Brevet FR2185884A1 — publié le 19740104

Les machines électriques synchrones du type homopolaire comportent habituellement un rotor denté qui est exempt d'enroulement, le stator seul portant des enroulements inducteurs et induits. Cela permet à ces machines d'outre entraînées à grande vitesse, de sorte que leur rendement, et notamment leur puissance volumique, sont très élevés.Par ailleurs, un tel rotor denté présente l'inconvénient d'engendrer, pendant la marche, du fait de sa grande vitesse périphérique, des bruits intenses et gênantes. Pour améliorer le comportement acoustique d'un tel rotor non bobiné, il est déjà connu de combler les intervalles interpolaires du rotor au moyen d'une matière de remplissage qui est isolante et non magnétique, afin de créer une surface cy- lindrique fermée (voir "Conti Elektro-Berichtet, 1959, page 301). De telles machines synchrones de type homopolaire, ont d'abord été utilisées exclusivement comme machines excita trices ou encore comme génératrices de courant à moyenne fréquence. Elles ont trouvé récemment un nouveau domaine d'application, à savoir leur utilisation en association avec un convertisseur statique de courant constitué par des thyristors. On peut alors faire tourner la machine à grande vitesse en tirant profit en particulier de l'avantage connu qu'offre l'absence de collecteur. Pour tirer un avantage économique d'une telle machine convertisseuse, il ne suffit alors plus seu- lement de recourir à une machine du type décrit, mais il faut encore que le convertisseur associé soit utilisé dans de bonnes conditions. La réactance de commutation joue un r81e déterminant lors de la conception du convertisseur de courant.Dans les machines électriques synchrones connues du type homopolaire décrit, comportant un rotor denté non bobiné, cette réactance de commutation est relativement importante. La présente invention a donc pour but de réduire la réactance de commutation grâce à une modification simple de la structure des machines synchrones connues. Pour atteindre ce résultat, l'invention part d'une machine électrique synchrone du type homopolaire, comportant un rotor denté sans enroulement qui, grâce à l'adjonction de matière non magnétique, présente une surface externe cylindrique continue. L'invention prévoit, pour l'utilisation de la machine en conjonction avec un convertisseur de courant constitué par des thyristors, que la surface du rotor est constituée d'une enveloppe cylindrique continue emmanchée à chaud ou à force sur les dents du rotor, cette enveloppe étant en une matière bonne conductrice de l'électricité et mécaniquement résistante.Les courants de Foucault qui s'établissent dans cette enveloppe cylindrique en matière non magnétique à bonne conductibilité électrique, influencent le circuit de commutation lors du transfert de courant, à l'intérieur du convertisseur, d'un thyristor à l'autre, cette influence s'exerçantdrns le sens d'un amortissement important, de sorte que la réactance de commutation se trouve réduite. I1 en résulte que le convertisseur de courant peut être utilisé avec un bon rendement et peut être dimensionné au plus juste. En outre, à la différence des pièces de remplissage occupant entièrement les intervalles interpolaires, l'enveloppe cylindrique n1a qu'un poids relativement léger. Les efforts engendrés par la force centrifuge, efforts qui sont d'ailleurs plus facilement supportés par un cylindre fermé, sont alors moins importants. Cette modification de la structure de la machine préserve l'avantage de pouvoir l'utiliser à grande vitesse sans engendrer de bruits importants. Pour la matière constituant l'enveloppe cylindrique, on emploiera avantageusement des alliages cuivreux tels que par exemple des alliages béryllim-cuivre, ou des alliages d'aluminium tels que, par exemple. des alliages titane-aluminium. Il est déjà connu, par le modèle d'utilité nO 1 962 987 de la République Fédérale d'Allemagne, de réaliser, sous la forme d'une enveloppe cylindrique fermée entourant le rotor de la machine, l'enroulement amortisseur habituel d'une machine synchrone normale à pales saillants. Cette réalisation ne vise toutefois qu'à améliorer le refroidissement de l'enroulement amortisseur, sans modifier le comportement électrique de la machine. Une machine réalisée selon l'invention peut fonctionner avec un très faible niveau de bruit et, du fait de son excellent rendement pour une grande puissance fournie, n'exige qu'un faible encombrement, de sorte qu'elle convient particulièrement bien pour servir de moteur à convertisseur, sans collecteur, alimentée par thyristors à vitesse variable, pour des véhicules électriques de traction tels que par exemple des locomotives ou automotrices électriques. Une utilisation comme génératrice est également possible, puisque l'on peut d'ailleurs obtenir des valeurs intéressantes du cors. 8 et cela pour une faible dépense. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparattront à la lecture de l'exemple non limitatif suivant décrit en se référant au dessin annexé sur lequel la figure 1 représente schématiquement une vue correspondant à une coupe longitudinale faite selon la ligne I-I de la figure 2 ; et la figure 2 représente une coupe transversale faite selon la ligne II-II de la figure 1. Le rotor 1 d'une machine synchrone du type homopolaire utilisée comme moteur à convertisseur, alimenté par thyristors et tournant à grande vitesse, pour des véhicules de traction, consiste en un corps en fer massif pourvu de dents rotoriques 2 séparées par des intervalles interpolaires 3. Etant donné que le stator de la machine est (ce qui n'est pas représenté) subdivisé en deux masses feuilletées entre lesquelles une bobine annulaire excitatrice est disposée en position médiane, les dents 2 et les intervalles 3 du rotor ne sont ainsi usinés que dans la partie se trouvant en dessous de la masse feuilleté. statorique, de sorte qu'il subsiste une partie médiane 4 en saillie dans la zone de la bobine excitatrice.En outre, les dents 2 et les intervalles interpolaires 3 se trouvant d'un caté du gradin 4 sont décalés par rapport aux dents et intervalles interpolaires se trouvant de l'autre coté du gradin 4. L'ensemble du rotor I est entouré par une enveloppe cylindrique 5 qui est réalisée en un alliage non magnétique à grande résistance mécanique et bon conducteur de l'électricité, par exemple en un alliage de cuivre, ou encore en un alliage d'aluminium. Cette enveloppe 5 est emmanchée à chaud ou à force, sur la surface des dents 3. Cette enveloppe 5 offre surtout l'avantage de supprimer la production de bruits très intenses pendant la marche à grande vitesse de la machine. De plUs, du fait des courants de Foucault qui y prennent naissance, la réactance de commutation pour le convertisseur coopérant avec la machine se trouve diminuée, de sorte que ce convertisseur se prête à une réalisation particulièrement avantageuse. De plus, les pertes par frottement superficiel sont réduites gracie à l'enveloppe 5, les faces frontales du rotor recevant une surface lisse grâce à l'obturation des intervalles interpolaires par des parois 6. Le corps rotorique ainsi obtenu a la forme d'un tambour fermé, cette forme étant la plus favorable à une marche silencieuse, et exempte de pertes par -frottement, de la machine, lorsque celle-ci tourne à grande vitesse. R E V E N D I C A T I C N S 1. Machine électrique synchrone du type homopolaire, avec un rotor denté non bobiné qui, grâce à l'adjonction de matière non magnétique, présente une surface extérieure cylindrique fermée, cette machine étant caractérisée par le fait que, étant associée à un convertisseur de courant constitué par des thyristors, ladite machine a la surface de son rotor formée d'une enveloppe cylindrique fermée qui est emmanchée à force ou à chaud sur les dents du rotor, cette enveloppe fermée étant en une matière qui présente à la fois une bonne conductibilité électrique et une grande résistance mécanique. 2. Machine synchrone selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'enveloppe cylindrique est en un alliage de cuivre. 3. Machine synchrone selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'enveloppe cylindrique est en un alliage d'aluminium. 4. Machine synchrone selon la rOvendication 1, caractérisée par le fait que des parois fermant les intervalles entre les dents confèrent une surface unie aux faces frontales du rotor. 5. Machine synchrone selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la machine est montée sur un véhicule de traction pour-servir de moteur sans collecteur, à convertisseur, alimenté par thyristors, -dont la vitesse de rotation est réglable.