandis que les disques du rotor sont fixés sur un arbre 64 monté dans le logement, au moyen de sièges coniques.

Le stator feuilleté est formé par des couches de séparation électriques isolantes, s'étendant axialement, la stratification pouvant être obte nue d'une façon simple au moyen de rouleaux de tôle enroulés en spirale. A l'aide d'une cou che d'adhésif placée entre les tôles, l'enroule ment peut être aggloméré en un corps fixe par l'action de la chaleur. Pour réduire les pertes et augmenter l'intensité du champs magnétique dans les entrefers actifs 64, 65 entre le stator et les disques du rotor, le stator peut être constitué par une tôle à orientation du grain (tôle à texture). Le stator porte un enroulement d'exci tation 66 et, sur les côtés transversaux tournés vers les entrefers 64, 65 et les disques de rotor 61, 62, deux enroulements de courant alternatif 67, 68. Des tubes de refroidissement, par exemple 69, traversent le plan médian axial du stator dans la direction radiale. Tous les tubes de refroidissement sont reliés ensemble d'un bout à l'autre à la manière de l'enroule ment ondulé connu.

Les parties des disques de rotor 61, 62, en forme de bague d'accrochage, opposées au stator feuilleté 60, sont formées, en raison du flux d'excitation hétéropolaire, comme le stator, par stratification des couches de séparation isolantes s'étendant coaxialement. Ces parties peuvent être fabriquées de la même façon que le stator, mais elles ne sont pas constituées par une tôle à orien tation du grain, car le flux magnétique dans le stator ne montre pas de direction principale uni forme. Pour le feuilletage des disques de rotor ainsi que du stator, on peut concevoir également des tôles à gradins à orientation radiale.

Les tôles feuilletées des disques de rotor pré sentent des dents et des rainures ininterrompues, sur le côté tourné vers le stator, sur toute la longueur radiale. La disposition des dents et des rainures ressort de la figure 23 qui montre une vue en plan d'un disque de rotor. Les dents et les rainures forment les zones de conductibi- lité magnétique différente sur les entrefers actifs 64 et 65, à la figure 20. En outre, l'effet de ventilation des disques de rotor portant ces dents et ces rainures sert avantageusement au refroidissement des parties de la machine qui s'échauffent.

La partie feuilletée de chaque disque de rotor est logée entre un moyeu 72 constitué par une matière massive et une bague de serrage 73 constituée <B>de</B> préférence par une matière amagnétique. Le moyeu et la bague de serrage peuvent encore être reliés, sur les faces trans versales tournées vers les entrefers actifs, par des barres en une matière amagnétique, bonne conductrice du courant électrique, s'étendant radialement et non représentées aux dessins, pour un assemblage plus rigide des disques du rotor et pour une stabilisation dans l'espace du flux magnétique. Les barres forment donc, en coopération avec le moyeu et la bague de ser rage, un corps rigide semblable à une roue à rayons.

Des canaux 74 à travers lesquels un fluide de refroidissement gazeux, le plus souvent de l'air, peut circuler, traversent les moyeux 72, pour obtenir l'effet de ventilation avec les disques du rotor. En outre, on a prévu entre chaque fois un disque de rotor et une paroi extérieure du logement un réfrigérant d'aval 75, 76, qui peut être constitué, par exemple, par un serpentin tubulaire enroulé en hélice.

On décrit ci-après la disposition de l'enrou lement d'excitation ainsi que la direction du courant alternatif à l'aide de la figure 21 qui représente une vue en plan du stator 60 dans la direction axiale.

Le stator est réalisé en forme de secteur de disque pour recevoir les bobines de l'enroule ment d'excitation 66, 76 à 78. Comme le mon trent les directions principales indiquées du flux magnétique, chaque secteur est enroulé avec cha que fois une bobine de l'enroulement d'excita tion 66, 76, 77 ou 78, de manière que les secteurs se succédant le long de la périphérie soient traversés à chaque fois dans la direction opposée à celle du flux principal. En concordance avec la figure 20, les découpures droites des secteurs, s'étendant radialement, sont réalisées par des alésages ménagés dans l'axe médian du stator. Dans d'autres formes de réalisation, ces déeou. pures peuvent toutefois être formées également par des rainures ménagées sur la face transver sale du stator tournée vers les disques du rotor. Le nombre des secteurs entourés par chaque fois, une bobine de l'enroulement d'excitation reste sans influence sur la fréquence produite avec la génératrice.

Les lignes des flux d'excitation. s'étendant dans la zone du stator parallèlement à l'axe de la machine, traversent chacune deux fois les deux entrefers 64, 65, avec les zones de conduc- tibilité magnétique différente et se ferment dans la partie postérieure des disques de rotor 61, 62, opposée aux entrefers actifs le long de leur direction périphérique. Au total, les lignes des flux d'excitation délimitent donc des aires qui représentent à peu près des parties d'enveloppes cylindriques. Les cylindres imaginaires sont alors concentriques les uns aux autres ainsi qu'à l'axe de la machine. La configuration décrite des flux d'excitation existe également dans les autres formes de réalisation des machines à excitation hétéropolaire.

Conformément à la figure 21, chaque face transversale du stator, contiguë à un entrefer, présente des rainures radiales destinées à rece. voir l'enroulement de courant alternatif. Plu sieurs côtés des bobines, disposés dans des rai nures d'enroulement placées les unes derrière les autres, sont alors délimités dans ces enrou lement par un secteur portant la bobine associée de l'enroulement d'excitation. Les deux enrou lements à boucles sont décalés l'un de l'autre et sont reliés ensemble en série ou en parallèle, suivant que de plus grandes tensions ou de plus grandes intensités doivent être produites.

A chaque rainure de l'enroulement du stator, pour l'enroulement de courant continu, corres pond de préférence une dent ou une rainure du disque du rotor. En vue du fonctionnement sui vant le principe de la modulation, le stator ne présente, en plus des rainures d'enroulement, aucune autre zone de conductibilité magnétique différente. Ceci ressort de la figure 22 qui repré sente par un développement un disque de rotor 61 muni de dents, par exemple, 70 et de rainures, par exemple, 71, ainsi qu'un côté du stator 79 opposé à ce disque et portant des enroulements d'excitation 80 à 82 et des rai nures 83 pour un enroulement de courant alter natif. Pour éviter les flux de fuite, les rai. nures 83 ont été à moitié fermées dans ce cas.

Lorsqu'on choisit des divisions de rainures différentes, dans le cas d'une génératrice pour deux disques de rotor et leur côté de stator cor respondant, la génératrice produit de la façon la plus simple deux courants alternatifs de fré quences différentes. Ceci est possible par le fait que les flux alternatifs, produits par les entre- fers actifs dans le stator, se réunissent de nou veau derrière les rainures d'enroulement en flux continus, de sorte que le flux alternatif sur un côté du stator peut se former tout à fait indépen damment dans le flux alternatif de l'autre côté du stator.

Pour supprimer les fluctuations de flux continu qui existent encore éventuellement au centre axial du stator, on utilise d'une façon très avantageuse les tubes de refroidissement 64 agis sant comme cage d'amortissement. Toutefois, on doit faire attention dans ce cas que les tubes de refroidissement, en une matière conduisant bien le courant électrique, ne soient pas trop près des rainures d'enroulement. La cage d'amortisse ment, dans le cas d'une machine conçue seule ment pour la production d'une fréquence, a également un comportement avantageux pour améliorer la forme de courbe du courant alter natif produit. A cette fin, on peut également conférer une légère courbure aux rainures des disques du rotor, ce qui est toutefois plus coû teux, pour des questions d'usinage, que l'établis- sement des rainures rectilignes.

Par la disposition des tubes de refroidissement dans le stator, la matière est très convenable ment exploitée, car la chaleur produite dans la machine est cédée, aux endroits critiques, au fluide de refroidissement par des liaisons de bonne conductibilité thermique qui sont seule ment courtes. En outre, l'énergie électrique des enroulements, des dents et des rainures est dis persée directement dans l'air s'écoulant le long des trajets représentés à la figure 20, par suite de l'effet de ventilateur des disques du rotor. L'air passe en vue de l'échange thermique le long des réfrigérants d'aval 75 et 76 et entre de nouveau par les canaux 74 dans les entrefers actifs.

Les flux d'excitation sont très correctement exploités pour produire la tension, car chaque flux traverse deux fois, dans sa direction géné rale, chaque entrefer actif. Les flux sont donc toujours quatre fois modulés et sont utilisés pres que totalement pour l'induction d'une tension à travers les enroulements de courant alternatif prévus sur les faces du stator, car les enroule ments s'étendent jusqu'à proximité de l'arbre de la machine. Au total, la machine peut donc travailler avec un très bon rendement.

Comme on l'a déjà mentionné, les forces de traction exercées sur le stator par les flux d'exci tation se compensent avec sûreté, tandis que les disques du rotor sont pressés, par suite de ces forces sur leurs sièges coniques, contre le collet de l'arbre de la machine. Le rotor peut donc être fabriqué séparément à partir de deux dis ques plats égaux, comme cela a été proposé en vue d'une fabrication simple. Pour le centrage des disques du rotor par des forces magnétiques agissant sur l'arbre, la position du collet de l'arbre par rapport au stator est seule détermi nante. Pour la fabrication, il est, en outre, avan tageux, conformément à la proposition mention née, de ne munir d'enroulements qu'une partie de la machine, à savoir le stator.

Naturellement, dans d'autres formes de réali sation, on pourrait également faire tourner la partie portant l'enroulement comme rotor et faire assumer la fonction de stator aux deux par ties qui l'entourent. Par ailleurs, les arrivées de courant à des bagues collectrices reliées aux enroulements sont plus coûteuses.

Les formes de réalisation décrites plus loin possèdent de nombreux avantages, mais n'ont pas tous ceux qui ont été mentionnés ci-dessus.

La génératrice conforme à la figure 20 peut également être munie d'un stator que la figure 24 montre en plan. Le stator en forme de secteur est constitué conformément à la divi sion des rainures de la machine par des noyaux de bobines individuels 88 qui sont réalisés, quant à eux, en forme de secteur ayant tous la même section transversale. Les noyaux sont feuilletés avec des joints transversaux s'étendant axiale- ment ou sont constitués par une ferrite. Chaque noyau individuel est chargé sur toute la longueur axiale avec les spires d'un enroulement de cou rant alternatif 89. Plusieurs noyaux bobinés forment ensemble un secteur du stator qui porte sur toute l'étendue axiale une bobine de l'enrou lement d'excitation désignée, par exemple, par 86, de telle manière que des secteurs consé cutifs, portant des bobines 84 à 87, de l'enrou lement d'excitation, soient traversés à chaque fois en sens opposé.

La machine travaillant avec ce stator suivant le principe de la modulation peut, dans des cas particuliers, être avantageuse, lorsque par exem ple les propriétés convenables de la matière fer ritique doivent être exploitées. D'ailleurs, les noyaux de ferrite ont été, jusqu'à présent, très coûteux et leur bobinage revient plus cher que celui d'un stator à rainures suivant la figure 21. A cela s'ajoute la difficulté d'assemblage du sta tor, la position régulière des noyaux individuels les uns par rapport aux autres pouvant être, en partie, détruite par l'échauffement en service. Les flancs allongés des bobines, s'étendant dans la direction axiale, occasionnent des flux de fuite plus grands qui engendrent, suivant les circonstances, des courants réactifs devant être compensés par des moyens supplémentaires. Etant donné que les flux alternatifs traversent le stator entier en raison de la séparation ama- gnétique des noyaux individuels des bobines, sans se réunir dans une large mesure en un flux continu, la machine peut en même temps fonctionner avec une seule fréquence. Un enroulement de refroidissement ne peut pas être disposé aisément dans le stator.

La figure 25 est une vue en plan d'un stator d'une machine travaillant suivant le principe du champ oscillant. Le stator 99 est constitué par un noyau feuilleté unique et porte des rai nures sur la face- transversale représentée ainsi que, de la même façon, sur le second côté se trouvant derrière le plan de la figure.

Les bobines de l'enroulement d'excitation 90 à 93, situées dans les rainures individuelles, for ment, là encore, des secteurs traversés par des courants opposés et d'autres secteurs sont formés par les bobines de l'enroulement de courant alternatif 94 à 98 disposées dans d'autres rai nures. Les secteurs de l'enroulement de courant alternatif sont décalés dans la direction périphé rique vers les secteurs de l'enroulement d'exci- tation, de sorte que chaque fois une bobine de l'enroulement d'excitation, par exemple 91, renferme chaque fois un côté de deux bobines juxtaposées, par exemple 95 et 96, de l'enroulement de courant alternatif. En outre, il existe entre, chaque fois, un côté de bobine de l'enroulement alternatif et un côté de bobine de l'enroulement d'excitation des zones de conductibilité magnétique différentes qui sont produites, par exemple, par les rainures vides 100 à 106. Ces rainures vides, de même que les rainures comprenant les conducteurs de l'enroulement de courant alternatif, conformé ment au principe du champ oscillant, détermi nent la fréquence du courant alternatif induit.

La figure 26 montre la disposition des rai nures dans la périphérie développée du stator 99 et d'un disque de rotor 107 qui correspond essentiellement à celui de la figure 23. Dans le cas des rainures ouvertes dans cet exemple et comportant les enroulements de courant alter natif, les flux de fuite, comparativement aux rainures à demi-fermées de la figure 22, sont plus grands. Dans les machines travaillant sui vant le principe de la modulation, notamment suivant les figures 20 et 22, des pertes plus fai bles sont également produites, parce que le sta tor est soumis à une aimantation moins alterna tive et qu'aucun champ oscillant n'est produit dans le rotor.

Les formes de réalisation suivant les figures 27 à 32 sont toutes conçues pour l'excitation uni polaire et travaillent suivant le principe de la modulation. Dans le cas des génératrices à exci tation unipolaire, les courants produits sont généralement exempts d'harmoniques. En outre, il est avantageux que les disques de rotor dénués d'enroulements subissent une aimantation alter native simplement à la surface, en raison des flux de fuite provenant du stator, mais non dans toute la profondeur. En utilisant des mesures particulières, on peut donc fabriquer tout dis que de rotor à partir d'une pièce usinée mas sive unique, de sorte qu'il n'y a pas à craindre de pertes notables dans les disques du rotor lors du fonctionnement de la génératrice.

La génératrice représentée à la figure 2 se distingue de la génératrice à excitation hétéro- polaire suivant la figure 20, tout d'abord par la réalisation du stator. Comme le montrent éga lement les figures 29 et 30, qui représentent en plan les stators de ce type bobinés de différentes façons, cette génératrice est constituée par deux bagues circulaires 108, 109 emboîtées concentri quement l'une dans l'autre. Les deux bagues sont constituées, soit par des éléments de ferrite assemblés, soit, ce qui est préférable le plus souvent, par un feuilletage de couches de sépa ration isolantes s'étendant axialement. Le feuil letage peut être obtenu, là encore, de préférence par un enroulement de tôles ou par des tôles échelonnées radialement.

On a prévu entre les deux parties de forme annulaire circulaire du stator un enroulement annulaire servant d'enroulement d'excitation 113 qui agit en même temps comme couche de sépa ration amagnétique entre les deux bagues du stator contiguës, conduisant bien le flux magné tique. Deux bagues 114 et 115, placées dans la couche de séparation amagnétique, maintien nent à distance de l'enroulement d'excitation 113 les forces produites entre les bagues du stator et exercent, en outre, une action de stabilisa tion sur le champ d'excitation.

Les directions principales du flux, se produi sant lors de l'excitation unipolaire, sont repré sentées aux figures 27 et 29. Par conséquent, les deux directions principales opposées, s'étendant axialement, du flux d'excitation sont super posées, vues dans la direction radiale. L a tra jectoire fermée du flux traverse donc également, dans ce cas, chaque entrefer actif 64, 65 dans les deux directions axiales. Ceci permet de nou veau une bonne exploitation de la machine. Le stator est subdivisé de préférence par la cou che de séparation amagnétique, de manière à obtenir dans les aires de section transversale considérées dans la direction axiale, sous l'action du flux d'excitation, les mêmes inductions, c'est- à-dire un degré de saturation uniforme.

Les côtés transversaux du stator, tournés vers les entrefers actifs 64, 65, sont de nouveau munis de rainures s'étendant axialement pour recevoir chacun un enroulement de courant alternatif 114, 115. La réalisation de ces enroulements s'établit d'après la configuration des dents et des rainures des disques 110 et 112 du rotor.

Chaque disque du rotor est essentiellement fabriqué à partir d'une pièce massive. Pour la fabrication de ces disques, on utilise de préfé rence un acier fondu au silicium qui supprime sur le trajet de retour du flux les fluctuations du champ d'excitation. Des dents et des rainures radiales sont usinées comme zones de conducti bilité magnétique différentes dans les faces des disques tournées vers les entrefers. Des rainures amagnétiques peuvent être ménagées dans. les côtés opposés des disques du rotor à la hauteur du diamètre de la couche de séparation amagné- tique du stator. Une telle rainure 118 a été représentée dans le disque de rotor de la figure 10. Par suite des rainures amagnétiques, le flux d'excitation se ferme sur la partie postérieure, de sorte qu'il ne se produit pas de saturation des dents pouvant altérer l'action de modulation désirée.

Pour éviter les pertes dans les disques du rotor par l'action des enroulements de courant alter natif, les surfaces des dents peuvent être recou vertes par des tôles feuilletées. Il est encore bien plus avantageux d'effectuer la stratification dans la direction axiale par enlèvement de couches minces de matière dans les dents massives des disques de rotor par des procédés d'usinage appropriés.

Les disques de rotor 110, 112., comportant leurs canaux de refroidissement 74 dans le moyeu, sont montés sur un arbre 64 en matière de préférence amagnétique. Si l'arbre n'est pas constitué par une telle matière, des détériora- tions des paliers peuvent se produire, sous cer taines circonstances; par l'action du flux d'exci tation de grande force.

Dans la génératrice à excitation unipolaire, les enroulements du stator et les dents et les rai nures des disques du rotor peuvent être réglés les uns par rapport aux autres d'une façon par ticulière. En raison du changement de direction du flux du champ unipolaire, des tensions oppo sées qui se neutralisent peuvent, en effet, être induites, dans le cas contraire, dans les conduc teurs radiaux des enroulements de courant alter natif.

C'est pourquoi, on doit combiner, par exem ple, un stator bobiné suivant la figure 28, dont l'enroulement ondulé présente des conducteurs passant d'un bout à l'autre dans la direction radiale, avec des disques de rotor réalisés confor mément à la figure 29. Dans le -cas d'un tel dis que, des dents et des rainures sont décalées les unes des autres à la hauteur du diamètre de la couche de séparation amagnétique, de sorte que chaque rainure se raccorde à une dent; par exemple, 119 et vice-versa. D'autre part, on peut combiner des disques de rotor suivant la figure 23, qui possèdent -des dents et des rainures tra versant toute la longueur radiale, avec le stator bobiné conformément à la figure<B>30.</B> Sur cette figure. l'enroulement de courant alternatif 114 saute chaque fois sur une rainure voisine à la hauteur de la couche de séparation amagnéti- que 118. Au lieu des enroulements ondulés sui vant les figures 28 et 30, on peut naturellement prévoir aussi des enroulements à -boucles.

Abstraction faite des différences dues à l'exci tation unipolaire, une génératrice réalisée conformément aux figures 27 à 30 possède tous les avantages de la forme de réalisation parti culièrement favorable suivant les figures 20 à 23.

Ceci est également valable, en particulier, en ce qui concerne la modulation quadruple du flux d'excitation par les entrefers actifs et en ce qui concerne les très bonnes conditions de refroi dissement qui rendent superflue l'utilisation d'un- ventilateur particulier, même dans le cas d'une grande puissance de la machine.

Dans la variante d'une génératrice à excitation unipolaire suivant la figure 31, c'est principale ment le stator qui est digne d'intérêt. Ce stator est encore représenté en plan à la figure 32. Il se caractérise par le fait qu'il est subdivisé, d'une part, à la hauteur de la couche de sépara tion amagnétique réalisée avec un enroulement d'excitation annulaire 127 et, d'autre part, à la division des rainures de la machine, par des joints de séparation s'étendant radialement, en noyaux de bobines en forme de segments de même section transversale, par exemple 123 à 126. Des spires de l'enroulement de courant alternatif, qui agissent également comme cou ches de séparation amagnétiques entre les noyaux de bobines, sont placées autour de ce noyau sur toute la longueur des flancs. Suivant que la génératice est munie de disque de rotor suivant la figure 23 ou suivant la figure 29, les spires des noyaux sont reliées- ensemble au sens de la figure 30 ou de la figure<B>28.</B>

En ce qui concerne les propriétés particulières du stator constitué par des noyaux individuels, ce qui a été proposé dans la figure 24 s'applique également. On mentionne ci-après, suivant un développement de l'invention, des mesures qui concernent, en particulier, une machine en trois parties travaillant comme machine synchrone. Une telle machine a été représentée aux figures 33 à 36. Tandis que le disque médian partiel 128 entièrement feuilleté dans la direction axiale est fixe, les disques partiels d'extrémité <B>129</B> et 130 tournent à présent. Le disque partiel médian 128 porte un enroulement de courant alternatif 166 qui est situé sur les deux faces transversales du disque partiel médian 128 dans des rainures d'enroulement<B>167</B> s'étendant axia- lement. L'enroulement de courant alternatif<B>166</B> est constitué de manière qu'il passe obliquement à la périphérie extérieure du disque médian par tiel 128 d'une face transversale à l'autre (fig. 34). Etant donné que les obliquités restent constantes, une bonne exploitation de la place est possible. Pour une meilleure continuation du schéma d'enroulement utilisé ici, on renvoie, en outre, à la figure 36 où les parties individuelles de l'enroulement de courant alternatif 166 sont affectées, comme à la figure 34, des lettres de référence- U, V, W et X, Y, Z connues pour représenter l'enroulement d'une machine élec trique triphasée. A la figure 36, les faces polaires de quatre pôles à griffes 133 et 134 en forme de secteurs de disque sont représentées en pro jection. La direction du flux magnétique est indiquée par les symboles<B>137</B> et 138.

La machine synchrone représentée à la figure 34 est illustrée en coupe axiale à la figure 33. Chacun des disques partiels d'extrémité<B>129</B> et 130 est divisé en une partie <B>131</B> en forme de disque et une partie annulaire 132 dont chacune est munie de pôles à griffes 133 et 134. Ces pôles sont alors disposés de façon que chaque pôle à griffe 134 de la partie en forme de disque 131 alterne avec un pôle à griffe 133 de la partie annulaire 132. Une bobine d'excitation annu laire 135 est alors située entre ces parties. Un élément - de retour de flux magnétique 136 se raccorde vers l'extérieur: La trajectoire du flux magnétique est désignée par 137 et 138.

La figure- 35 est une vue d'une partie du dis que partiel d'extrémité rotatif<B>129</B> suivant la figure 34 dans la zone de l'entrefer, à savoir avec rune représentation un peu plus exacte. Cette figure montre, en particulier, les pôles à griffes 133 et 134. La direction du flux magnétique est indiquée comme à la figure 36. A l'aide des figures 37 et 38, on décrit une autre possibilité de réalisation d'une machine synchrone. Celle-ci a un disque partiel médian rotatif 139 et deux disques partiels d'extrémité fixes 168 et 169, qui sont réalisés en totalité par une matière feuilletée dans la direction axiale. Le retour du flux magnétique s'effectue à l'intérieur de chaque tôle, de sorte que le flux, dans chaque tôle, décrit à cet endroit une tra jectoire qui représente à peu près une partie de la périphérie d'une enveloppe cylindrique. Ceci est indiqué par les symboles 170 et 171. Un enroulement de courant alternatif 172 est situé dans chaque disque partiel d'extrémité 168, 169 dans des rainures d'enroulement qui n'ont pas été représentées. Tandis que le disque médian partiel 139, représenté à la figure 37, est illustré de façon plus détaillée à la figure 38, il peut, toutefois, être remplacé également par des formes de réalisation qui seront expliquées plus loin à l'aide des figures 39 et 40 ou des figures 41 à 43.

Le disque partiel médian 139 comporte un disque 140 en matière massive qui est réalisé sur ses deux faces transversales, de manière que des bobines d'excitation 141 et 142 puissent se loger dans des renfoncements correspondants. Ces derniers servent en même temps à former des noyaux polaires 143 et 144 qui n'ont alors plus besoin d'être fabriqués et montés en particulier. Le recouvrement des bobines d'excitation 141 et 142 est assuré par des patins polaires 145 et 146 dont chacun affecte une forme telle que les tensions induites, lors du fonctionnement comme génératrice dans les enroulements de courant alternatif des disques d'extrémité partiels, aient exactement une forme sinusoïdale. Il est égale ment concevable de ménager dans chacune des pièces polaires 145 et 146 des alésages radiaux non représentés ici et d'y insérer des barres d'amortissement, à savoir toujours lorsqu'une bague d'amortissement placée dans les patins polaires 145 et 146 n'est pas suffisante. Mais il est également possible de placer en commun des bagues d'amortissement 147 autour des deux pièces polaires 145 et 146 pour s'opposer, en outre, aux dissymétries de l'excitation et des enroulements de courant alternatif des parties du stator. On prévoit de plus des pales de ven tilateur 148 pour soutenir l'efficacité de ventila tion. Les bobines d'excitation 141 et 142 sont alimentées au moyen de bagues collectrices ou de redresseurs rotatifs alimentés par un trans formateur, ce qui n'a toutefois pas été représenté ici. Une autre possibilité d'obtention d'une forme sinusoïdale exacte de la tension produite réside dans une réalisation en forme de secteur des disques des pièces polaires qui ont alors des épaisseurs différentes, de sorte que la forme sinusoïdale désirée est obtenue par suite d'une longueur axiale différente des entrefers. Toutefois, il est également concevable de réa liser le disque médian divisé d'une machine syn chrone d'une façon différente. A la figure 39, un disque partiel médian 149 est monté sur l'arbre de la machine ; un disque est muni de noyaux polaires 150 autour de chacun desquels une bobine d'excitation 151 est placée. La produc tion du flux d'excitation par ces bobines à bran che polaire donne une constante de temps beau coup plus favorable comparativement à la production du flux d'excitation par une bobine annulaire. On obtient également des simplifica tions de construction, car des bobines indivi duelles plus petites peuvent être fabriquées plus facilement, de même que leur dilatation thermi que est plus facile à dominer que celle d'une bobine annulaire. Des pièces polaires 151 sont fixées sur les noyaux polaires 150. Par l'obliquité de la face transversale droite du disque partiel 149, celui-ci prend une section transversale de sollicitation de la force centrifuge restant à peu près constante dans la direction radiale et, dans le cas d'une fixation des pièces polaires 152 au moyen d'une liaison par vis, on peut éviter une sollicitation au cisaillement des vis à l'aide d'un autre centrage, ce qui n'a, toutefois, pas été représenté en détail. Les patins polaires 152 ont une section transversale qui va en augmentant vers la périphérie de la machine pour obtenir également sur ce côté un entrefer s'étendant radialement. Malgré cela, il est possible, par la conformation des patins polaires 152, de déter miner la longueur des entrefers afin d'obtenir, à chaque fois, une courbe de tension la plus sinusoïdale possible. Une représentation, en perspective, du disque partiel médian 149 est donnée à la figure 40. Celle-ci montre également, entre autre, qu'on a prévu, dans la même direc tion axiale que l'espace interpolaire 153, sur l'autre côté transversal du disque partiel médian 149, des renfoncements radiaux 154 qui ont pour but d'obtenir une efficacité des pôles nettement prononcée. Les bobines individuelles 151 sont branchées de manière que la polarité des pôles individuels alterne, ce qui est caractérisé par les symboles 155 et 156.

On décrit ci-après l'application de l'invention à un transformateur à un seul induit dont les disques partiels médians rotatifs 157 sont repré sentés en coupe à la figure 41 et ont une ressem blance avec les disques partiels d'extrémité 129 et 130 représentés à la figure 33. Le disque par tiel médian 157 est divisé en une partie en forme de disque 158 et une partie de forme annulaire 159, entre lesquelles se trouve une bobine d'exci tation annulaire 160 qui effectue en même temps une séparation amagnétique de ces parties. Des pôles à griffes 161 et 162 portent, sur chaque face transversale, des parties 158 et 159, chaque pôle à griffe de la partie en forme de disque 158 alternant avec le pôle à griffe de la partie annu- laine 159. L'intervalle 163, situé entre les pôles à griffes 161 et 162, peut être rempli avec une matière amagnétique, notamment une résine coulée.

La figure 42 montre le disque partiel 157 en élévation latérale. Chacune des deux faces trans versales de ce disque, dont l'une est associée à une fonction motrice et l'autre à une fonction génératrice, a, à présent, un nombre différent de pôles à griffes 161 et 162, ce qui ressort d'une autre représentation suivant la figure 43. Les flèches 164 et 165 montrent l'allure du flux magnétique. Les enroulements de courant alter natif des disques d'extrémité partiels utilisés à chaque fois doivent alors avoir des divisions de pôles correspondantes.

On a déjà mentionné que le feuilletage des parties de machine stratifiées peut être effec tué par enroulement d'une bande de tôle de lar geur correspondant au diamètre désiré. Mais il est également concevable, suivant un autre aspect de l'invention, d'obtenir des trajectoires de fer actif séparées nagnétiquement les unes des autres par le fait qu'on ménage des fentes par le procédé connu en soi d'érosion par étin celles dans une matière massive. Le procédé d'érosion par étincelles convient particulière- ment bien à cet effet, car le processus d'érosion se cantonne à des surfaces de très faibles lar geurs, mais peut quand même être conduit à une profondeur suffisante. Les fentes produites par un tel enlèvement de matière peuvent ensuite être remplies, par exemple, avec une résine coulée.

L'invention n'a été décrite jusqu'ici qu'en vue de son application à des machines électriques et des transformateurs, en effectuant une divi sion en parties fixes et parties rotatives de machine. Il en a été ainsi pour ne pas charger inutilement, par d'autres variantes possibles, la vue d'ensemble sur les modes de réalisation pro posés individuellement. Pour la configuration essentielle d'une machine électrique, il importe peu de savoir quelles pièces tournent et quelles pièces sont fixes, si l'on fait abstraction des problèmes intéressant le logement et le palier. Ainsi, il est naturellement concevable que les deux parties tournent, comme cela a d'ailleurs déjà été le cas dans des machines électriques de construction cylindrique. Les deux parties de la machine tournent de même, par exemple, dans le cas des embrayages de glissement électro- magnétiques qui travaillent, en principe, exacte ment comme une machine électrique. Il est également concevable d'utiliser l'objet de l'invention pour la réalisation de freins à cou rants de Foucault. C'est pourquoi diverses autres modifications peuvent être apportées aux formes de réalisation représentées et décrites en détail, sans sortir du cadre de l'invention.

Claims (1)

1. IIÉSUMÉ Machine électrique à stator et rotor, remar quable, notamment par les caractéristiques sui vantes, considérées séparément ou en combinai sons 1 Le stator et le rotor sont réalisés par une construction à disque connue en soi et le stator ou le rotor sont divisés en deux disques partiels séparés par construction, entre lesquels le rotor ou le stator non divisé est situé ; 2 La partie de machine non divisée, située au =milieu, est un enroulement d'excitation de ten sion continue ; 3 La machine électrique est réalisée comme machine synchrone ; on dispose sur les deux dis ques partiels extérieurs, chaque fois, un enroule ment de courant alternatif, de telle manière que les enroulements de schéma de bobinage connu en soi soient insérés dans des rainures radiales sur la face transversale du disque partiel tournée vers l'entrefer ; 4 Les entrefers entre la partie médiane de la machine et les deux disques partiels extérieurs sont de longueur différente pour l'obtention d'une forme sinusoïdale la plus exacte possible ; 5 La partie médiane comporte au moins un enroulement d'amortissement crui est réalisé comme une roue à rayons et dont les barres d'amortissement sont mises en court-circuit par une bague extérieure et une bague intérieure ; 6 La machine électrique est réalisée comme machine à courant continu ; dans la partie médiane immobile contenant l'enroulement d'excitation, les deux disques partiels extérieurs portant les enroulements de courant alternatif ont un moyeu creux sur la paroi intérieure duquel est monté un collecteur dont les faces de contact sont tournées vers l'axe de la machine 7 Les deux disques partiels extérieurs sont immobiles et la partie médiane, comprenant l'enroulement d'excitation tourne et est alimen tée par des bagues collectrices ; 8 La partie médiane tourne et porte un enroulement d'excitation unipolaire, tandis que les deux disques partiels extérieurs sont fixes et l'un d'eux coopère avec la partie médiane comme générateur, tandis que l'antre coopère avec la partie médiane comme moteur ; 9 La partie médiane rotative est divisée par une couche de séparation amagnétique annu laire, à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation, en deux parties emboîtées l'une dans l'autre et, en outre, des pôles à griffes sont prévus sur le côté de la partie médiane qui est tourné vers le disque divisé associé avec le fonc tionnement comme moteur, ces pôles conduisant de façon hétéropolaire le flux produit par l'enroulement d'excitation unipolaire, parl'inter- médiaire de l'entrefer, dans le disque divisé associé avec le fonctionnement comme moteur et on propose, en outre, de prévoir, sur le côté ' qui est tourné vers le disque divisé associé avec le fonctionnement comme générateur, des dents et des rainures qui sont décalées les unes des autres à la hauteur de la couche de séparation amagnétique, de manière qu'une dent soit conti guë à une rainure et vice versa ; <B>10'</B> Le disque divisé, travaillant comme gêne rateur, présente au niveau de l'entrefer une cou che de fer qui est feuilletée avec des joints de séparation s'étendant axialement et à laquelle i se raccorde un élément de retour de flux magné tique en matière massive ; <B>Il'</B> Le fer du disque divisé travaillant comme moteur est entièrement feuilleté avec des joints de séparation s'étendant axialement, le retour du flux magnétique s'effectuant à l'intérieur de chaque tôle individuelle ; 12 On donne à la bague de fer du disque divisé fixe, travaillant comme générateur, un épaississement de section transversale réglable dans une position telle que le flux qui le traverse ne constitue pas un flux utile pour l'enroule ment de ce disque divisé ; 13 Le fer de ce disque divisé présente sur sa face transversale extérieure une rainure annu laire s'étendant sur tout le disque et une bague de fer de section transversale appropriée peut être insérée, aussi profondément qu'on le désire, dans cette rainure pour la distribution du flux magnétique dans le fer du stator ; 14 La partie médiane rotative est supportée par rapport à l'arbre fixe et l'arbre peut cou lisser dans la direction axiale en vue du réglage des entrefers ; 15 La machine électrique comporte des entrefers dont chacun, vu dans la direction axiale, a une conductibilité différente ; dans ce cas également, la partie médiane rotative est divisée par une couche de séparation annulaire amagnétique, à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation unipolaire, en deux parties emboîtées l'une dans l'autre, en pré voyant sur les deux côtés de la partie médiane rotative des dents et des rainures qui sont déca lées à chaque fois les unes par rapport aux autres à la hauteur de la couche de séparation amagnétique, de manière qu'une rainure soit contiguë à une dent et vice versa, les deux dis ques divisés fixes présentant sur l'entrefer une couche de fer qui est feuilletée avec des joints de séparation s'étendant axialement et à laquelle se raccorde un élément de retour de flux magné tique en matière massive ; 16* La division des dents et des rainures est différente de chaque côté de la partie médiane ; 17 La machine présente une rainure annu laire et une bague de fer ; 18 Chaque disque divisé fixe présente un enroulement d'excitation unipolaire et, sur l'entrefer, une couche de fer qui est feuilletée avec des joints de séparation s'étendant axiale- ment ; un élément de retour de flux magnétique en matière massive se raccorde alors à cette couche et la partie médiane rotative est divisée, à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation, en deux parties emboîtées l'une dans l'autre, tandis qu'on prévoit sur ses deux côtés des dents et des rainures qui sont, à chaque fois, décalées les unes par rapport aux autres à la hauteur de la couche de séparation, de manière qu'une rainure soit contiguë à une dent, et vice versa ; 19 Les enroulements d'excitation sont montés en série ; 20' La partie médiane rotative d'un disque peut être constituée par une matière massive et elle comporte des rainures et des dents ; les deux parties fixes du disque présentent alors chacune un enroulement d'excitation unipolaire, avec une couche de fer feuilleté sur l'entrefer, et l'enroulement de courant alternatif, situé dans cette couche, passe sur la rainure voisine à la hauteur du diamètre de l'enroulement d'excitation ; 21' Le côté extérieur d'une ou des parties de disque présente un renfoncement en spirale qui est fermé vers l'extérieur par un couvercle et qui est traversé par un fluide de refroidisse ment ; 22' La machine comporte des pôles de com mutation en forme de secteur de cercle entre les pôles principaux, qui produisent également un flux s'étendant dans la direction axiale ; <B>23'</B> La machine électrique est réalisée notam ment comme génératrice à stator et rotor réa lisés à disques et à entrefers entre le stator et le rotor présentant des zones de conductibilité magnétique différente ; le rotor ou le stator, montés entre les disques partiels extérieurs, por tent simplement au moins un enroulement de courant alternatif et sont traversés dans chaque direction axiale au moins une fois par le flux d'excitation ; 24 Le stator ou le rotor monté entre les dis ques partiels extérieurs reçoit, en plus d'au moins un enroulement de courant alternatif, l'enroulement d'excitation ; <B>25'</B> La machine présente une excitation hétéropolaire ; les trajectoires des flux d'excita tion délimitent des surfaces qui représentent à peu près des parties d'enveloppes cylindriques disposées coaxialement les unes par rapport aux autres ; <B>26'</B> Le stator portant au moins un enroule ment alternatif est réalisé en forme de secteur de disque et les secteurs sont entourés avec cha cun une bobine de l'enroulement d'excitation, de telle manière que des secteurs se succédant à la périphérie soient traversés à chaque fois par le flux dans la direction opposée à celle du flux principal ; 27 Le stator réalisé -en forme de secteur de disque est feuilleté avec formation de couches de séparation s'étendant axialement et présente sur les côtés transversaux tournés vers les disques partiels du rotor (disques de rotor) des rainures d'enroulement radiales pour les enroulements de courant alternatif ; <B>28'</B> On prévoit, sur les faces transversales du stator, en plus de rainures pour les enroulements de courant alternatif, des rainures s'étendant radialement pour recevoir l'enroulement d'exci tation ; 29 La machine travaille selon le principe de la modulation ;les enroulements de courant alternatif sont réalisés comme enroulements ondulés ou à boucles et plusieurs faces de bobines de ces enroulements disposées- dans les rainures situées les unes derrière les autres sont enfermées par-- la bobine, associée avec un sec teur, -de l'enroulement d'excitation 30` Le stator réalisé en forme -de secteur est divisé, conformément à la division des rainures de la machine, par des couches de séparation s'étendant radialement en noyaux de bobine de section -transversale égale et des spires d'un enroulement de courant alternatif sont placées autour de ces noyaux de bobine ; <B>31'</B> Les noyaux de bobine sont feuilletés avec des couches de séparation s'étendant axiale ment ; 32 Les noyaux de bobine sont constitués par une ferrite 33' La machine électrique travaille selon le principe du champ oscillant ; un enroulement de courant alternatif est constitué par des bobines individuelles disposées également sur des secteurs de disques, ces bobines étant déca lées par rapport aux bobines des enroulements d'excitation dans la direction périphérique, de manière que chaque fois une bobine de l'enrou lement d'excitation entoure chaque fois un côté de deux bobines juxtaposées de l'enroulement de courant alternatif et, en outre; des zones de conductibilité magnétique différente sont pré vues entre chaque fois deux côtés de bobine à spires de type différent ; 34' Les zones de conductibilité magnétique différente sont formées par des dents et des rai nures supplémentaires sur les deux côtés trans versaux du stator, avec chaque fois la même division ; 35 La machine comporte deux disques de rotor non bobinés ; les côtés des disques de rotor tournés vers le stator sont munis de dents et de rainures sur toute la longueur radiale ; <B>36'</B> La machine présente une division inégale des dents et des rainures sur les deux disques de rotor ; 37 Les disques de rotor sont feuilletés avec des couches de séparation d'isolement électri- que s'étendant axialement ; 38 Les disques de rotor présentent chacun un moyeu massif monté sur l'arbre de la machine, une partie feuilletée entourant ce moyeu et une bague de serrage entourant la partie feuilletée ; 33 Le moyeu est relié avec la bague de ser rage placée sur le côté tourné vers l'enroulement d'excitation par -des barres radiales en une matière amagnétique conduisant le courant élec trique ; 40 La machine est à excitation unipolaire ; les deux directions principales du flux s'éten dant axialement sont opposées et sont superpo sées, vues dans la direction radiale ; 41 Le stator portant au moins un enroule ment de courant alternatif est subdivisé par un enroulement d'excitation de forme annulaire comme couches de séparation amagnétique en deux faces traversées dans les directions oppo sées par le flux, en forme de bagues circulaires emboîtées coneeniriquement, de manière que les faces atteignent le même degré de saturation ; 42' Les côtés des disques de rotor contigus au stator présentent des rainures amagnétiques en forme d'anneaux circulaires à la hauteur du diamètre de la couche de séparation dans le stator ; 43 Le stator est -feuilleté avec des joints de séparation s'étendant axialement et est muni, sur les faces transversales, de rainures radiales pour les enroulements de courant alternatif réa usés comme enroulements ondulés. ou à boucles ; 44 Les conducteurs de l'enroulement de cou rant alternatif dans le stator passent uniformé ment dans la direction radiale et le côté contigu au stator de chaque disque de rotor présente des dents et des rainures formant des zones de conductibilité magnétique différente, qui sont décalées à la hauteur du diamètre de la couche de séparation amagnétique les unes par rapport aux autres, de manière que chaque fois une rai nure se raccorde à une dent et vice versa ; 45' L'enroulement de courant alternatif saute à la hauteur du diamètre- de la couche de sépa ration amagnétique à la rainure voisine et les dents et les rainures s'étendent sur les côtés des disques de rotor contigus au stator sur toute la longueur radiale 46 Le stator est divisé, d'une part, à la hau teur du diamètre de la couche de séparation amagnétiquë et, d'autre part, conformément à la division des rainures de la machine, par des joints de séparation s'étendant radialement en noyaux de bobines de même section transversale et des spires de l'enroulement de courant alter natif sont placées autour de ces noyaux de bobine ; 47 La machine présente un feuilletage des noyaux de bobine formant une couche de sépa ration axiale 48 Les noyaux de bobine sont constitués par une ferrite ; i 49 Chaque disque de rotor est constitué par une pièce massive unique qui est feuilletée sur le côté tourné vers le stator avec formation de couches de séparation s'étendant axialement ; 50 Les rotors présentent dans le moyeu des canaux à travers lesquels le fluide de refroidis sement gazeux peut s'écouler vers les dents et les rainures ; <B>51'</B> On prévoit, entre chaque fois un disque du rotor et une paroi extérieure, un système de refroidissement d'aval qui est baigné par le fluide de refroidissement gazeux sous l'action de ventilateur du disque de rotor associé, muni de dents et de rainures ; 52 Le stator est traversé dans la zone médiane axiale par des tubes de refroidissement disposés radialement, reliés ensemble en formant des har moniques en matière conduisant bien le courant électrique ; 53' Le disque partiel médian porte un enrou lement de courant alternatif, de sorte que des parties de spires se trouvent dans des rainures radiales des deux côtés du disque divisé médian et chaque fois une des deux faces de bobine d'une spire se trouve sur une face du disque divisé médian, les deux côtés de bobine ayant une distance à peu près égale à une division de pôle ; 54 Le disque partiel médian est constitué par une matière massive présentant sur ses deux faces transversales chaque fois au moins deux bobines d'excitation produisant un flux de direc tion opposée, et des patins polaires se raccordent à l'entrefer ; 55 Le disque médian partiel présente sur chaque face transversale des renfoncements pour la disposition des bobines d'excitation ; 56 Les patins polaires présentent des faces transversales à plans parallèles dont la forme régit le flux magnétique dans l'entrefer, de manière que les tensions induites dans l'enrou lement de courant alternatif soient sinusoï dales ; 57 Les patins polaires présentent des alésages radiaux pouvant recevoir des barres d'amortis sement ; 58 Les patins polaires sont réalisés en forme de secteurs de disque et ont des épaisseurs dif férentes, de sorte que, par suite d'une différence appropriée des longueurs axiales d'entrefers, les tensions induites dans l'enroulement de courant alternatif sont sinusoïdales ; <B>59'</B> Le disque médian partiel présente sur une de ses faces transversales des noyaux polaires dis posés eoncentriquement par rapport à l'axe de la machine avec des bobines d'excitation et des patins polaires et sur leur autre face transver sale des renfoncements s'étendant radialement, dont le milieu est situé à chaque fois à peu près dans la même direction axiale que l'espace inter. polaire, la direction de passage du flux de pôles voisins étant alternée ; 60 La face transversale, munie à chaque fois de noyaux polaires d'un tel disque partiel, est disposée obliquement au sens d'une réduction de section transversale vers la périphérie et les patins polaires montés sur les noyaux polaires augmentent de section transversale vers la péri phérie, de telle façon que la réduction de sec tion transversale du disque partiel est com pensée ; 61 Le disque médian partiel est divisé en une partie diseoïdale et une partie de forme annu laire et les faces transversales de ces deux par ties ont des pôles à griffes, en sorte que de chaque côté du disque partiel, un pôle à griffe de la partie diseoïdale alterne avec un pôle à griffe de la partie de forme annulaire, et une bobine d'excitation est située entre la partie de forme discoïdale et la partie de forme annu laire ; <B>62'</B> Le nombre des pôles à griffes est diffé rent de chaque côté d'un tel disque partiel et celui-ci joue le rôle d'un transformateur à un seul induit ; 63 Les patins polaires ou les griffes polaires sont munis à chaque fois d'au moins une bague d'amortissement et présentent éventuellement des barres d'amortissement supplémentaires s'étendant dans la direction radiale ; 64 Les disques partiels ou parties de ces dis ques feuilletés dans la direction axiale et tra versés par le flux magnétique sans changement de direction sont constitués par une matière pré sentant une direction magnétique privilégiée, laquelle coïncide avec la direction du flux magnétique ; 65 Le feuilletage des parties individuelles des disques partiels est effectué à l'aide de fentes qui sont formées par enlèvement de matière sui vant le procédé d'érosion par étincelles ; 66 Les fentes sont remplies par coulée d'une résine ; 67 On utilise de façon analogue une ou plu sieurs de ces mesures pour des embrayages électromagnétiques à glissement ou pour des freins à courants de Foucault.