FR3026576B1 - Machine synchrone a etage d'excitatrice de moteur/generatrice commun - Google Patents

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Abstract

Une machine synchrone (100) selon l'invention comporte un bâti (110), un arbre (115), une section principale (120) et une section excitatrice (125). La section principale (120) comporte un enroulement statorique (130) qui est monté sur le bâti, et un enroulement rotorique (135) qui est monté sur l'arbre. La section excitatrice comporte un transformateur (140) et un redresseur (145). Le transformateur comporte un enroulement primaire (140A) monté sur le bâti et un enroulement secondaire (140B) monté sur l'arbre. Le redresseur est monté sur l'arbre et redresse une sortie de l'enroulement secondaire pour fournir une sortie redressée au rotor. Une unité de commande (170) fournit un signal de commande haute fréquence à l'enroulement primaire. Ce signal est magnétiquement couplé à l'enroulement secondaire, redressé, et appliqué ensuite au rotor pour commander le fonctionnement de la machine synchrone.

Description

MACHINE SYNCHRONE A ETAGE D’EXCITATRICE DE MQTEUR/GENERATRICE COMMUN
Une machine synchrone est une machine électrique qui peut être utilisée soit comme un moteur synchrone (mode moteur synchrone), soit comme une génératrice synchrone (mode génératrice synchrone). De manière classique, une machine synchrone comporte deux enroulements de champ d’excitatrice séparés et indépendants. De plus, de manière classique, deux unités de commande séparées et indépendantes ont été utilisées, une unité de commande pour l’enroulement de champ d’excitatrice pour le mode moteur synchrone et une autre unité de commande pour l’enroulement de champ d’excitatrice pour le mode génératrice synchrone. L’utilisation de deux enroulements de champ d’excitatrice et de deux unités de commande rend la machine synchrone et le système dans lequel elle est utilisée plus compliqués, plus lourds et moins fiables. Les deux composants d’excitation d’une machine synchrone classique peuvent représenter 20 à 30 % du volume total et du poids de la machine synchrone. Certains systèmes classiques n’utilisent qu’un seul enroulement de champ reconfigurable, mais utilisent néanmoins deux unités de commande séparées et indépendantes, qui utilisent alors des commutateurs ou contacteurs pour connecter l’unité de commande appropriée à l’enroulement de champ. Des enroulements de champ doubles, des unités de commande doubles et/ou des commutateurs et/ou contacteurs augmentent le coût, le poids, le volume et la complexité du système, et ont un effet négatif sur la fiabilité globale du système. Le brevet US 5 770 909 de Rosen et al. divulgue un système de moteur-génératrice synchrone qui utilise un transformateur rotatif.
Les machines synchrones classiques utilisent également un courant d’excitation basse fréquence et des enroulements à grand champ sont utilisés pour éviter les pertes d’énergie. Ces enroulements à grand champ accroissent sensiblement la quantité et le poids du cuivre coûteux utilisé dans les enroulements. En outre, avec le courant d’excitation basse fréquence classique, la force contre-électromotrice générée dans les enroulements de champ est sensiblement affectée par la vitesse du rotor, et cela peut provoquer des problèmes de stabilité au cours du processus de démarrage. L’invention divulgue une machine synchrone qui peut être utilisée comme un moteur synchrone ou bien comme une génératrice synchrone. La machine synchrone comporte un bâti, un arbre, une section principale et une section excitatrice. La section principale comporte un stator (un enroulement statorique, qui peut être un enroulement d’induit) qui est monté sur le bâti, et un rotor (un enroulement rotorique, qui peut être un enroulement de champ) qui est monté sur l’arbre, le stator et le rotor étant couplés magnétiquement l’un à l’autre. La section excitatrice comporte un transformateur et un redresseur. Le transformateur comporte un enroulement primaire fixé au bâti et un enroulement secondaire fixé à l’arbre. Les enroulements primaire et secondaire sont éloignés l’un de l’autre et magnétiquement couplés l’un à l’autre. Le redresseur est connecté électriquement à l’enroulement secondaire, est mécaniquement connecté au rotor, et redresse une sortie de l’enroulement secondaire pour fournir une sortie redressée au rotor. L’enroulement primaire et l’enroulement secondaire du transformateur se présentent chacun sous la forme d’un disque.
Une unité de commande fournit un signal de commande à l’enroulement primaire pour commander le fonctionnement de la machine synchrone.
Dans un mode de réalisation, l’enroulement primaire a un rayon intérieur et le disque définit un plan qui est perpendiculaire à l’arbre, et l’enroulement secondaire a un rayon extérieur, qui est inférieur au rayon intérieur, de sorte que l’enroulement secondaire est positionné à l’intérieur de l’enroulement primaire.
Dans un autre mode de réalisation, l’enroulement primaire est monté sur le bâti à une extrémité de l’arbre, le disque de l’enroulement primaire définissant un premier plan qui est perpendiculaire à l’arbre, et l’enroulement secondaire est fixé à l’arbre près d’une extrémité de l’arbre, le disque de l’enroulement secondaire définissant un second plan qui est perpendiculaire à l’arbre, le second plan étant parallèle au premier plan et éloigné de lui, l’arbre ne pénètre pas dans le premier plan, et l’arbre comporte un canal dans lequel des conducteurs électriques sont placés pour connecter le redresseur à au moins l’un de l’enroulement secondaire ou du rotor. L’invention divulgue également un procédé de fabrication d’une machine synchrone utilisable comme un moteur synchrone ou génératrice synchrone. Le procédé inclut la fourniture d’un bâti, le montage d’un stator sur le bâti, la fourniture d’un arbre qui s’étend depuis au moins une extrémité du bâti ; le montage d’un rotor sur l’arbre, le montage d’un enroulement primaire d’un transformateur sur le bâti, le montage d’un enroulement secondaire du transformateur sur l’arbre, éloigné de l’enroulement primaire, mais magnétiquement connecté à lui, la fixation d’un redresseur à l’arbre et la connexion électrique d’une entrée du redresseur à l’enroulement secondaire et d’une sortie du redresseur au rotor. Soit l’enroulement secondaire est monté à l’intérieur de l’enroulement primaire, de telle sorte qu’ils sont sur le même plan, soit l’enroulement secondaire est monté face à l’enroulement primaire, de telle sorte qu’ils sont dans des plans différents. Un canal est prévu dans l’arbre de telle sorte que des conducteurs électriques peuvent passer du redresseur à l’enroulement secondaire et/ou au rotor.
La figure 1 est un schéma d’un exemple de machine synchrone.
La figure 2 est un schéma illustrant un exemple de mode de réalisation de la machine synchrone.
La figure 3 est un schéma illustrant un autre exemple de mode de réalisation de la machine synchrone.
La figure 1 est un schéma d’un exemple de machine synchrone 100. La machine synchrone 100 comporte un bâti 110, un arbre 115, une section principale 120 et une section excitatrice 125. La section principale 120 comporte un stator 130 (un enroulement statorique, qui peut être un enroulement d’induit) qui est monté sur le bâti, et un rotor 135 (un enroulement rotorique, qui peut être un enroulement de champ) qui est monté sur l’arbre 115. Une partie ou la totalité du bâti 110 peut faire partie, ou être distincte d’un boîtier qui contient la machine synchrone 100.
La section excitatrice 125 comporte un transformateur 140 et un redresseur 145. Le transformateur 140 comporte un enroulement primaire 140A monté sur le bâti 110 et un enroulement secondaire 140B monté sur l’arbre 115. L’enroulement secondaire 140B est éloigné de l’enroulement primaire 140A et est magnétiquement couplé à lui. Le redresseur 145 est connecté électriquement par une pluralité de conducteurs électriques 137 à l’enroulement secondaire 140B, est connecté électriquement par une pluralité de conducteurs électriques 142 au rotor 135, et redresse une sortie de l’enroulement secondaire 140B pour fournir une sortie redressée au rotor 135. Par souci de commodité et de concision, « conducteurs électriques » et une « pluralité de conducteurs électriques », sont parfois simplement appelés « conducteurs » dans les présentes. Le redresseur 145 est fixé à l’arbre 115, soit en étant monté sur l’arbre 115, soit à l’aide d’une autre technique souhaitée et appropriée, telle que l’inclusion du redresseur 115 avec l’enroulement secondaire du transformateur 140. Si on le souhaite, la sortie de l’enroulement secondaire 140B et/ou du redresseur 145 peut être filtrée ou lissée avant d’être appliquée au rotor 135.
On peut également considérer la machine synchrone 100 comme comportant une section statorique 150 et une section rotorique 155, la section statorique 150 comprenant le bâti 110, l’enroulement primaire 140A et le stator 130 et la section rotorique 155 comprenant l’arbre 115, le rotor 135, l’enroulement secondaire 140B et le redresseur 145.
Les lignes électriques 165 connectées au stator 130 servent de lignes d’entrée destinées à fournir une tension d’entrée électrique et de la puissance à la machine synchrone 100 lors du fonctionnement dans le mode moteur synchrone et servent de lignes de sortie destinées à fournir une tension de sortie électrique et de la puissance provenant de la machine synchrone 100 lors du fonctionnement dans le mode génératrice synchrone.
Une unité de commande 170 surveille un ou plusieurs paramètres des lignes électriques 165 et fournit un signal de commande de sortie sur les conducteurs 180 à l’enroulement primaire 140A. L’unité de commande 170 peut surveiller des paramètres tels que, mais pas exclusivement, la tension, le courant, la fréquence et/ou la phase sur les lignes électriques 165. Les paramètres qui sont surveillés peuvent dépendre en partie du fait que la machine 100 est utilisée comme un moteur ou comme une génératrice. Ces paramètres d’entrée peuvent être filtrés, si on le souhaite, pour réduire le bruit avant qu’ils soient fournis à l’unité de commande 170.
Le signal de commande est une tension de forme d’onde alternative (tension de CA), telle que, mais pas exclusivement, un signal de CA à modulation de largeur d’impulsions (MLI). Le signal de commande a de préférence une forme d’onde rectangulaire, telle que fournie par un système de commutation à modulation de largeur d’impulsions, mais peut être une forme d’onde sinusoïdale ou une autre forme d’onde souhaitée. L’unité de commande 170 commande au moins l’une d’une largeur d’impulsion, d’une tension (qui peut être une tension d’impulsion) ou d’une fréquence (qui peut être une fréquence d’impulsion) du signal de commande. Le signal de commande peut être une pluralité d’impulsions ou une pluralité de cycles d’un signal de CA, une monoimpulsion ou un cycle d’un signal de CA, une partie d’un cycle d’un signal de CA ou une combinaison de ceux-ci. Par exemple, selon les paramètres d’entrée surveillés, le signal de commande peut être deux impulsions ou deux cycles d’un signal de CA, peut consister en des impulsions 6-1/2 ou des cycles 6-1/2 d’un signal de CA, ou peut être inférieur à un cycle complet d’un signal de CA. Les impulsions peuvent se présenter sous forme de séries, de longueurs variables, avec des numéros différents dans différentes séries, et/ou avec un espacement variable entre les séries. Le signal de commande peut être filtré, si on le souhaite, avant d’être fourni à l’enroulement primaire 140A.
Le signal de commande est un signal de commande « haute fréquence », c’est-à-dire qu’il a une fréquence qui est supérieure à la fréquence d’entrée (mode moteur), c’est-à-dire, à la fréquence du signal d’entrée sur les lignes électriques 165, et supérieure à la fréquence de sortie (mode génératrice), c’est-à-dire, à la fréquence du signal de sortie sur les lignes électriques 165. De manière davantage préférée, la fréquence du signal de commande est au moins plusieurs fois supérieure à la fréquence de la tension sur les lignes électriques 165. De manière davantage préférée encore, la fréquence du signal de commande est au moins de 10 fois la fréquence de la tension sur les lignes électriques 165 afin de minimiser les effets sur l’excitation provoquée par la vitesse de rotation du rotor 135. Des fréquences plus élevées peuvent également être utilisées. Des fréquences plus basses peuvent également être utilisées, mais la taille, le poids et le coût des enroulements 140A, 140B peuvent augmenter lorsque la fréquence est abaissée, et le couplage entre les enroulements primaire et secondaire peut être affecté par la vitesse de rotation de l’arbre. Dans une mise en œuvre, la fréquence du signal de commande fourni au transformateur 140 est de 10 kHz si la fréquence de la tension sur les lignes électriques 165 est de 400 Hz. De plus, l’utilisation d’une telle fréquence plus élevée du signal de commande permet au transformateur 140 d’utiliser des enroulements plus petits, et moins de fer, que pour les enroulements d’induit de l’excitatrice des systèmes classiques. L’unité de commande 170 peut également surveiller d’autres paramètres ou aspects du fonctionnement de la machine synchrone 100 tels que, à titre d’exemple et non de limite, la vitesse de rotation, la position angulaire de l’arbre, les changements à l’intérieur de celle-ci, etc. Par exemple, un codeur de position d’arbre (non représenté) peut être connecté à l’arbre pour fournir la position angulaire de l’arbre. L’unité de commande 170 peut ensuite ajuster le signal de commande sur les conducteurs 180 en conséquence. Par exemple, si la machine fonctionne comme un moteur et que la charge est telle que les changements dans la position angulaire de l’arbre indiquent que le moteur peut ne pas être capable de maintenir le fonctionnement synchrone, alors la puissance fournie à l’enroulement primaire 140A, et par conséquent au rotor 135, peut être augmentée. Comme autre exemple, si la machine fonctionne comme une génératrice et que la tension de sortie sur les lignes 165 augmente, alors, la puissance fournie à l’enroulement primaire 140A peut être diminuée. L’unité de commande 170 peut faire varier la puissance en ajustant, par exemple, la largeur d’impulsion, le taux de répétition des impulsions, l’amplitude du signal de commande sur les conducteurs 180 et/ou le diagramme d’impulsions (par exemple combien d’impulsions sont fournies dans une série d’impulsions, le temps entre chaque série d’impulsions, etc.).
Cette conception de machine synchrone permet l’utilisation d’un étage d’excitatrice haute fréquence compact unique 125 à la fois pour le mode moteur synchrone et pour le mode génératrice synchrone. Comme mentionné, l’enroulement primaire 140A et l’enroulement secondaire 140B sont dans une relation espacée ; c’est-à-dire qu’ils ne sont pas en contact l’un avec l’autre et que l’enroulement secondaire 140B se déplace lorsque l’arbre 115 tourne alors que l’enroulement primaire 140A, monté sur le bâti 110, ne se déplace pas. L’unité de commande 170 fournit le signal de commande haute fréquence (tension d’entrée) à l’enroulement primaire 140A, ce qui induit une tension de sortie de CA haute fréquence sur l’enroulement secondaire 140B. Cette tension de sortie de CA haute fréquence est redressée par le redresseur 145 pour fournir un courant continu (CC) au rotor 135. Le redresseur 145 peut être, à titre d’exemple non limitatif, un redresseur pleine onde ou un redresseur en pont.
La haute fréquence produite par l’unité de commande 170 permet l’utilisation d’un transformateur plus petit 140, réduisant ainsi la taille de la section excitatrice 145 et réduisant également les pertes de cuivre et de fer. La haute fréquence permet également une bande passante de commande plus large, ce qui permet une meilleure stabilité de la vitesse de la machine et un meilleur contrôle du couple. Cette section excitatrice unique 145 permet également une architecture simplifiée de la machine, un poids réduit du cuivre et/ou du fer utilisé(s) à l’intérieur, un volume réduit et un nombre réduit de sources d’excitation (valeur inférieure des composants). Cette section excitatrice haute fréquence unique 145 permet ainsi une meilleure efficacité et une fiabilité plus importante que les systèmes classiques susmentionnés.
Comme le montre la figure 1, un seul rotor 135 et une seule unité de commande 170 sont utilisés la fois pour le fonctionnement du moteur synchrone et le fonctionnement de la génératrice synchrone. L’élimination des rotors et des unités de commande en double exemplaire utilisés dans les conceptions classiques réduit le volume, le poids et le nombre de composants de la machine synchrone 100.
En outre, en utilisant une tension d’entrée de CA haute fréquence vers le transformateur 140, la tension fournie au rotor 135 est plus stable que dans les machines synchrones classiques. Une tension plus stable vers le rotor 135 améliore la stabilité et le contrôle du processus de démarrage de la machine synchrone 100.
La figure 2 est un schéma illustrant un exemple de mode de réalisation de la machine synchrone 100 montrant le bâti 110, l’arbre 115, le stator 130, le rotor 135, les enroulements du transformateur 140A, 140B, le redresseur 145 et les roulements 160A, 160B. Sont également représentés les conducteurs 180 qui se connectent à l’enroulement primaire 140A par le biais d’un trou, œillet ou autre ouverture 110A, de préférence, mais pas nécessairement, scellés, dans le bâti 110. Sont également représentés des conducteurs 137 et 142. Par souci de commodité et de clarté de l’illustration, ces conducteurs 137 et 142 sont représentés comme faisant partie de l’arbre 115. En pratique, cependant, ces conducteurs devraient de préférence être montés directement sur l’arbre 115 de manière à minimiser les forces centrifuges sur ces conducteurs. Ils pourraient également être placés dans une gorge (non représentée) dans l’arbre. La gorge doit être aussi peu profonde que possible de sorte à avoir l’effet minimum sur la résistance et l’intégrité de l’arbre 115. Si on le souhaite, les conducteurs 137 et 142 pourraient être placés dans un canal de l’arbre 115, tel que représenté sur la figure 3.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, chaque enroulement de transformateur 140A, 140B se présente de préférence sous la forme d’un disque, qui peut avoir une largeur, une longueur, une profondeur, une taille de câble et un nombre de spires aussi convenable et approprié que possible pour une mise en œuvre particulière. L’enroulement primaire 140A peut être considéré comme étant un enroulement « externe » et l’enroulement secondaire 140B peut être considéré comme étant un enroulement « interne ». L’enroulement primaire 140A a un rayon intérieur 140A1 par rapport à l’axe 115A de l’arbre 115, et l’enroulement secondaire 140B a un rayon extérieur 140B1 par rapport à l’axe 115A de l’arbre 115. Le rayon extérieur 140B1 est inférieur au rayon intérieur 140A1, de telle sorte que l’enroulement 140B est ajusté à l’intérieur de l’enroulement 140A et est intérieur à celui-ci. L’espacement entre les enroulements 140A, 140B est suffisamment petit pour que les enroulements 140A, 140B soient magnétiquement couplés l’un à l’autre. De préférence, les enroulements 140A et 140B sont sensiblement dans le même plan 175. Les enroulements 140A et 140B ne doivent pas nécessairement être exactement dans le même plan 175, ils peuvent être légèrement décalés l’un par rapport à l’autre. Les enroulements 140A et 140B sont considérés comme étant sensiblement dans le même plan, même s’ils sont décalés l’un par rapport à l’autre, si le couplage magnétique entre eux est suffisant pour fournir la puissance et le contrôle adéquats au rotor 135. Les enroulements 140A et 140B sont dans un récipient, tel que 140A2 et 140B2, respectivement, pour protéger les enroulements et maintenir les enroulements en place. Les récipients sont de préférence composés de ferrite ou autre matériau servant à permettre une trajectoire fermée aux lignes de force magnétiques provenant des enroulements et pour accroître le couplage magnétique entre les enroulements. L’arbre 115 peut également servir à concentrer le flux magnétique et accroître le couplage si l’arbre 115 est composé de ou inclut un matériau ferromagnétique, en particulier si les récipients ne sont pas composés d’un matériau qui accroît le couplage.
Bien que le bâti 110 soit illustré comme étant un bâti étagé, où une partie du bâti a un rayon différent d’une autre partie du bâti, ceci n’est pas une exigence, le bâti peut avoir une forme différente, de sorte à avoir le même rayon sur la totalité de sa longueur, comme le montre la figure 3. De plus, bien que le bâti 110 soit illustré comme étant à une seule extrémité, c’est-à-dire que l’extrémité 110B est ouverte et l’extrémité HOC est fermée, de telle sorte que l’arbre 115 ne s’étend que depuis l’extrémité 110B du bâti, ceci n’est pas une exigence. L’extrémité HOC peut également être une extrémité ouverte de telle sorte que l’arbre 115 peut s’étendre à la fois depuis l’extrémité 110B et de l’extrémité HOC. De plus, bien que la section excitatrice 125 soit illustrée comme se trouvant sur l’extrémité fermée HOC du bâti 110, elle pourrait à la place se trouver sur l’extrémité ouverte 110B du bâti 110.
La figure 3 est un schéma illustrant un autre exemple de mode de réalisation de la machine synchrone 100. Dans ce mode de réalisation les enroulements de transformateur 140A, 140B ne sont pas des enroulements « interne » et « externe », ce sont des enroulements parallèles ou opposés mais ils ne sont pas dans le même plan. Au contraire, l’enroulement 140A est dans le plan 175A, et l’enroulement 140B est dans le plan 175B de sorte qu’ils se font face. Ils se présentent à nouveau de préférence sous la forme d’un disque. Dans ce mode de réalisation, les conducteurs 137 de l’enroulement secondaire 140B au redresseur 145 sont au moins partiellement à l’intérieur d’un canal ou d’une section creuse 115B dans l’arbre 115 de telle sorte que les conducteurs 137 n’interfèrent pas avec le roulement 160B.
Dans une variante de mode de réalisation, le redresseur 145 peut être, si on le souhaite, positionné à l’extérieur du roulement 160B, c’est-à-dire, entre le roulement 160B et l’extrémité HOC. Dans cette variante de mode de réalisation, les conducteurs 137 peuvent se trouver ou pas dans le canal 115B, mais les conducteurs 142 du redresseur 145 à l’enroulement de rotor 135 doivent être au moins partiellement à l’intérieur du canal 115B dans l’arbre 115 de telle sorte que les conducteurs 142 n’interfèrent pas avec le roulement 160B.
Bien que le redresseur 145 soit représenté sur les figures 2 et 3 comme étant séparé de l’enroulement secondaire 140B, ceci n’est pas une exigence. Par exemple, le redresseur 145 pourrait être encastré dans le récipient 140B2 ou à l’intérieur de celui-ci.
De plus, la conception du canal 115B peut être utilisée avec le mode de réalisation de la figure 2 si, par exemple, il est souhaitable que la section excitatrice 125 se trouve entre le roulement 160B et l’extrémité HOC.
Le mode de réalisation de la figure 2, en plus des avantages et bénéfices décrits ci-dessus, est également avantageux à un autre titre. Si la machine synchrone 100 est utilisée avec, par exemple, un entraînement de vis, alors les forces de compression et de traction sur l’arbre 115 peuvent décaler légèrement l’arbre 115 sur sa longueur, c’est-à-dire le rapprocher ou l’éloigner d’une extrémité 110B ou HOC, mais un décalage a peu d’effet sur le couplage magnétique entre les enroulements 140A et 140B.
Le mode de réalisation de la figure 3, en plus des avantages et bénéfices décrits ci-dessus, est également avantageux à un autre titre : les forces centrifuges réduites exercées sur les enroulements 140A et 140B. Comme les enroulements 140A et 140B sont plus proches de l’axe 115A, les forces centrifuges exercées sur elles seront moindres que les forces exercées dans le mode de réalisation de la figure 2. Cette réduction des forces centrifuges peut être significative pour une machine synchrone 100 qui doit fonctionner à une vitesse exprimée en tours par minutes extrêmement élevée, comme cela peut être le cas pour certaines machines synchrones de plus petite taille.
Ainsi, l’utilisation d’un transformateur à un seul étage d’excitatrice 140, au lieu de Γutilisation de deux transformateurs à deux étages d’excitation séparés ou enroulements reconfigurables, réduit le poids de cuivre et de fer dans la machine, et réduit le nombre de commutateurs et de contacteurs nécessaires lorsque deux transformateurs sont utilisés. En outre, une seule source excitatrice, l’unité de commande 170, est utilisée, plutôt que deux sources d’excitation ou plus. L’unité de commande unique 170 commande la machine synchrone 100 à la fois pour le mode de fonctionnement moteur et génératrice, simplifie la conception de commande et réduit le nombre de composants. Un signal de commande haute fréquence, à la place d’un signal de commande basse fréquence, permet une meilleure commande.
Un procédé de fonctionnement de la machine synchrone comme un moteur synchrone ou bien comme une génératrice synchrone inclut (1) l’application d’une première tension alternative à l’enroulement primaire et l’application d’une seconde tension alternative au stator pour amener la machine synchrone à fonctionner comme un moteur synchrone fournissant un couple de sortie, ou (2) l’application d’une première tension alternative à l’enroulement primaire et l’application d’un couple d’entrée à l’arbre pour amener la machine synchrone à fonctionner comme une génératrice synchrone pour fournir une tension de sortie. Au moins l’un d’une tension, d’une fréquence ou d’un cycle de service de la première tension alternative est ajusté pour commander un couple de sortie lors du fonctionnement de la machine synchrone comme un moteur synchrone ou une tension de sortie lors du fonctionnement comme une génératrice synchrone.
En outre, la divulgation comprend des modes de réalisation conformes aux clauses suivantes :
Clause 1. Machine synchrone (100) comprenant : un bâti (110), un arbre (115) s’étendant depuis au moins une extrémité du bâti ; une section principale (120), comprenant : un enroulement statorique (130) monté sur le bâti ; et un enroulement rotorique (135), monté sur l’arbre, et éloigné de l’enroulement statorique et magnétiquement couplé à celui-ci ; et une section excitatrice (125), comprenant : un transformateur (140) comportant un enroulement primaire (140A) et un enroulement secondaire (140B) couplés magnétiquement l’un à l’autre, chaque enroulement se présentant sous la forme d’un disque, l’enroulement secondaire ayant un rayon extérieur et étant fixé à l’arbre, l’enroulement primaire ayant un rayon intérieur et étant monté sur le bâti, le rayon extérieur étant inférieur au rayon intérieur, l’enroulement secondaire étant positionné à l’intérieur de l’enroulement primaire, un redresseur (145), fixé à l’arbre, pour redresser une sortie de l’enroulement secondaire et fournir une sortie redressée à l’enroulement rotorique, et une pluralité de conducteurs électriques (137, 142) pour connecter la sortie de l’enroulement secondaire au redresseur, et pour connecter la sortie redressée du redresseur à l’enroulement rotorique.
Clause 2. Machine synchrone (100) selon la clause 1 et comprenant en outre une unité de commande (170) pour fournir un signal de commande à l’enroulement primaire (140A).
Clause 3. Machine synchrone (100) selon la clause 2 et comprenant en outre une unité de commande (170) pour fournir de manière contrôlée un signal de commande à l’enroulement primaire (140A), et dans laquelle l’unité de commande fait varier au moins l’un d’un cycle de service, d’une fréquence ou d’une tension de sortie du signal de commande.
Clause 4. Machine synchrone (100) selon la clause 2 dans laquelle : la machine synchrone fonctionne comme une génératrice synchrone fournissant une tension de sortie ayant une fréquence de sortie lorsqu’un couple d’entrée est appliqué à l’arbre (115) ; et l’unité de commande (170) fait en sorte que le signal de commande ait une fréquence au moins plusieurs fois supérieure à la fréquence de sortie de la tension de sortie.
Clause 5. Machine synchrone (100) selon la clause 2 dans laquelle : la machine synchrone fonctionne comme un moteur synchrone lorsqu’une tension d’entrée ayant une fréquence d’entrée est appliquée à l’enroulement statorique (130) ; et l’unité de commande (170) fait en sorte que le signal de commande ait une fréquence au moins plusieurs fois supérieure à la fréquence d’entrée de la tension d’entrée.
Clause 6. Machine synchrone (100) selon la clause 1 dans laquelle l’enroulement statorique (130) est un enroulement de champ et l’enroulement rotorique (135) est un enroulement d’induit.
Clause 7. Machine synchrone (100) selon la clause 1 dans laquelle la machine synchrone fonctionne comme une génératrice synchrone lorsqu’un couple d’entrée est appliqué à l’arbre (115).
Clause 8. Machine synchrone (100) selon la clause 1 dans laquelle la machine synchrone fonctionne comme un moteur synchrone lorsqu’une tension d’entrée est appliquée à l’enroulement statorique (130).
Clause 9. Machine synchrone (100) comprenant: un bâti (110) ; un arbre (115) s’étendant depuis au moins une extrémité du bâti et comportant un canal (115B) formé à l’intérieur de celui-ci ; une section principale (120), comprenant : un enroulement statorique (130) monté sur le bâti ; et un enroulement rotorique (135), monté sur l’arbre, et éloigné de l’enroulement statorique et magnétiquement couplé à celui-ci ; et une section excitatrice (125) comprenant : un transformateur (140) comportant un enroulement primaire (140A) et un enroulement secondaire (140B) éloignés l’un de l’autre et magnétiquement couplés l’un à l’autre, chaque enroulement se présentant sous la forme d’un disque, l’enroulement primaire étant monté sur le bâti à une extrémité de l’arbre, le disque de l’enroulement primaire définissant un premier plan (175A) qui est perpendiculaire à l’arbre, l’enroulement secondaire étant fixé à l’arbre près d’une extrémité de l’arbre, le disque de l’enroulement secondaire définissant un second plan (175B) qui est perpendiculaire à l’arbre, le second plan étant parallèle au premier plan et éloigné de lui, l’arbre ne pénétrant dans le premier plan ; un redresseur (145), monté sur l’arbre, pour redresser une sortie de l’enroulement secondaire et fournir une sortie redressée à l’enroulement rotorique, le redresseur étant connecté électriquement ; des premiers conducteurs (142) pour connecter électriquement la sortie redressée du redresseur à l’enroulement rotorique ; et des seconds conducteurs (137) pour connecter électriquement la sortie de l’enroulement secondaire au redresseur ; dans laquelle au moins une partie des premiers conducteurs ou au moins une partie des seconds conducteurs sont à l’intérieur du canal (115B) de l’arbre (115).
Clause 10. Machine synchrone (100) selon la clause 9 et comprenant en outre une unité de commande (170) pour fournir un signal de commande à l’enroulement primaire (140A).
Clause 11. Machine synchrone (100) selon la clause 9 dans laquelle l’enroulement statorique (130) est un enroulement de champ et l’enroulement rotorique (135) est un enroulement d’induit.
Clause 12. Machine synchrone (100) selon la clause 9 dans laquelle la machine synchrone fonctionne comme une génératrice synchrone lorsqu’un couple d’entrée est appliqué à l’arbre (115).
Clause 13. Machine synchrone (100) selon la clause 9 dans laquelle la machine synchrone fonctionne comme un moteur synchrone lorsqu’une tension d’entrée est appliquée à l’enroulement statorique (130).
Clause 14. Machine synchrone (100) selon la clause 9 et comprenant en outre une unité de commande (170) pour fournir un signal de commande à l’enroulement primaire (140A), et dans laquelle l’unité de commande varie d’au moins l’un d’un cycle de service, d’une fréquence ou d’une tension de sortie du signal de commande.
Clause 15. Machine synchrone (100) selon la clause 9 et comprenant en outre une unité de commande (170) pour fournir un signal de commande à l’enroulement primaire (140A), et dans laquelle : la machine synchrone fonctionne comme une génératrice synchrone fournissant une tension de sortie ayant une fréquence de sortie lorsqu’un couple d’entrée est appliqué à l’arbre (115) ; et l’unité de commande fait en sorte que le signal de commande ait une fréquence au moins plusieurs fois supérieure à la fréquence de sortie de la tension de sortie.
Clause 16. Machine synchrone (100) selon la clause 9 et comprenant en outre une unité de commande (170) pour fournir un signal de commande à l’enroulement primaire (140A), et dans laquelle : la machine synchrone fonctionne comme un moteur synchrone lorsqu’une tension d’entrée ayant une fréquence d’entrée est appliquée à l’enroulement statorique (130) ; et l’unité de commande fait en sorte que le signal de commande ait une fréquence au moins plusieurs fois supérieure à la fréquence d’entrée de la tension d’entrée.
Clause 17. Machine synchrone (100) selon la clause 9 dans laquelle au moins une partie des premiers conducteurs sont à l’intérieur du canal (115B) de l’arbre (115).
Clause 18 : Procédé de fabrication d’une machine synchrone (100) pouvant être utilisée soit comme un moteur synchrone soit comme une génératrice synchrone, le procédé comprenant : la fourniture d’un bâti (110) ; le montage d’un enroulement statorique (130) sur le bâti ; la fourniture d’un arbre (115) qui s’étend depuis au moins une extrémité du bâti ; le montage d’un enroulement rotorique (135) sur l’arbre, l’enroulement rotorique étant éloigné de l’enroulement statorique et magnétiquement couplé à celui-ci ; le montage d’un enroulement primaire (140A) d’un transformateur sur le bâti; le montage d’un enroulement secondaire (140B) du transformateur sur l’arbre, l’enroulement secondaire étant éloigné de l’enroulement primaire et magnétiquement couplé à celui-ci ; la fixation d’un redresseur (145) à l’arbre, connectant une entrée du redresseur à l’enroulement secondaire, et connectant une sortie du redresseur à l’enroulement rotorique ; et dans lequel soit : l’enroulement primaire a un rayon intérieur, l’enroulement secondaire a un rayon extérieur, le rayon extérieur est inférieur au rayon intérieur, et l’enroulement secondaire est positionné à l’intérieur de l’enroulement primaire ; ou l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire se présentent chacun sous la forme d’un disque, le disque de l’enroulement primaire définit un premier plan (175A), l’enroulement secondaire est monté sur une extrémité de l’arbre, le disque de l’enroulement secondaire définit un second plan (175B), le premier plan et le second plan sont parallèles mais différents, et l’arbre ne pénètre pas dans le premier plan.
Clause 19. Procédé selon la clause 18, dans lequel : l’enroulement primaire (140A) a un rayon intérieur, l’enroulement secondaire (140B) a un rayon extérieur, le rayon extérieur est inférieur au rayon intérieur, et l’enroulement secondaire (140B) est positionné à l’intérieur de l’enroulement primaire (140A) ; et dans lequel en outre l’enroulement primaire (140A) et l’enroulement secondaire (140B) se présentent chacun sous la forme d’un disque, le disque de l’enroulement primaire définit un plan, et le disque de l’enroulement secondaire est sensiblement dans ce même plan.
Clause 20. Procédé selon la clause 18, dans lequel : l’enroulement primaire (140A) et l’enroulement secondaire (140B) se présentent chacun sous la forme d’un disque, le disque de l’enroulement primaire (140A) définit un premier plan (175A), l’enroulement secondaire (140B) est monté sur une extrémité de l’arbre (115), le disque de l’enroulement secondaire (140B) définit un second plan (175B), le premier plan et le second plan sont parallèles mais différents, et l’arbre (115) ne pénètre pas dans le premier plan ; et dans lequel en outre l’arbre (115) comporte un canal (115B), et l’enroulement secondaire (140B) est connecté au redresseur par la mise en place de conducteurs dans le canal (115B). « Environ », « approximativement », « sensiblement » et termes similaires, tels qu’ils peuvent être utilisés dans les présentes, sont des termes relatifs et indiquent que, bien que deux valeurs puissent ne pas être identiques, leur différence est telle que l’appareil ou le procédé donnent encore le résultat indiqué ou souhaité, ou que le fonctionnement d’un dispositif ou procédé n’est pas affecté de manière négative au point de ne pas pouvoir réaliser la fonction à laquelle il est destiné. L’objet décrit dans les présentes est fourni à titre d’illustration aux fins d’enseignement, de suggestion et de description et non de limitation ou de restriction. Des combinaisons et des variantes des modes de réalisation illustrés sont envisagées, décrites dans les présentes et énoncées dans les revendications. Diverses modifications et divers changements peuvent être apportés l’objet décrit dans les présentes sans suivre de manière stricte les modes de réalisation et applications illustrés et décrits, et sans s’écarter de la portée des revendications suivantes. L’objet décrit ci-dessus est fourni uniquement à titre d’illustration et ne doit pas être interprété comme limitatif. Diverses modifications et divers changements peuvent être apportés à l’objet décrit dans les présentes sans suivre les exemples modes de réalisation et d’applications illustrés et décrits dans les présentes. Bien que l’objet présenté dans les présentes ait été décrit dans un langage spécifique aux composants, caractéristiques et fonctionnements, il doit être entendu que les revendications annexées ne sont pas nécessairement limitées aux composants, caractéristiques ou fonctionnements spécifiques décrits dans les présentes. Au contraire, les composants, caractéristiques ou fonctionnements spécifiques sont divulgués sous formes d’exemples de mise en œuvre des revendications.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Machine synchrone (100) comprenant : un bâti (110) ; un arbre (115) s’étendant depuis au moins une extrémité du bâti ; une section principale (120), comprenant : un enroulement statorique (130) monté sur le bâti ; et un enroulement rotorique (135), monté sur l’arbre, et éloigné de l’enroulement statorique et magnétiquement couplé à celui-ci ; et une section excitatrice (125), comprenant : un transformateur (140) comportant un enroulement primaire (140A) et un enroulement secondaire (Î40B) magnétiquement couplés l’un à l’autre, chaque enroulement se présentant sous forme d’un disque, l’enroulement secondaire ayant un rayon extérieur et étant fixé sur l’arbre, l’enroulement primaire ayant un rayon intérieur et étant monté sur le bâti, le rayon extérieur étant inférieur au rayon intérieur, l’enroulement secondaire étant positionné à l’intérieur de l’enroulement primaire, ledit enroulement primaire (140A) étant situé dans un récipient (140A2) et ledit enroulement secondaire (140B) étant situé dans un récipient (140B2) ; un redresseur (145), fixé à l’arbre et encastré dans ledit récipient (140B2) ou à l’intérieur dudit récipient (140B2), pour redresser une sortie de l’enroulement secondaire et fournir une sortie redressée à l’enroulement rotorique ; et une pluralité de conducteurs électriques (137, 142) pour connecter la sortie de l’enroulement secondaire au redresseur, et pour connecter la sortie redressée du redresseur à l’enroulement rotorique.
  2. 2. Machine synchrone (100) selon la revendication 1 et comprenant en outre une unité de commande (170) conçue pour fournir un signal de commande à l’enroulement primaire (140A).
  3. 3. Machine synchrone (100) selon la revendication 2 et comprenant en outre une unité de commande (170) pour fournir de manière contrôlée un signal de commande à l’enroulement primaire (140A), et dans laquelle l’unité de commande fait varier au moins l’un d’un cycle de service, d’une fréquence ou d’une tension de sortie du signal de commande.
  4. 4. Machine synchrone (100) selon la revendication 2 dans laquelle : la machine synchrone fonctionne comme une génératrice synchrone fournissant une tension de sortie ayant une fréquence de sortie lorsqu’un couple d’entrée est appliqué à l’arbre (115) ; et l’unité de commande (170) fait en sorte que le signal de commande ait une fréquence au moins plusieurs fois supérieure à la fréquence de sortie de la tension de sortie.
  5. 5. Machine synchrone (100) selon la revendication 2 dans laquelle : la machine synchrone fonctionne comme un moteur synchrone lorsqu’une tension d’entrée ayant une fréquence d’entrée est appliquée à l’enroulement statorique (130) ; et l’unité de commande (170) fait en sorte que le signal de commande ait une fréquence au moins plusieurs fois supérieure à la fréquence d’entrée de la tension d’entrée.
  6. 6. Machine synchrone (100) selon la revendication 1 dans laquelle l’enroulement statorique (130) est un enroulement d’induit et l’enroulement rotorique (135) est un enroulement de champ.
  7. 7. Machine synchrone (100) selon la revendication 1 dans laquelle la machine synchrone fonctionne comme une génératrice synchrone lorsqu’un couple d’entrée est appliqué à l’arbre (115).
  8. 8. Machine synchrone (100) selon la revendication 1 dans laquelle la machine synchrone fonctionne comme un moteur synchrone lorsqu’une tension d’entrée est appliquée à l’enroulement statorique (130).
  9. 9. Procédé de fabrication d’une machine synchrone (100) utilisable soit comme un moteur synchrone soit comme une génératrice synchrone, le procédé comprenant : la fourniture d’un bâti (110) ; le montage d’un enroulement statorique (130) sur le bâti ; la fourniture d’un arbre (115) qui s’étend depuis au moins une extrémité du bâti ; le montage d’un enroulement rotorique (135) sur l’arbre, l’enroulement rotorique étant éloigné de l’enroulement statorique et magnétiquement couplé à celui-ci ; le montage d’un enroulement primaire (140A) d’un transformateur sur le bâti ; le montage d’un enroulement secondaire (140B) du transformateur sur l’arbre, l’enroulement secondaire étant éloigné de l’enroulement primaire et magnétiquement couplé à celui-ci, ledit enroulement primaire (140A) étant situé dans un récipient (140A2) et ledit enroulement secondaire (140B) étant situé dans un récipient (140B2) ; la fixation d’un redresseur (145) sur l’arbre et l’encastrement dudit redresseur (145) dans ledit récipient (140B2) ou à l’intérieur dudit récipient (140B2), connectant une entrée du redresseur à l’enroulement secondaire, et connectant une sortie du redresseur à l’enroulement rotorique ; et dans lequel soit : l’enroulement primaire a un rayon intérieur, l’enroulement secondaire a un rayon extérieur, le rayon extérieur est inférieur au rayon intérieur, et l’enroulement secondaire est positionné à l’intérieur de l’enroulement primaire ; soit l’enroulement primaire et l’enroulement secondaire se présentent chacun sous la forme d’un disque, le disque de l’enroulement primaire définit un premier plan (175A), l’enroulement secondaire est monté sur une extrémité de l’arbre, le disque de l’enroulement secondaire définit un second plan (175B), le premier plan et le second plan sont parallèles mais différents, et l’arbre ne pénètre pas dans le premier plan.
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel : l’enroulement primaire (140A) a un rayon intérieur, l’enroulement secondaire (140B) a un rayon extérieur, le rayon extérieur est inférieur au rayon intérieur et l’enroulement secondaire (140B) est positionné à l’intérieur de l’enroulement primaire (140A) ; et dans lequel en outre l’enroulement primaire (140A) et l’enroulement secondaire (140B) se présentent chacun sous la forme d’un disque, le disque de l’enroulement primaire définit un plan, et le disque de l’enroulement secondaire est sensiblement dans ce même plan.
  11. 11. Procédé selon la revendication 9, dans lequel : l’enroulement primaire (140A) et l’enroulement secondaire (140B) se présentent chacun sous la forme d’un disque, le disque de l’enroulement primaire (140A) définit un premier plan (175A), l’enroulement secondaire (140B) est monté sur une extrémité de l’arbre (115), le disque de l’enroulement secondaire (140B) définit un second plan (175B), le premier plan et le second plan sont parallèles mais différents, et l’arbre (115) ne pénètre pas dans le premier plan ; et dans lequel en outre l’arbre (115) comporte un canal (115B), et l’enroulement secondaire (140B) est connecté au redresseur par la mise en place de conducteurs dans le canal (115B).
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