Brevet FR2247793A1 — publié le 19750509

L'invention concerne un dispositif se composant d'un noyau annulaire conducteur magnétique, constitué de préférence de fer feuilleté sur lequel est placé un enroulement en anneau conduisant du courant alternatif, en particulier pour des stators ou des rotors de machines électriques. L'enroulement en anneau, connu en soi, par suite de la formation de champs de dispersion importants, -eat par essence, désavantageux sinon impropre pour le fonctionnement en courant alternatif, en particulier dans les machines électriques L'invention vise à éviter ce défaut par une atténuation inductive des champs de dispersion et à tirer parti du dispositif prévu à cette fin, pour la fixation du noyau bobiné ainsi que pour l'évacuation de la chaleur. Ce résultat est obtenu selon l'invention au moyen d'une enveloppe en métal amagnétique, de préférence en métal léger qui placée à l'extérieur de l'enroulement, s'étend au moins sur une partie de la zone d'enroulement qui nrest pas traversée par des flux magnétiques utiles et qui, en même temps est conformée pour assurer l'atténuation du champ de dispersion, la fixation du noyau bobiné et ltévacuation de la chaleur de dissipation . -Selon un mode de réalisation de l'invention, le noyau bobiné, sur sa surface tournée vers l'enveloppe métallique, est pourvu de nervures traversant ltenroulement et assurant l'ajustement dans ltenveloppe métallique.L'invention rend donc possible l'utilisation sur une large base, des avantages de l'enroulement en anneau, pour les machines électriques, & savoir Economie du métal de l'enroulement et suppression des têtes d'enroulement largement saillantes dans les machines à faible nombre de pales et en forme de disque, ainsi que la possibilité d'exécuter un seul et m8me enroulement pouvant passer sur un nombre quelconque de p8les. Le dispositif selon l'invention estdé- crit dans plusieurs exemples à l'aide du dessin annexé, sur lequel la figure 1 est une coupe longitudinale d'une machine asynchrone, à rotor à cage selon l'invention ; la figure 2 est une coupe transversale ssu stator et de la carcasse de cette machine les figures 3 et 4 représentent respectivement une coupe longitudinale et une coupe transversale d'un moteur asynchrone en forme de disque, selon l'invention, entraSnant un compresseur et dont le rotor à cage monté en porte-à-faux forme en m8me tinps volant la figure 5 est une coupe longitudinale d'une machine excitatrice pourvue d'enroulement en anneau tant sur le stator que sur le rotor la figure 6 représente cette machine en coupe transversale les figures 7 et 8 représentent respectivement une coupe longitudinale et une coupe transversale du stator, dans lequel l'enveloppe métallique est formée par moulage direct autour du paquet de t8les bobiné d'un mental à faible point de fusion. Comme le montrent les figures 1 eut 2, le paquet de tales statorique 1 à encoches internes possède à la périphérie, six nervures 2, formées par des pattes prévues sur le contour des tôles. L'enroulement en anneau 3 est logé, à l'intérieur du paquet 1, dans les encoches et, à sa périphérie, réparti à peu près régulièrement dans des secteurs compris entre les nervures 2. La répartition de l'enroulement sur les faces frontales de la sortie des encoches à la périphérie du paquet 1, est indiquée sur la figure 2 par des lignes tiretées. Le paquet avec ses nervures 2 est emmanché à la presse dans un tube 4 de métal léger , lui-même disposé dans la carcasse 5 du moteur par exemple en fonte grise, à ailettes traditionnelle et à ventilation superficielle. Des deux côtés du paquet statorique, des rondelles annulaires 6, en métal léger et s'étendant avantageusement vers l'intérieur jusqu'au diamètre de l'alésage du paquet 1 , sont disposées dans le tube 4 où elles sont de préférence emmanchées à la presse, soudées ou brasées. Elles constituent, en liaison avec ce tube, l'enveloppe métallique, amagnétique, selon l'invention qui, du fait de la bonne conductibilité électrique du métal léger, atténue en grande partie les champs de dispersion de l'enroulement en anneau par des courants de Boucault induits, le tube 4 assurant de plus le portage du paquet bobiné 1 et l'évacuation vers la carcasse 5, de la chaleur engendrée par les pertes du stator.Pour améliorer le transfert de chaleur du paquet 1 et de l'enroulement 3 aux parties 4 et 6, l'espace compris entre le noyau, l'enroulement et l'enveloppe métallique est, selon l'invention, rempli au moins er partie, d'une résine coulée 7, de préférence d'une résine dont la conductibilité thermique est augmentée par des matières de remplissage appropriées comme par exemple le quartz, l'oxyde d'aluminium, le graphite ou des poudres métalliques.Dans le cas où l'isolation de l'enroulement est réalisée de façon appropriée, au lieu de résine coulée, on peut aussi faire le remplissage avec des alliages métalliques à bas point de fusion, il en existe qui ont un point de fusion dans toutes les gammes à partir de 600C, ce -qui permet d'obtenir une transmission particulièrement bonne de la chaleur de dissipation vers l'enve loupez métallique.Le cas échéant, un tel remplissage de métal ou de résine, peut prendre en charge le portage du paquet bobiné dans l'enveloppe métallique 4 et 6, les nervures 2 pouvant alors disparaître, En cas d'emmanchement à la presse des rondelles 6, afin de réduire, en vue d'améliorer l'amortissement des courants de Foucault, la résistance de contact électrique avec le tube 4 après l'opération, c'est-à-dire afin d'emp8cher une corrosion fissurante progressive sur les surfa- ces d'ajustage, il est recommandé selon l'invention, de recouvrir les joints 8 avec du vernis. Les conducteurs de raccordement de lten- roulement 3 sortent par un perçage 9 pratiqué dans une des rondelles 6. La disposition représentée sur les figures 1 et 2 d'un tube de métal léger 4 particulier dans la carcasse 5 peut être économique dans le cas où des carcassesnon amagnétiques, d'autres moteurs, peuvent être utilisées pour des machines selon l'invention. Si toutefois la carcasse 5 est en métal amagnétique, en particulier en métal léger, elle peut alors elle-m8me constituer une partie de l'enveloppe métallique selon l'invention, c'est-à-dire que les rondelles 6 se trouvent alors immédiatement dans la carcasse 5, le tube 4 disparaissant. Si les flasques-paliers, désignés par 10 sur la figure 1, sont en métal léger, ils peuvent alors, selon l'invention, moyennant une réalisation appropriée, c'est-à-dire en les rapprochant le plus possible de la face frontale de l'enroulement, être réunis aux rondelles 6. Dans l'alésage du stator du moteur suivant les figures 1 et 2, on a disposé un rotor à cage de cons- truction courante à titre d'exemple. Les figures 3 et 4 représentent un moteur d'entrainemeDt, selon l'invention, pour un compresseur à piston , le rotor du moteur constituant en meme temps le volant nécessaire pour absorber les pulsations du couple, Le paquet statorique 11 à encoches internes porte l'enroulement en anneau 12 et présente, sur sa périphérie, huit nervures, qui sont formées par des barrettes 13 rapportées par soudure. Ces barrettes réunissent, d'une part, les différentes tôles du paquet entre elles et assurent, d'autre part, l'ajustement dans la carcasse de métal léger 14. Cette carcasse fixée par brides sur le compresseur entratné, comporte un bord 15 qui, du point de vue atténuation du champ de dispersion, remplace une des rondelles 6 de l'agencement suivant la figure 1.L'enveloppe métallique selon l'invention est complétée par une plaque frontale 16 en métal léger perforée ou fendue, qui en même temps protège contre tout contact accidentel. Pour faciliter la formation a.s courants de Foucault, atténuateurs des champs de dispersion, la zone annulaire 17 de cette plaque, qui se trouve vis-à-vis de l'enroulement 12, est d'une plus forte épaisseur. Cette plaque latérale pourrait aussi être remplacée par un flasque-palier en métal léger, recevant l'arbre 21 du compresseur. La partie active du rotor se compose du paquet de tôles 18 à encoches et de-la cage de court-oircuit 19. Le paquet prend appui sur la-jante 20 d'une roue 22 fixée en porte-à.faux sur l'arbre du compresseur et dont les rayons 23, tirés axialement, forment ailettes de ventilation en service. Elles créent une dépression qui aspire l'air à travers les ouvertures 24 de la plaque frontale 16 suivant une direction axia3s. Cet air afflue, comme l'indique les flèches de la figure 3, d'abord radialement vers l'extérieur, est ensuite défléchi- axialement par la carcasse 14, traverse 1'espaceannulaire entre l'enroulement 12 èt la carcasse 14 et ressort par les ouvertures 25 de la plaque frontale. bu fait que dans cette machine ventilée par circulation d'air, une partie de 1' espace compris entre l'enroulement en anneau et l'enveloppe métallique est ménagée pour la pénétration d'un agent de refroidissement - ici l'air une bonne évacuation des pertes par le fer et l'enroulement ainsi que de la chaleur engendrée dans les pièces 14 et 16 par les courants de Poucault, est assurée. La machine est essentiellement en forme de disque afin d'atteindre un diamètre suffisamment grand pour. répondre à l'effet de volant attendu. Par la disposition d'enroulement en anneau, on évite une plus grande consommation de métal d'enroulement, telle qu'elle apparaît avec un enroulement ordinaire en tambour du stator obligatoirement associé à de très fortes saillies axiales des têtes de bobines, ainsi que l'en- combrement correspondant. Les figures 5 et 6 représentent le per Sectionnement,suivant l'invention, d'une machine à induction qui entratnée en sens inverse du champ tournant est, de manière connue en soi, utilisée pour l'excitation sans balais d'une machine synchrone et qui est bobinée tant sur le stator que sur le rotor. Le paquet statorique 26 à encoches internes prend appui dans la carcasse 28 en métal léger par des barrettes 27 rapportées par soudure, cette carcasse étant fixée par bride au flasque-palier 29 de la machine principale, non représentée. L'enroulement en anneau 30 du stator est alimente, par exemple, en courant triphasé et induit dans l'enroulement en anneau 31 du rotor, des tensions qui, de manière connue, sont redressées par des diodes entrainées en rotation (non représentées) et'amenées à travers un alésage axial de l'arbre 32, à l'enroulement du rotor de la machine principale.L'enroulement en anneau 31 est dispose. sur un paquet de tales 33 à encoches externes, qui est appliqué par des barrettes rapportées par soudure 34, sur la couronne 35, en métal léger, du rotor . Cette couronne est pourvue d'un rebord 36 dirigé vers 1' extérieur, qui porte des pales 37 de ventilateur. Le moyeu 38 du rotor est réuni à la couronne 35 par des rayons 39 et est -monté en porte' faux sur l'arbre 32 de la machine principale. La carcasse 28 comporte un bord 40 s 'é- tendant vers l'intérieur au-dessus de la face frontale de l'en- roulement du rotor, et présente de l'autre côté du paquet statorique, une rondelle 41 en métal léger emmanchée à la presse ou soudée. L'enveloppe métallique atténuant le champ de dispersion pour l'enroulement statorique 30 est formé par la carcasse 28, son bord 40 et la rondelle 41. Le bord 40 fait aussi partie de l'enveloppe métallique pour l'atténuation du champ de dispersion de l'enroulement rotorique 31. L'autre partie de cette enveloppe est constituée par la couronne 35 et le rebord 36 du rotor. La machine est fermée, sur sa face frontale, par un grillage 42 fixé sur le bord 40 et à travers duquel l'air frais est aspiré, lequel se divise en trois courants parallèles comme l'indiquent les flèches dessinées. Une partie traverse l'espace compris entre les rayons 39 pour pénétrer ensuite dans les pôles37 du ventilateur. Une partie traverse ltespace compris entre l'enroulement rotorique 31 et la couronne 35 du rotor ainsi que le rebord 36. Le troisième flux d'air circule d'abord entre une face latérale de l'enroulement rotorique 31 et le bord 40 de la carcasse et ensuite, entre l'enroulement statorique 30 et les parties 40, 28, 41. Dans l'es- pace annulaire compris entre les pièces 41 et 36, se réunissent les deux flux d'air de refroidissement, derniers cités, pénétrant ensuite dans la couronne d'aubes 37.Tout l'air de refroidissement venant de cette couronne d'aubes pénètre dans la machine principale par l'ouverture 43. Lorsque les conditio d'encombrement doivent être réduites dans le sens radial, on peut, en suppri- mant la couronne 35 ainsi que les rayons 39 et en renonçant au flux d'air frais traversant ces rayons, appliquer les barrettes 34 du paquet rotorique sur le moyeu 38 du rotor; qui constitue alors une partie de 11 enveloppe métallique atténuant- le champ de dispersion. Sur les figures 7 et 8, une variante de l'invention est représentée, s'appliquant de préférence aux machines plus petites. Le paquet statorique 44 avec son enroulement en anneau 45 est entouré dans un moule approprié, d'un alliage métallique à bas point de fusion de façon à obtenir la carcasse 46 en forme de pot, nervurée extérieurement qui constitue l'enveloppe métallique atténuant le champ de dispersion , fournit un ancrage de tous les cotés du paquet statorique et de l'enroulement et qui évacue les pertes thermiques du fait de sa bonne conductibilité thermique. Une face frontale de la carcasse 46 est conforméeen flasque palier, alors que sur la face opposée il est prévu un flasque palier séparé 47 (en matériau quelconque). Le rotor, de construction normale, n'est pas représenté. R E V E N Di C À T I O N S 1. Dispositif se composant d'un noyau annulaire conducteur magnétique, constitue de préférence de fer feuilleté sur lequel est placé en enroulement en snizaU conduisant du courant alternatif, en particulier pour des stators ou des rotors de machines é1ectiques, caractérisé ptr un enveloppe en métal amagnétique, de préférence en métal léger qui est placée à l'extérieur de llenroulement, s'étend au moins sur une partie de la zone d'enroulement qui n'est pas traversée par des flux magnétiques utiles, et qui, en iSi. temps, est conformée pour assurer l'atténuation du champ de dispersion, la fixation du noyau bobiné et l'évacuation de la chaleur de dissipation. 2. Dispositif suivant la revendication 1 , caractérisé par le fait que le noyau bobiné sur sa sur- face tournée vers l'enveloppe métallique, est pourvu de nervures traversant le bobinage et assurant l'ajustement dans l'enveloppe métallique. 3. Dispositif suivant la revendication 2 avec noyau feuilleté caractérisé par le fait que les nervures sont formées par des pattes prévues sur le contour des tics 4. Dispositif suivant la revendication 2 avec noyau feuilleté, caractérisé par le fait que les nervu- res sont formées par des barrettes soudées sur le noyau. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour le stator de machines électriques, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de l'enveloppe métallique est constituée par un tube disposé dans la carcasse de la machine. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour le stator de machines électriques, caractérisé par le fait qu'au moins une-partie de l'enveloppe métallique est constituée par la carcasse de la machine. -7. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour le rotor de machines électrique8} caractérisé par le fait qu'au moins une partie l'enveloppe métallique est constituée par un moyeu du rotor. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4 pour le rotor de machines électriques, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de l'enveloppe métallique est constituée par une couronne spéciale du rotor 9. Dispositif suivant l'une quelcon-que des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que l'en- veloppe métallique présente un bord qui, au moins en partie , s'étend au-dessus de la zone d'enroulement se trouvant sur une face frontale du noyau. 10. Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé par le fait -qu'au moins vis-à-vis d'une face frontale du noyau est disposée une rondelle métallique, notamment en métal léger, qui, de préférence est reliée de façon à conduire l'électricité au reste de l'enveloppe métallique par soudage, brasage ou emmanchement à la presse. 11. Dispositif suivant la revendication 10, avec au moins une rondelle métallique reliée, de fagon à conduire ltélectricité au reste de l'enveloppe métallique, caractérisé par un revêtement de vernis appliqué sur les joints de l'emmanchement. 12. Dispositif suivant-la revendication 9 ou 10 pour les machines électriques, caractérisé pâr -le fait que le bord de l'enveloppe métallique, éventuellement au moins une des rondelles métalliques frontales est façonnée en flasque palier. 13. Dispositif suivant la- revendica- tion 9 ou 10 pour les machines électriques, caractérisé par le fait que le rebord de l'enveloppe métallique, éventuellement au moins une des rondelles métalliques frontales est façonnée en aérateur. 14. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que l'es- pace compris entre le noyau , l'enroulement et ''enveloppe métallique est rempli au moins en partie, d'une zesine coulée, de préférence d'une résine dont la conductibilitt thermique est augmentée par des matières de remplissage, comme par exemple le quartz, l'oxyde d'aluminium , le graphite ou des poudres métallique s. 15. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à-lf, caractérisé par le fait que l'espace compris entre le noyau, l'enroulement et l'enveloppe métallique est rempli , au moins en partie, d'un métal à faible point de fusion. 16. Dispositif suivant l'une queloonque des revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'au moins une partie de l'espace compris entre 1'enroulement et l'enveloppe métallique, est aménagée pour la traversée d'un agent 'de refroidissement. 17. Dispositif suivant la revendication 14 ou 15, caractérisé par le fait, que le moulage, au moins en partie, assure aussi le portage du noyau et de l'enroulement dans l'enveloppe métallique, 18. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 17 caractérisé par le fait qu'au moins une partie l'enveloppe métallique est constituée par un moulage métallique à faible point de fusion, recouvrant l'enroulement sur le dessus.