Brevet FR2006006A1 — publié le 19691219

i 2006006 La présente invention concerne un rotor pour alternateur à grande vitesse, présentant des pertes par courant de Foucault inférieures à celles des autres rotors à noyau massif et qui comporte une série de couvercles feuilletés emboîtés 5 sur les extrémités des pièces polaires creusées dans le rotor. Le fait que ce rotor est porté par des arbres courts non magnétiques constitue un autre perfectionnement, de même que le fait d'ajouter des plaques circulaires voisines des pièces polaires, pour réduire les pertes par résistance de l'air. 10 Le brevet des E.U.A. N° 3.295.469 décrit un alterna teur à grande vitesse .utilisant un rotor massif, et la présente invention concerne un perfectionnement au rotor d'un tel alternateur. Un alternateur à grande vitesse, c'est-à-dire fonc-15 tionnant à des vitesses de l'ordre de 12.Q00 tr/mn ou davantage, et de puissance élevée nécessite un rotor spécial capable de résister aux forces qui s'exercent sur lui. Etant donné que les rotors feuilletés de type courant sont susceptibles de se briser sous l'effet de telles forces, ils ne conviennent pas 20 pour un alternateur à grande vitesse. Si le rotor est fabriqué avec un noyau massif en matériau magnétique et si l'on creuse des pièces polaires dans ce noyau, on peut obtenir un rotor capable de supporter les forces qui s'exercent sur lui à grande vitesse et dans le cas 25 d'une puissance élevée. Toutefois, un tel rotor à noyau massif présente certains inconvénients. L'un des inconvénients importants d'un rotor à noyau massif réside dans le fait qu'il se produit un dégagement de chaleur résultant des courants de Foucault importants qui 30 s'écoulent dans ce rotor massif, en particulier sur les faces périphériques des pôles. En augmentant le jeu entre les extrémités du rotor et les parties feuilletées du stator, on peut obtenir une diminution du dégagement important de chaleur aux extrémités des pièces polaires, mais cela a également pour 35 effet de diminuer le rendement de la machine, en exigeant des courants d'excitation plus importants. 69 11100 2 2006006 Si le rotor à noyau massif est supporté de façon à tourner sur des arbres en matériau magnétique, c'est-à-dire le même matériau que le noyau, les paliers de support se trouvent dans des champs magnétiques très élevés. De la sorte, au Bours 5 de la rotation du rotor, il se produit des courants de Foucault dans les paliers, ce qui provoque un échauffement exagéré de ceux-ci. Une autre difficulté, en ce qui çonceifae le rotor à noyau massif, réside dans la perte de puissance provoquée par la 10 résistance de l'air sur les diverses pièces polaires qui font saillie du rotor, pendant leur rotation, cette perte provoquait 1'échauffement du rotor. . En faisant circuler des produits réfrigérants dans les arbres de support, dans les paliers et quelquefois dans le 15 rotor lui-même, on dissipe la chaleur, mais cela complique la construction de l'alternateur et, par suite, augmente son prix. Grâce à la présente invention, les difficultés décrites ci-dessus peuvent être diminuées ou supprimées. De façon précise, la présente invention concerne 20 un rotor à noyau massif obtenu en adjoignant aux extrémités. périphériques des pièces polaires, un chapeau feuilleté emboîté sur ces pièces polaires et de faible dimension dans le sens* radial, ce chapeau étant composé d'une série de feuilles minces en un matériau de perméabilité magnétique élevée. -De plus, en 25 faisant reposer le rotor à noyau massif muni de ses chapeauxde pièces polaires feuilletées, sur des arbres courts en un matériau non magnétique, on diminue fortement 1'échauffement des paliers. Au moyen de plaques circulaires en forme de rondelles, en matériau non magnétique, montées contré les cotés des pièces 30 polaires, on augmente le rendement en diminuant les pertes par résistance de l'air0j D'autres particularités et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée qui va suivre et des dessins sur lesquels : 25 - la figure 1. est une vue en perspective d'un rotor à noyau massif utilisant des chapeaux feuilletés pour ses pièces polaires. 69 11100 3 2006006 - la figure 2 est une vue en élévation du rotor de la figure 1, avec des plaques servant à diminuer ,1a résistance de l'air, certaines parties étant vues en arrachement ; - la figure 3 est une vue en élévation d'un feuil-5 letage utilisé pour réaliser les chapeaux des pièces polaires ; - la figure 4 est une vue partielle, à plus grande échelle, de l'extrémité d'une pièce polaire de la partie centrale du rotor ; enfin, - la figure 5 est une coupe radiale faite dans le 10 rotor, avec des parties-arrachées, montrant la fixation sur les pièces polaires, des plaques circulaires servant à diminuer la résistance de l'air. On voit, sur les figures 1 et 2, un rotor 10 à noyau massif comportant six pôles. Le noyau 11, qui est une pièce forgée 15 en un matériau très résistant présentant de bonnes qualités magnétiques, par exemple en acier à faible teneur en carbone, peut être réalisé à partir d'un cylindre, ou formé avec trois sections polaires circulaires distinctes, à savoir deux sections extrêmes 12 et une section centrale 13, obtenues en creusant 20 ou découpant le noyau cylindrique dans les zones 14 et 15. Normalement, la section centrale a une largeur double de celle des sections extrêmes, dans une telle construction. On réalise ensuite des pièces polaires distinctes dans les sections extrêmes et dans la section centrale, en 25 retirant des parties des sections circulaires. On ménage des encoches 16 dans les sections extrêmes pour constituer trois -pièces polaires distinctes 17 dans chaque section extrême. Les pièces polaires des' deux sections extrêmes sont alignées, comme on peut le voir sur la figure 1. De même, des encoches 18 dans 50 la section centrale du noyau la divisent en trois pièces polaires centrales 19 qui sont décalées, par rapport aux pièces polaires extrêmes alignées 17, d'un angle de 60° pour former une disposition à six pôles. Comme le comprendront lets spécialistes, on peut supprimer les irrégularités du courant à la 25 sortie de l'alternateur, en donnant une inclinaison aux fentes du stator, s'il n'est pas prévu d'inclinaisons dans le rotor. 69 11100 4 2006006 Sur les extrémités périphériques dç chaque pièce polai,re 17 et 19 se trouve un chapeau 20 feuilleté, qui s'emboîte sur l'extrémité de la pièce polaire et lui est fixé fermement» Chacun de ces chapeaux est composé "d'une série de 5 feuilles métalliques minces 21, chacune étant conçue pour s'emboîter dans l'extrémité de la pièce polaire. On utilise un métal de bonne perméabilité magnétique pour réaliser les feuilles, dont l'une est représentée sur la figure 3* ces feuilles étant ensuite assemblées sur les pièces polaires pour 10 constituer les chapeaux. AVec un rotor d'un diamètre d'environ 32 cm et une vitesse angulaire de 12»000 tr/mn ou davantage, il est très difficile de maintenir les chapeaux feuillëtés sur les extrémités du rotor. L'alternateur risque de se briser si l'un des 15 chapeaux se détache et s'échappe de l'extrémité correspondante de la pièce polaire„ Il faut donc fixer fermement et de façon définitive ces chapeaux. Conformément à la présente invention, il est prévu des moyens peu coûteux pour fixer fermement les chapeaux 20 feuilletés de façon définitive sur les extrémités des pièces polaires. Chaque feuille 21 comporte une série de pattes 22 en queue d'aronde,destinées à venir se loger dans des gorges correspondantes 23 creusées dans chaque extrémité de pièce polaire, qui constituent des nervures 24 d'une forme inversée 25 dans les extrémités des pièces polaires. La patte extrême 25 de chaque feuille est prévue pour venir au ras du bord des pièces polaires lorsqu'elle est montée sur celles-ci, et elle comporte de plus une dépouille 251 qui permet de déposer de la soudure entre la feuill,e et le bord de 1 ' extrémité de 30 pièce polaire. De façon avantageuse, l'emboîtement en queue d'aronde est assez lâche pour que l'on puisse poser facilement une pile de feuilles sur chaque extrémité de pièce polaire, comme représenté sur la figure 1„ On peut attacher les chapeaux en intro-55 duisant des goujons fendus effilés 25 dans les trous 27 de chaque feuille, qui se trouvent en regard les uns des autres lorsqu'ils sont montés sur les extrémités de pièces polaires. 69 11100 5 2006006 Ces goujons ont pour effet d'écarter les pattes 22 de façon à les bloquer fermement dans les gorges 23 et sur les nervures 24. En introduisant ces goujons effilés dans les trous alignés des feuilles depuis les faces opposées.de chaque 5 pièce polaire une' fois que ces feuilles sont montées,'on obtient un effet d'étampage, qui fixe fermement chaque feuille du chapeau sur l'extrémité de pièce polaire. Une fois que les goujons 26 sont en place, les bords extérieurs des pattes 25 appliqué contre les bords des pièce polaires respectives 10 sont fixés avec de la soudure 28 déposée dans les dépouilles 25' de façon à attacher de façon définitive le chapeau feuilleté sur l'extrémité de pièce polaire ; la figure 4 montre ces caractéristiques de façon détaillée. Chaque feuille du chapeau doit être mince de 15 façon que le poids total du chapeau soit peu élevé, étant donné que, même avec l'effet d'étampage et les bords soudés, les chapeaux, s'ils étaient lourds, se détacheraient dans le cas de grandes vitesses angulaires. Le rotor décrit ci-dessus, supporté par les' 20 arbres courts 30 non magnétiques guidés aux extrémités opposées du noyau sur les axes 31 et fixés par des soudures 32, constitue un rotor à noyau massif dans lequel les courants de Foucault, sont suffisamment réduits pour que lféchauffement des extrémités des pièces polaires et des paliers ne constitue pas une diffi-25 culté, même si l'on laisse un jeu minimum entre les extrémités des pièces polaires et le feuilletage du stator. Sur la figure 2, les plaques 4o destinées à diminuer l'effet de la résistance de l'air sont fixées sur les côtés des sections polaires 12 et 13. Aux extrémités du 30 noyau, ces plaques peuvent être des pièces en forme de rondelles, en un matériau non magnétique. En d'autres endroits, elles doivent être constituées en plusieurs éléments, et la figure 5 montre comment ces plaques sont fixées par soudage aux points de contact avec les régions 14 et 15 dui noydu et avec 35 les régions d'encoehes 16 ou 18, à l'extrémité des goujons de verrouillage 26 et sur la ligne de jonction entre les divers éléments de plaque. Les plaques servant à réduire l'effet de la 69 11100 6 2006006 résistance de l'air ne sont pas soudées aux feuilles sur la périphérie des chapeaux des pièces polaires. On peut, bien entendu, fixer les chapeaux de pièces polaires suivant un procédé autre que celui qui a été décrit, 5 mais on n'obtient pas des joints d'une qualité égale à celle qui est assurés par la combinaison d'un verrouillage mécanique et d'un soudage. De plus, les procédés connus sont souvent très coûteux. . On peut utiliser un système de réfrigération de l'al-10 ternateur dans le cas de la présente, invention, pour certaines applications spéciales, et ce système réfrigérant peut être de type connu. Dans le cas d'un rotor d'un diamètre' d'environ 32cm, il faut utiliser des feuilles d'une épaisseur maximum de l'ordre 15 de 20 mm. Une telle épaisseur est suffisante, étant donné que pour les hautes fréquences auxquelles on a affaire, la pénétration des courants de Foucault dans les extrémités des pièces polaires est négligeable. Cette pénétration présente les caractéristiques connues dans le chauffage à induction, à savoir que la pénétra-20 tion décroît lorsque la fréquence augmente. On réalise les éléments du feuilletage destiné à ce rotor par étampage des feuilles de 0,35 mm d'épaisseur présentant une isolation superficielle. Il va de soi que la description de la présente inven-25 tion n'est nullement limitative, et que de nombreuses modifications peuvent être apportées sans sortir de son cadre. 11100 7 2006006 REVENDICATIONS 1 - Rotor pour alternateur à grande vitesse, ce rotor étant essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend un noyau massif en matériau magnétique présentant une série de sections polaires circulaires qui comportent des pièces polaires distinctes, un organe de support de l'arbre relié à ce noyau cylindrique massif et servant à le faire tourner dans un alternateur, et un chapeau fixé sur la périphérie dé chaque pièce polaire, chacun de ces chapeaux étant en un matériau de perméabilité magnétique élevée pour empêcher sur les faces des pièces polaires des pertes - importantes par courants de Foucault résultant des variations du flux de haute fréquence sur chaque extrémité des pièces polaires, pendant le fonctionnement de 1'alternateur. - 2 - Rotor selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le support d'arbre est en tin matériau non magnétique pour diminuer la circulation des courants de Foucault produits dans les paliers et qui provoquent 1'échauffement des paliers. 3 - Rotor selon la revendication 1, caractérisé i par le fait que les plaques circulaires servant à réduire les pertes provoquées par la résistance de l'air sont fixées tout près des sections polaires, de façon à diminuer la résistance de l'air sur les pièces polaires réalisées dans ces sections. 4 - Rotor selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chaque chapeau de pièce polaire se compose d'une série de feuilles minces peu épaisses et légères. 5 - Rotor selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les chapeaux des pièces polaires sont emboîtée dans le sens radial sur l'extrémité correspondante de pièce polaire, au moyen d'une fixation par pattes et fentes et sont soudés sur la pièce polaire par au moins deux de leurs bords» 6 - Rotor selon la revendication caractérisé par le fait que les pattes des chapeaux feuilletés comprennent les éléments assurant un effet d'étampage, de manière qu'elles puissent se dilater dans la fente correspondante pour bloquer fermement le chapeau feuilleté dans l'extrémité de pièce polaire. 7 - Rotor selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les éléments assurant un effet d'étampage comprennent des trous ménagés dans les pattes et les goujons qui, lorsqu'ils pénètrent dans ces trous, dilatent lesdites pattes.