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WO 2007/048920
PCT/FR2006/002387
Transformateur tournant
La présente invention est relative à un transformateur tournant pour la
transmission d'énergie électrique par induction électromagnétique entre des
premier
et deuxième bobinages fixés concentriquement sur des première et deuxième
pièces
tubulaires respectivement, en matériau ferromagnétique, montées coaxialement
de
manière qu'une surface externe de l'une puisse tourner en regard d'une surface
interne de l'autre. La présente invention est aussi relative à un procédé de
fabrication
de ce transformateur et à des dispositifs d'alimentation en énergie électrique
comprenant un tel transformateur.
On utilise un tel transformateur, ou transmetteur, tournant notamment dans
des machines électriques à rotor excité, en particulier dans des générateurs
synchrones où il remplace alors un collecteur à balais frottants d'un type
classique. Il
permet de transmettre un courant d'excitation au rotor du générateur sans
contact
physique avec celui-ci, et donc sans être affecté par l'usure qui finit par
détériorer les
balais du collecteur classique.
On a représenté schématiquement aux figures 1 et 2 du dessin annexé des
transformateurs tournants de types connus. Celui représenté à la figure 1
comprend
essentiellement deux pièces 1 et 2 en forme de bague annulaire, montées
concentriquement de manière que l'une puisse tourner par rapport à l'autre
autour
d'un axe X commun, les pièces 1 et 2 étant creusées de gorges annulaires 3 et
4
respectivement dans lesquelles sont logés des bobinages électriques 5 et 6
respectivement. Le diamètre intérieur de la pièce 1 est légèrement supérieur
au
diamètre extérieur de la pièce 2 de manière que cette dernière puisse tourner
dans la
pièce 1 sans contact physique avec celle-ci. On ménage ainsi des entrefers,
couramment de l'ordre de 0,1 mm d'épaisseur, de part et d'autre des bobinages.
Ces
derniers sont bobinés directement sur les pièces 1 et 2, réalisées en un
matériau
magnétique tel qu'une ferrite.
En variante, comme schématisé à la figure 2, on connaît aussi un
transformateur comprenant deux bagues 1' et 2' mobiles en rotation autour d'un
même axe X', deux extrémités axiales disposées en regard de ces bagues étant
creusées de deux gorges annulaires 3' et 4' respectivement, accueillant des
bobinages 5' et 6' respectivement. Les entrefers disposés de part et d'autre
des
bobinages sont alors radiaux.
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Parmi les industries qui peuvent tirer profit de l'utilisation de
transformateurs
tournants, on peut citer notamment les industries spatiales, par exemple pour
transmettre, dans un satellite, un courant électrique d'alimentation à un
instrument
de mesure monté sur une platine de support à joint tournant permettant de
l'orienter
par rapport aux étoiles. La suppression du collecteur à balais frottants
classique et
son remplacement par un tel transformateur permettrait en effet de fiabiliser
le
matériel en supprimant le risque de panne créé par l'usure des balais. Cette
application est néanmoins gênée par des limitations des transformateurs connus
décrits ci-dessus en liaison avec les figures 1 et 2.
En effet, il est difficile d'usiner les gorges recevant les bobinages avec la
précision requise dans les industries spatiales. La mise en place de ces
bobinages
est malcommode, notamment dans le cas du transformateur de la figure 1, du
fait
qu'ils doivent alors être bobinés directement sur les pièces qui les
supportent. Les
spires étant bobinées en couches superposées, il en résulte une inductance de
fuite
et des pertes sensibles. Par ailleurs la complexité de la géométrie des noyaux
de
ces transformateurs ne permet pas une maîtrise aisée de l'entrefer et de la
section
associée. Il en résulte une inductance de magnétisation plus faible qu'il faut
alors
compenser par un surdimensionnement. Enfin les transformateurs tournants
connus
s'avèrent difficilement utilisables dans les convertisseurs PWM classiques du
fait de
leur inductance de fuite trop importante.
La présente invention a précisément pour but de réaliser un transformateur
tournant non affecté par les limitations évoquées ci-dessus.
On atteint ce but de l'invention, ainsi que d'autres qui apparaîtront à la
lecture
de la description qui va suivre, avec un transformateur tournant pour la
transmission
d'énergie électrique par induction électromagnétique entre des premier (11) et
deuxième (12, 12',12") bobinages disposés concentriquement sur des première
(7)
et deuxième (8) pièces tubulaires respectivement, en matériau ferromagnétique,
montées coaxialement de manière qu'une surface externe (13a,13b,13c) de l'une
puisse tourner en regard d'une surface interne (14a, 14b, 14c) de l'autre,
lesdites
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surfaces étant composées chacune de deux surfaces cylindriques droites de
révolution (13a,13c; 14a,14c) de diamètres distincts, s'étendant chacune d'une
des
extrémités axiales de ladite pièce (7;8) à un épaulement radial intermédiaire
(13b;14b) de raccordement desdites surfaces, lesdites pièces (7;8) étant
disposées
tête-bêche l'une dans l'autre de manière à délimiter entre lesdits épaulements
(13b,
14b) un espace annulaire recevant lesdits bobinages (11;12,12',12") entre deux
entrefers annulaires délimités chacun par deux (13a, 14a; 13c, 14c) desdites
surfaces cylindriques en regard desdites première (7) et deuxième (8) pièces,
caractérisé en ce qu'au moins un desdits bobinages (11; 12,12', 12") comprend
au
moins une couche de plusieurs spires en forme de ruban, ledit bobinage (11;12)
comportant une seule couche de spires, ladite couche de spires étant montée
sur la
pièce qui la porte par l'intermédiaire d'une bague (9; 10) en un matériau
isolant.
Comme on le verra plus en détail dans la suite, la géométrie simple de ces
pièces, sans gorge, permet de les fabriquer avec la précision requise dans les
industries spatiales. Elle permet aussi de monter simplement sur ces pièces
des
bobinages préparés à l'avance.
Suivant d'autres caractéristiques préférentielles de la présente invention:
- au moins un des bobinages comporte au moins une couche de
plusieurs
spires en forme de ruban,
- chacun des bobinages comporte une seule couche de spires en forme de
ruban, selon un mode de réalisation particulier de l'invention,
- cette couche de spires est montée sur la pièce qui la porte
par l'intermédiaire
d'une bague en un matériau isolant,
- la couche de spires est recouverte extérieurement d'une couche
d'un
matériau isolant,
- en variante, au moins un des bobinages comporte deux couches
superposées de spires, interne et externe respectivement, la couche interne
comptant un nombre de spires inférieur à celui de la couche externe, les
,
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4
extensions axiales cumulées des deux couches étant sensiblement
identiques,
- le rapport des longueurs axiales des deux entrefers est inverse de celui
de
leurs diamètres,
- l'une des pièces tubulaires est montée à rotation dans l'autre au moyen
d'un
arbre qui la traverse axialement, ledit arbre présentant une racine
chanfreinée s'adaptant complémentairement à un chanfrein formé dans ladite
pièce,
- le jeu séparant les bobinages en regard est compris entre 0,3
mm et 0,5 mm,
typiquement 0,4 mm,
- les pièces tubulaires sont en ferrite.
L'invention fournit aussi un procédé de fabrication de ce transformateur
tournant suivant lequel a) on fabrique lesdites première et deuxième pièces
tubulaires en matériau ferromagnétique configurées de manière que l'une puisse
tourner dans l'autre et b) on fabrique les bobinages, au moins un d'entre eux
comportant ladite couche de plusieurs spires en forme de ruban et c), on monte
chacun des bobinages sur la pièce tubulaire correspondante en le passant sur
celle-ci parallèlement à l'axe de cette pièce tubulaire.
Comme on le verra dans la suite, ce montage particulièrement simple facilite
la fabrication du transformateur suivant l'invention.
Suivant d'autres caractéristiques préférentielles de ce procédé :
- pour fabriquer le bobinage, on monte une bague métallique sur
un support
annulaire en matériau isolant,
- on forme un bobinage dans la matière de la bague ainsi montée,
par usinage
mécanique ou par gravure chimique,
- on rectifie mécaniquement le bobinage obtenu et on le couvre
d'une couche
d'un matériau isolant,
- en variante, pour fabriquer le bobinage, on découpe une feuille
métallique.
La présente invention vise aussi un dispositif d'alimentation en énergie
électrique d'un instrument (22) monté sur une platine rotative (21),
comprenant des
,
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4a
moyens de transmission de ladite énergie sans contact physique entre ladite
platine
(21) et un support de celle-ci, caractérisé en ce que lesdits moyens
comprennent le
transformateur tournant, la pièce tubulaire (8; 8') dudit transformateur dont
la
surface externe (13a, 13b, 13c) peut tourner en regard de la surface interne
(14a,
14b, 14c) de l'autre pièce tubulaire (7; 7') étant solidaire en rotation de
ladite platine
(21).
Un tel dispositif trouve notamment application dans les industries spatiales,
comme on le verra plus loin.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront
à la lecture de la description qui va suivre et à l'examen du dessin annexé
dans
lequel:
- les figures 1 et 2 représentent schématiquement des transformateurs
tournants de la technique antérieure, décrits en préambule de la présente
description,
- la figure 3 représente schématiquement, en coupe axiale, un
transformateur
tournant suivant l'invention,
- les figures 4 et 5 représentent, en coupe axiale, deux modes de
réalisation
du transformateur schématisé à la figure 3,
-
la figure 6 représente un dispositif d'alimentation en énergie
électrique, du
type convertisseur "fly-back", incorporant un transformateur tournant suivant
l'invention,
- la figure 7 représente schématiquement, en coupe axiale,
l'association d'un
transformateur tournant suivant l'invention et d'un transmetteur de signaux
numériques par voie capacitive et,
- les figures 8A à 10C représentent trois modes de réalisation d'un
bobinage
d'un transformateur tournant suivant l'invention.
On se réfère à la figure 3 du dessin annexé où il apparaît que le
transformateur tournant suivant l'invention représenté à cette figure comprend
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essentiellement des première et deuxième pièces tubulaires 7 et 8
respectivement
portant des première et deuxième bagues 9 et 10, respectivement, supportant
elle-
même des premier et deuxième bobinages 11 et 12 respectivement. Ces bobinages,
de diamètres distincts, sont d'un type particulier qui sera décrit en détail
dans la suite.
5 Ils sont montés concentriquement et coaxialement l'un dans l'autre
autour d'un axe Y,
de même que les pièces tubulaires 7 et 8 qui les supportent. C'est ainsi que
ces
pièces 7 et 8 présentent une surface interne 13a,13b,13c et une surface
externe
14a,14b,14c respectivement, agencées pour pouvoir tourner en regard l'une de
l'autre, autour de l'axe Y.
Ces pièces sont réalisées en un matériau ferromagnétique, avantageusement
par moulage d'une ferrite, éventuellement suivi d'un simple usinage des
surfaces
13a, 13e, 14a, 14c qui fixe la valeur de l'entrefer avec précision. Les bagues
9 et 10
de support des bobinages 11 et 12 sont réalisées en un matériau électriquement
isolant.
Suivant la présente invention, les surface interne et externe précitées sont
constituées chacune de deux surfaces cylindriques droites de révolution 13a,
13c et
14a, 14e respectivement, séparées par un épaulement radial 13b,14b
respectivement. Les diamètres D1 et D3 des surfaces 13a et 14a respectivement
sont supérieurs aux diamètres D2 et 04 des surfaces 13c et 14e respectivement.
De
même les diamètres D1 et 02 sont légèrement supérieurs aux diamètres D3 et 04
respectivement de manière à ménager deux entrefers étroits entre les surfaces
13a
et 14a d'une part, entre les surfaces 13c et 14e d'autre part, les largeurs de
ces
entrefers étant exagérées pour la clarté de la figure.
On pourra fixer l'épaisseur des entrefers à une valeur très faible, jusqu'à
0,06
mm par exemple. Cette épaisseur pourra cependant être ajustée à une valeur
plus
grande, selon les caractéristiques magnétiques à donner au transformateur.
Comme cela apparaît sur cette figure 3, chacune des surfaces cylindriques
droites précitées s'étend d'une extrémité axiale de la pièce 7,8 sur laquelle
elle est
formée jusqu'à l'épaulement radial 13b,14b intermédiaire, respectivement. Les
longueurs axiales des deux pièces 7 et 8 peuvent être sensiblement égales,
comme
représenté. Les épaulements 13b,14b sont disposés, entre les extrémités des
pièces
7 et 8 respectivement, dans des positions axiales non centrales. Ainsi,
lorsque les
pièces 7 et 8 sont passées concentriquement, tête-bêche, l'une dans l'autre
comme
représenté, les épaulements 13b et 14b délimitent l'extension axial d'un
espace
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annulaire dans lequel sont logés les bobinages 11 et 12 ainsi que les bagues 9
et 10
de support de ces bobinages, respectivement.
La géométrie décrite ci-dessus des pièces tubulaires 7 et 8 apporte plusieurs
avantages par rapport aux géométries connues de la technique antérieure. En
premier lieu, cette géométrie ne comporte pas de gorges annulaires, difficiles
à
réaliser avec précision, pour recevoir les bobinages. Ces gorges sont
remplacées par
deux épaulements 13b,14b formés chacun sur l'une des deux pièces, ces
épaulements étant beaucoup plus faciles à réaliser avec précision que des
gorges.
En second lieu cette géométrie permet de fabriquer séparément les
bobinages puis de les mettre en place sur les pièces tubulaires en les passant
par
simple glissement sur celles-ci, parallèlement aux axes de ces pièces, à
partir d'une
extrémité axiale de la pièce, jusqu'à ce que chaque bobinage et sa bague de
support
vienne en butée sur l'épaulement correspondant, comme on le verra plus loin en
liaison avec la description des modes de réalisation du transformateur
tournant
suivant l'invention représentés aux figures 4 et 5.
En troisième lieu, comme on le verra aussi dans la description qui va suivre
du procédé de fabrication de ce transformateur, suivant l'invention, cette
fabrication
séparée des bobinages permet de donner à ceux-ci une configuration propre à
minimiser l'inductance de fuite du transformateur, et donc les pertes
énergétiques
afférentes, conformément à l'un des buts poursuivis par la présente invention.
Pour fabriquer ces bobinages, on monte et on fixe par collage une bague
métallique, en cuivre par exemple, sur la surface interne de la bague isolante
9 et
une autre telle bague sur la surface externe de la bague 10. On relie par
brasage des
paires de fils électriques d'alimentation 15 et 16 aux bagues métalliques
portées par
les bagues isolantes 9 et 10, respectivement.
On forme ensuite un bobinage dans ces bagues par usinage mécanique ou
par un procédé photochimique de gravure bien connu. On rectifie ensuite
mécaniquement les surfaces des bobinages ainsi obtenus et on les protège enfin
par -
le dépôt d'une couche d'un matériau isolant, sous la forme d'un vernis par
exemple.
Il s'agit ensuite de monter ces bobinages sur les pièces 7 et 8, obtenues
elles-
mêmes, par exemple, par moulage d'un matériau ferromagnétique tel qu'une
ferrite.
Pour ce faire, suivant une caractéristique de la présente invention, on passe
commodément chaque bobinage sur la pièce correspondante par coulissement
suivant l'axe Y de celle-ci. On passe simultanément les paires de fils 15 et
16 dans
des passages correspondants prévus dans les pièces 9 et 10 de manière que ceux-
ci
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traversent les zones épaulées de ces pièces et puissent être accessibles à une
extrémité axiale de celles-ci. On fixe finalement les bagues de support des
bobinages
sur ces pièces, par collage dans la zone épaulée de celles-ci.
On a représenté aux figures 4 et 5 du dessin annexé deux modes de
réalisation du transformateur tournant obtenu par le procédé de fabrication
suivant
l'invention. Sur ces figures des références numériques identiques,
éventuellement
affectées d'un "prime", à des références utilisées sur la figure 3, désignent
des
pièces identiques ou similaires.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, les pièces 7 et 8 sont montées
coaxialement dans un boîtier cylindrique 17 fermé à une extrémité par un fond
annulaire 18 supportant en position centrale un palier à billes 19. Un arbre
20 porté
par ce palier traverse axialement la pièce 8 de manière que celle-ci puisse
tourner
dans la pièce 7, elle-même solidaire du boîtier 17. Les pièces 7 et 8
constituent alors
le stator et le rotor respectivement, du transformateur tournant représenté.
Sur la figure 4 il apparaît que les bagues 9 et 10 sont en appui contre les
épaulements des pièces qui les portent, ce qui facilite leur mise en place
précise lors
de leur montage sur les pièces 7 et 8.
Il apparaît aussi que les bobinages 11 et 12 sont d'épaisseur radiale très
mince, comprise entre 0,1 mm et 0,5 mm, typiquement 0,3 mm pour un
transformateur d'une puissance de 30 w fonctionnant à 100 kHz. Ils sont aussi
disposés très près l'un de l'autre. Ainsi le flux magnétique crée par l'un
d'eux passe
pratiquement entièrement dans l'autre. Cette disposition permet de réduire au
minimum l'inductance de fuite du transformateur, conformément à l'un des buts
poursuivis par la présente invention. Ce résultat est obtenu par l'utilisation
de
bobinages ne comptant qu'une seule couche de plusieurs spires, séparés par un
jeu j
(voir figure 3) très faible, compris entre 0,3 mm et 0,5 mm, typiquement 0,4
mm,
fabriqués par le procédé décrit ci-dessus. Le conducteur constituant chaque
spire
prend ainsi la forme d'un ruban très mince.
En variante de ce mode de réalisation de l'invention, chaque bobinage
pourrait être réalisé comme illustré aux figures 8A et 8B qui représentent un
tel
bobinage 12 (ou 11), d'axe X à la figure 8A et le même bobinage développé dans
un
plan à la figure 8B. Ce bobinage est découpé dans une feuille métallique, en
cuivre
par exemple, selon la forme d'un parallélogramme oblique allongé représenté à
la
figure 8B. Cette forme permet d'enrouler en hélice sur un mandrin le ruban de
cuivre
ainsi découpé de manière à former le bobinage représenté à la figure 8A. Avant
cet
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enroulement des fils d'alimentation 16a, 16b (dans le cas d'un bobinage de
rotor par
exemple) sont soudés par brasure aux extrémités du ruban. Après enroulement
ces =
fils se retrouvent côte à côte (comme représenté à la figure 8A) pour
minimiser
l'inductance de fuite, le long côté du parallélogramme représenté à la figure
8B étant
de longueur sensiblement triple de celle d'une spire du bobinage.
On remarquera que les deux entrefers situés axialement de part et d'autre
des bobinages 11 et 12 se situent à des distances radiales différentes de
l'axe Y et
peuvent avoir des extensions axiales égales ou différentes. Avantageusement on
équilibrera leurs réluctances en leur donnant des surfaces égales. Pour ce
faire le
rapport de leurs longueurs axiales L1 et L2 doit être égal à l'inverse de
celui de leurs
diamètres D1 et D2, respectivement (voir figure 3). Pour le transformateur de
30 w
précité, L1 peut être de l'ordre de 15 mm et L2 de l'ordre de 10 mm.
Le mode de réalisation de la figure 5 se distingue de celui de la figure 4
essentiellement en ce que l'arbre 20' qui supporte la pièce 8' en rotation
dans la
pièce 7' présente une racine 20'a chanfreinée engagée contre un chanfrein
complémentaire 8'a formé dans cette pièce 8'. La pièce 7' présente également
un
chanfrein annulaire 7'a à son extrémité la plus volumineuse. Ces dispositions
réduisent en volume et en masse les pièces 7' et 8'. Elles améliorent la tenue
mécanique de la pièce 8' (le rotor) en réduisant les contraintes dues aux
dilatations
.. différentielles de l'arbre 20' qui la porte.
En variante des modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, à une
seule couche de plusieurs spires, le transformateur tournant peut être équipé
de
bobinages comptant plusieurs couches de spires, chaque spire (dite "plate")
prenant
encore la forme d'un mince ruban.
C'est ainsi que l'on a représenté à la figure 9A (analogue à la figure 8A) un
bobinage 12' conçu pour être supporté par la pièce tournante (rotor) du
transformateur suivant l'invention. Les figures 9B et 9C représentent les
développements dans un plan de ce bobinage et d'une feuille isolante disposée
entre
les couches de spires du bobinage, respectivement.
Comme représenté ce bobinage comporte une couche externe de trois spires
40, 41 et 42 et une couche interne de deux spires 43, 44. Sur la figure 9A la
largeur
axiale des spires, normalement adjacentes, de la couche externe a été réduite
pour
faire apparaître plus visiblement les spires de la couche interne sous-
jacente. En fait
les deux couches de spires couvrent sensiblement la même surface.
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La réduction du nombre de spires de la couche interne permet d'accroître la
largeur du ruban selon l'axe du bobinage, par rapport à la largeur
correspondante du
ruban formant les spires de la couche externe.
Suivant une caractéristique de la présente invention, cet accroissement
entraîne un accroissement corrélatif d'un effet capacitif et une réduction de
l'inductance de fuite globale du transformateur, conformément à l'un des buts
de
l'invention annoncés plus haut.
En effet, les couches internes des bobinages sont responsables d'une fraction
de cette inductance de fuite d'autant plus importante que ces couches sont
plus
éloignées, dans le transformateur, que les couches externes. L'élargissement
suivant
l'invention des spires des couches internes atténue efficacement la part de
l'inductance de fuite due à l'éloignement de ces spires.
Bien entendu, cette disposition s'applique aussi bien au bobinage de la partie
tournante qu'à celui de la partie fixe du transformateur suivant l'invention.
.15 Sur la figure 9B apparaissent les parties 12'a, 12'b du ruban
conducteur
constituant le bobinage 12', la partie 12'a correspondant aux trois spires 40
à 42 de la
couche externe et la partie 12'b aux deux spires 43, 44 de la couche interne.
Le ruban constituant le bobinage 12' peut être réalisé très simplement,
suivant
la présente invention, par découpe d'un conducteur plat tel qu'une feuille
métallique,
un clinquant de cuivre par exemple, selon le profil en V dissymétrique
représenté à la
figure 9B. Le bobinage est ainsi réalisé d'un seul tenant, sans nécessiter de
pliure ou
de soudure entre les deux couches de spires.
La figure 9C représente le développement à plat d'une feuille isolante 10'
interposée entre les deux couches. Les encoches 45, 46 autorisent la traversée
de
cette feuille par le ruban conducteur.
Les figures 10A à 10C sont analogues aux figures 9A à 9C respectivement et
représentent un autre mode de réalisation du transformateur tournant suivant
l'invention. Sur ces figures des références numériques identiques,
éventuellement
affectées d'un "prime" ou d'un "seconde", à des références utilisées sur les
figures
9A à 9C repèrent des éléments ou organes identiques ou analogues.
C'est ainsi que le bobinage de rotor 12" représenté à la figure 10A compte
deux spires 50, 51 en couche externe et une spire 52 en couche interne.
L'encombrement axial d'un tel bobinage est avantageusement réduit d'un tiers
par
rapport à celui d'un bobinage à une seule couche de trois spires, de même
extension
axiale.
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= .
D'une manière générale on accroît la compacité du bobinage en disposant
les spires en au moins deux couches. Dans le mode de réalisation à deux
couches
décrit ci-dessus, avec élargissement de la spire de la couche interne, on
accroît
avantageusement la compacité du bobinage sans accroître l'inductance de fuite.
Le développement du ruban du bobinage 12" représenté à la figure 10B fait
apparaître l'extension des trois spires. Celui de la feuille isolante 10",
représenté à
la figure 10C montre des encoches 45', 46' de fonction identique à celle des
encoches 45, 46 du mode de réalisation de la figure 9C.
Dans l'application mentionnée plus haut de la présente invention aux
10 industries spatiales, l'arbre 20 du mode de réalisation de la figure
4, par exemple,
pourrait être solidaire d'une platine de support 21 d'un instrument de mesure
22,
dans un satellite par exemple, cette platine devant être montée rotative pour
permettre l'orientation de cet instrument dans un repère de référence fixé par
des
étoiles. Dans une telle application, le transformateur tournant suivant
l'invention
remplace avantageusement les collecteurs à balais antérieurement utilisés ne
serait-ce que par sa fiabilité intrinsèquement supérieure, qui rend sa
"qualification"
moins coûteuse.
D'autres caractéristiques lui donnent aussi l'avantage sur les transformateurs
tournants de la technique antérieure décrits en préambule de la présente
description. Ainsi l'imbrication étroite des bobinages limite fortement
l'inductance de
fuite et donc les pertes associées.
La géométrie du transformateur tournant suivant l'invention autorise une très
faible épaisseur d'entrefer en même temps qu'une section d'entrefer
importante. Il
est ainsi possible de limiter la diminution de l'inductance magnétisante et
donc la
surcharge en courant magnétisant, source de pertes.
Le transformateur peut alors avoir un rendement élevé et transmettre de la
puissance électrique sans échauffement excessif.
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11
Le montage du rotor sur palier à billes est très simple et la position axiale
de
ce palier est sans importance. Seul son centrage l'est.
Grâce à sa très faible inductance de fuite, il est possible d'envisager
l'introduction du transformateur suivant l'invention dans un dispositif
d'alimentation
en énergie à convertisseur du type "fly-back", tel que celui représenté à la
figure 6
du dessin annexé. Sur cette figure on reconnaît le transformateur tournant
suivant
l'invention, tel que schématisé à la figure 3, introduit dans un tel
convertisseur
comprenant classiquement, du côté de son entrée alimentée par une tension
continue Ve, un circuit d'alimentation du bobinage 12 passant par un
transistor 24
de hachage du courant d'entrée sous une commande 25 appropriée, un
condensateur 26 étant monté en parallèle sur le bobinage 12 et le transistor
24.
Du côté de la sortie, connectée ici au bobinage 11, on trouve également
classiquement une diode 27 et un condensateur de filtrage 28 délivrant une
tension
continue Vs. On sait que de telles alimentations, à découpage, présentent un
rendement supérieur à celui des alimentations linéaires, la puissance dissipée
dans
le transistor étant faible.
En intégrant les composants électroniques précités au plus près du
transformateur suivant l'invention, on réalise un transmetteur de puissance
continu/continu particulièrement compact et de très bon rendement.
On a représenté schématiquement à la figure 7 une association d'un
transformateur tournant 30 suivant l'invention, avec un transmetteur 31 de
signaux
numériques par voie capacitive. On connaît de tels transmetteurs comprenant
une
partie fixe 32 et une partie mobile 33. Ces deux parties sont tubulaires et
montées
coaxialement l'une dans l'autre de manière que la partie mobile 33 puisse
tourner
dans la partie fixe. Les parties 32 et 33 portent des pistes conductrices
annulaires
en regard 34a, 34b, 34c,... et 35a, 35b, 35c... respectivement, conçues pour
assurer des transmissions d'informations numériques par voie capacitive.
CA 02627226 2014-03-12
=
,
12
En couplant mécaniquement les pièces 7 et 8 du transformateur 30 avec les
parties 33 et 32 du transmetteur respectivement, on constitue un dispositif
monobloc capable de transmettre à la fois de la puissance électrique à un
instrument de mesure monté sur une platine solidaire de la partie mobile de
cet
ensemble, et des informations échangées entre cet instrument et un système
d'exploitation des mesures réalisées par l'instrument.
Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et
représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple, de même que
l'application du
domaine spatial. Elle peut trouver aussi application à l'alimentation du rotor
de
machines dynamoélectriques synchrones et, plus généralement, dans tout domaine
où il est avantageux ou nécessaire de transmettre une puissance électrique à
travers une interface, sans contact physique.
C'est ainsi que l'on pourrait constituer un connecteur de puissance composé,
d'une part, du stator et du bobinage associé noyés dans une couche d'isolant
et,
d'autre part, du rotor et du bobinage associé également noyés dans une couche
d'isolant. On obtient ainsi un connecteur électrique dans lequel le transfert
d'énergie
se réalise sans aucun contact électrique. Il peut alors être utilisé en
atmosphère
déflagrante. Il permet d'écarter tout risque d'électrocution lors de
connexions ou
déconnexions opérées, par exemple, pour la charge des batteries d'un véhicule
électrique.
