Brevet FR2167283A1 — publié le 19730824

L'invantion concerne les enroulements de machines électriques tournantes et plus particulièrement les enroulements en court-circuit tels que les cages d'écureuil des moteurs asynchrones et les cages d'amortisseurs des machines synchrones, ainsi que les enroulements des pôles de machines à courant continu. On sait que l'utilisation de matériaux classiques (cuivre, bronze, alumi ni.....) pour réaliser des anneaux de court-circuit de moteurs asynchrones conduit à une limitation de la vitesse et de la température, due aux caractéristiques mécaniques et thermiques du matériau utilisé (limite élastique, coefficient de dilatation). On est conduit, pour aller au-delà de cette limite, à l'utilisation de frettes, dont le matériau constitutif, grâce à ses meilleures caractéristiques mécaniques et thermiques, diminue le taux de travail dans l'anneau. Cela est particulièrement vrai pour l'aluminium pour lequel-le très fort coefficient de dilatation et les relativement faibles qualités mécaniques, jointes à une déformation progressive par fluage, imposent cette technique de frettage dans de nombreux cas. Mais ce frettage, réalisé avec des procédés classiques, est une disposition coûteuse à cause des matériaux utilisés et des opérations de mise en oeuvre de ceux-ci. On a trouvé, suivant la présente invention. que l'on pouvait éviter tout frettage classique et obtenir les caractéristiques mécaniques, électriques, et tout particulièrement de dilatation thermique desirées pour un enroulement ou une partie d'enroulement de machine tournante electrique, en constituant au moins une partie de cet enroulement en un matériau de type composite, comprenant des fibres enrobées dans un metal. Les fibres utilisées sont des fibres très fines permettant de tirer profit des propriétés mécaniques remarquables que présentent certains cristaux. On peut utiliser, par exemple, des fibres de verre ou des fibres de carbone ou de bore. Dans le cas d'un enroulement en court-circuit comprenant des barres disposées dans des encoches et des anneaux de court-circuit disposés sur les côtés de la machine tournante électrique, on peut ne constituer par un matériau dudit type composite que les anneaux de court-circuit, ou utiliser un matériau de type composite pour les barres et pour les anneaux de court-circuit, et, dans ce cas, il est possible d'utiliser des fibres de même nature en plus grand nombre dans les anneaux de court-circuit que dans les barres, ou d'utiliser des fibres différentes dans les anneaux de court-circuit d'une part et dans les barres d'autre part. On peut, de cette manière, par un dosage judicieux de fibres, ajuster les caractéristiques des diverses parties de l'enroulement aux contraintes auxquelles elles sont soumises. On peut notamment donner au matériau constituant l'enroulement un coefficient de dilatation égal ou même inferieur à celui du fer constituant le circuit magnétique qui le supporte. On peut, dans d'autres cas où les contraintes de l'enroulement sont surtout dues à la vitesse de rotation, chercher à améliorer le module d'élasticité ou la resistance mécanique. La résistivité électrique des fibres de carbone et de bore permet également d'ajuster des pro priétés électriques de la machine. Le matériau dudit type composite peut être préparé en dehors de la machine électrique par divers procédés connus en eux-mêmes tels que, par exemple, l'incorporation des fibres lors du tréfilage du conducteur. Mais l'invention prévoit aussi, de manière préférentielle, de fabriquer le matériau de type composite sur la machine électrique elle-même en mettant tout d'abord en place les fibres dans la machine électrique et en coulant ensuite le métal autour d'elles. En se référant à la figure schématique ci-jointe, on va décrire un mode de mise en oeuvre de l'invention donné à titre non limitatif. Cette figure représente une demi-coupe axiale partielle d'un rotor de moteur asynchrone à cage d'écureuil, pendant l'opération de réalisation de cette cage. On n'a pas représenté la cage après l'opération de réalisation, car cette représentation se déduit immédiatement de la figure représentée. Dans cette figure, le circuit magnétique 1 du rotor est muni d'encoches 2, dans lesquelles on introduit des faisceaux de fibres très minces 3. Contre chacune des deux parois latérales du rotor on dispose un moule annulaire 4 à l'intérieur duquel on introduit aussi des faisceaux de fibres très minces 5. Des orifices 6 dans le moule 4 permettent de couler un métal conducteur, tel que de l'aluminium, dans les encoches 2 et dans l'espace 7 interne au moule 4. On obtient ainsi une cage formée de barres dans les encoches 2 et d'anneaux de court-circuit dans les espaces 7. Bien entendu, les barres pourraient aussi être fabriquées séparément des anneaux de court-circuit et constituées par un métal conducteur différent, les divers procédés de fabrication connus pour les cages coulées pouvant être appliqués à l'invention. Si au lieu de fabriquer le matériau dudit type composite sur place, on utilise un matériau du commerce, il est aisé d'obtenir directement des barres, et, pour obtenir les anneaux de court-circuit, on enroule ce matériau en une spire ou plusieurs spires, puis on soude l'ensemble afin de réaliser une cage en court-circuit. REVENDICATIONS 1/ Enroulement de machine tournante électrique, notamment enroulement en courtcircuit, caractérisé en ce qu'au moins une partie de cet enroulement est en un matériau de type composite comprenant des fibres enrobées dans un métal. 2/ Enroulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres sont des fibres de carbone ou de bore. 3/ Enroulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres sont des fibres de verre. 4/ Enroulement en court-circuit selon l'une des revendications précédentes, comprenant des barres disposées dans des encoches et des anneaux de court-circuit disposés sur les côtés de la machine tournante électrique, caractérisé en ce que seuls les anneaux de court-circuit sont constitués par un matériau dudit type composite. 5/ Enroulement en court-circuit selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant des barres disposées dans des encoches et des anneaux de court-circuit disposés sur les côtés de la machine tournante électrique, caractérisé en ce que les barres et les anneaux de court-circuit étant tous deux constitués par un matériau dudit type composite contenant des fibres de même nature, celles-ci sont présentes en plus grand nombre dans les anneaux de court-circuit que dans les barres. 6/ Enroulement en court-circuit selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant des barres disposées dans des encoches et des anneaux de court-circuit disposés sur les côtés de la machine tournante électrique, caractérisé en ce que les barres et les anneaux de court-circuit étant tous deux constitués par un matériau dudit type composite, les fibres présentes dans les anneaux de court-circuit d'une part, et dans les barres d'autre part, sont différentes. 7/ Mode de fabrication d'un enroulement en court-circuit selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites fibres sont d'abord seules mises en place dans ladite machine tournante électrique et en ce qu'ensuite ledit métal est coulé autour d'elles.