Brevet FR2235516A1 — publié le 19750124

L'invention concerne le domaine des machines électriques, et plus précisément les enroulements rotoriques a refroidissement direct par liquide pour les machines synchrones a piles non saillants. On connaît un enroulement rotorique a refroidissement direct par liquide pour une machine synchrone à pâles non saillants dans les rainures de chaque pôle de laquelle se trouve un groupe de bobines couplées électriquement en série et hydrauliquement en parallèle, les bobines étant bobinées dans le même sens avec une disposition des bornes ou sorties de l'un des côtés du rotor au-delà de la partie frontale, dans des compartiments séparés, où se trouvent les connexions électriques et hydrauliques. Par ailleurs, pour accroître le débit du liquide de refroidissement à travers l'enroulement on prévoit de l'autre côté du rotor d'autres connexions hydrauliques pour l'amenée du liquide de refroidissement vers les conducteurs rallongés de la partie frontale ou son évacuation de ces conducteurs. Les inconvénients d'un tel enroulement rotorique résident dans la nécessité de prévoir des sorties rallongées des bobines et la disposition des connexions hydrauliques et électriques des deux côtés du rotor dans des compartiments séparés limités par des frettes et des couronnes d'appui complémentaires disposées devant les frettes principales de l'enroulement du rotor. Tout ceci entraine l'accroissement de la longueur du rotor en affaiblissant son arbre et une complication importante de la construction à cause de l'amenée du liquide des deux côtés du rotor. L'invention est basée sur l'élimination des inconvénients indiqués. L'invention vise la création dtun enroulement rotoriqueen bobines dont le schéma et la disposition des sorties permettraient de placertoutes les connexions électriques et hydrauliques de façon plus compacte et plus simple sur l'un des côtés du rotor en permettant l'accès facile à ces connexions pour leur exécution, leur contrôla et leurs réparations tout en diminuant la longueur du rotor.Ceci est obtenu du fait que dans l'enroulement rotorique à refroidissement direct par liquide pour une machine synchrone à pôles non saillants, dans les rainures de chaque pale de laquelle est prévu un groupe de bobines couplées électriquement en série et hydrauliquement en parallèle, qui sont disposées concentriquement et enroulées dans le même sens avec une disposition des sorties dans le sens de l'axa sur l'un descotés du rotor avec leur sortie au-delà de lapartie frontale de l'enroulement, selon l'invention, dans ces mêmes rainures se trouve un second groupe de bobines disposées concentriquement et placées de manière que les bobines d'un groupe se situent dans bs parties inférieures des rainures, plus près de l'axe du rotor et les bobines de l'autre groupe se situent dans les parties supérieures des rainures, plus près de la surface externe du rotor, les bornes ou sorties des bobines du second groupe étant disposées dans le sens de l'axe du rotor et sortant au-delà de la partie frontale de l'enroulement sur le même côté du rotor, que les sorties des bobines du premier groupe, avec lesquelles les bobines du second groupe sont connectées électriquement en série et hydrauliquement en parallèle. Il est avantageux que les bobines du second groupe soient enroulées dans le sens opposé au sens d'enroulement des bobines du premier groupe I1 est également avantageux que les sorties supérieures -et inférieures des bobines supérieures soient disposées dans le sens axial, coaxialement.avec les conducteurs correspondants adhérant aux sorties dans les rainuras, tandis queles sorties supérieures et inférieures des bobines inférieures après leur sortie des rainures sont posées sur les parties frontales de leurs bobines et sont conduites au-delà de- la partie frontale de l'enrou- lement, dans les secteurs où se trouvent les sorties de même signe, supérieures et inférieures respectivement, des bobines supérieures. Il est préférable que les transitions d'une spire à l'autre des bobines'inférieures, formées en décalant tous les conducteurs de ces bobines dans le sens radial vers l'axe du rotor sur la hauteur-d'un conducteur, soient disposées à l'endroit où la sortie inférieure des bobines sort des rainures -sur la longueur de la portion axiale de la partie frontale de la plus petite bobine inférieure. I1 est également préférable A oraliser le couplage électrique en série des bobines de chaque pôle en raccordant à tour de rôle une bobine de chaque groupe, en commençant dans un groupe par la plus petite bobine et dans l'autre groupe, par la plus grande bobine, les sorties des bobines étant raccordées directement--ou aveç des barrettes à section pleine. On peut réaliser les connexions interpolaires dans un enroulement rotorique bipolaire dans la zone de la portion axiale de la partie frontale sur le côté des sorties des bobines au moins avec deux barrettes à section pleine, qui raccordent chacune le conducteur supérieur adhérant à la borne de la plus grande bobine supérieure d'un pôle au conducteur supérieur adhérant de la plus grande bobine supérieure du second pôle. Il convient de disposer les jonctions électriques et hydrauliques des bobines à proximité des bornes de la partie frontale et de -les retenir contre les déplacements radiaux avec une frette commune pour l'enroulement et les connexions. L'enroulement rotorique proposé à refroidissement direct est particulièrement fiable et simple à fabriquer I1 permet de réduire la longueur du rotor, de simplifier la disposition et la fixation des -connexions électriques et hydrauliques des -sorties des bobines. Toutes les connexions électriques et hydrauliques des bobines sont accessibles pour le montage, le contrôle et les réparations. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante. donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexes qui représentent - la figure 1, le schéma électrique simplifié de l'enroulement rotorique bipolaire selon l'invention - la figure 2, la coupe longitudinale de la partie frontale du rotor avec une vue vers les sorties supérieures, selon l'invention ; - la figure 3, une coupe longitudinale de la partie frontale du rotor avec une vue vers les sorties inférieures des bobines1 selon l'invention - la figure 4, la vue extérieure de l'enroulement rotorique, selon l'invention . L'enroulement rotorique de chaque pôle comporte deux groupes de bobines 1 à 4 et 5 à7 (figures 1 à 4), les bobines 5 à 7 d'un groupe étant disposées dans les parties inférieures des rainures et les bobines 2 à 4 de 1 'autre groupe étant disposées dans les parties supérieures des mimes rainures1 et sont isolées des bobines correspondantes 5-à 7 du premier groupe. Dans la variante donnée de réalisation de l'enroulement rotorique dans les rainures plus courtes,-situées près de la grande dent 8 (figure 4) n'est posée qu'une seule bobine 1, qui se rapporte au second groupe. Cependant, dans les autres variantes de réalisation, on peut placer dans ces mêmes rainures les bobines du premier et du second groupe. Toutes les bobines ont deux spires chacune. Le schéma (figure l) représente les conducteurs creux 9 par une seule ligne, les conducteurs (les barrettes) 10 et 11 à section pleine, par deux lignes parallèles, et les endroits de l'amenée et d'évacuation du liquide, respectivement 12 et 13, par des flèches. Les bobines 5 à 7 du premier groupe sont enroulées dans le sens opposé au sens d'enroulement des bobines 1 à 4 du second groupe. Les sorties supérieures 14 et inférieures 15 des bobines 1 à 4 du second groupe sont posées dans le sens de l'axe, au-delà de la partie frontale, coaxialement avec les conducteurs dans les rainures, qui adhèrent à elles. Les sorties supérieures 16 et inférieures 17 des bobines 5 à 7 du premier groupe sont posées sur les parties frontales de leurs bobines dans le sens de l'axe, au-delà de la partie frontale, dans les secteurs où se trouvent les sorties de même signe des bobines du second groupe. Pour faciliter le placement des sorties supérieures 16 les transitions 18 allant d'une spire à l'autre des bobines 5 à 7 du premier groupe, qui sont formées en recourbant tous les conducteurs de ces bobines vers l'axedurotor surla hauteur d'un conducteur, se situent à l'endroit où les sorties inférieures des bobines sortent des rainures, sur la longueur de la section axiale de la plus petite bibine 5 du premier groupe. Seulement, pour la plus grande bobine 7 du premier rang, les transitions d'une spire à une autre peuvent se.trouver à n'importe quel endroit de la portion axiale de sa bobine, sur le côté où la sortie. inférieure sort de la rainure. Le couplage en série des bobines d'un pôle est réalisé au moyen de barrettes à section pleine 10, qui sont placées radialement et dans le circuit en série formé s'alternent les bobines à4 du second groupe à partir de la plus petite bobine 1, et les bobines 5 à 7 du premier groupe à partir de la plus grande bobine 7. Les connexions interpolaires des enroulements sont réalisées avec deux barrettes 11 à section pleine qui se situent dans la partie frontale sur le côté des sorties et qui raccordent chacune le conducteur supérieur, adhérant à la sortie de la plus grande bobine .4 du second groupe d'un pôle au conducteur adjacent supérieur de la plus grande bobine 4 du second groupe du second pôle. Une telle connexion interpolaire est simple à réaliser et assure'la symétrie totale du rotor : pondérale, thermique et magnétique, L'isolation 19, 20, 21 et 22 (figures 2 à 4) des sorties des bobines et des barrettes est renforcée aux endroits d'intersection des conducteurs des autres bobines. Les transitions d'une spire à l'autre dans les bobines 1 à 4 du second groupe se situent, comme à l'ordinaire, dans les sections tangentielles des parties frontales. Pour la répartition uniforme des efforts mécaniques provenant des parties frontales des bobines du premier groupe et agissant sur les parties frontales des bobines du second groupe et des efforts de toutes les parties frontales agissant sur la frette 23, on fixe aux conducteurs des bobines du second groupe aux endroits des transitions d'une spire à une autre, en haut et en bas, des cales 24 (figure 4). A cette même fin sur les conducteurs supérieurs des bobines du premier groupe à l'endroit de la transition d'une spire à une autre sont également fixées des cales 24 (figure 2). Aux sorties des bobines sont raccordés des tubes métalliques 25 passant à travers les tubes isolants 26 (figures 3 et 2). Le liquide de refroidissement arrive par le collecteur de pression ouvert vers l'arbre, qui est formé par une bague de butée 27 et une bague façonnée 28 où le liquide de refroidissement arrive en jet ouvert issu des canaux 29, ladite bague façonnée étant fixée de façon étanche dans le corps 30 du dispositif d'admission hydraulique. La saillie annulaire 31 rend étanche le corps 30 du dispositif d'admission hydraulique par rapport à l'air ambiant du coté de l'arbre. Le liquide est happé par le rotor tournant, passe à travers les sorties inférieures des bobines 5 à 7 du premier groupe et passe par toutes les spires des bobines à travers les canaux locaux 32, avec lesquels sont raccordées les sorties inférieures des bobines 1 à 4 du second groupe. Après ceci, le liquide provenant des bobines 1 à 4 du second groupe s'écoule sur la surface interne de la bague de vidange 33 qui est fixée sur la bague d'appui 27, d'où elle coule dans le corps 30 du dispositif d'admission hydraulique. A partir des bobines 5-7 du premier groupe, le liquide à travers les ouvertures 34 (figure 2), dans la bague façonnée 28, coule également dans le corps 30 du dispositif d'admission hydraulique. Les connexions électriques et hydrauliques qui se trouvent à proximité des parties frontales de l'enroulement sont retenues conte les déplacements radiaux par une frette 23 commune pour les connexions et l'enroulement, et contre les déplacements axiaux, par la bague d'appui 27. La frette 23 et la bague d'appui 27 composent l'ensemble de frettage, possédant un seul ajustage, qui est fixé sur le tambour du rotor. Le schéma et la construction de l'enroulement, selon l'invention, prévoient la possibilité de réaliser d'autres systemes d'alimentation en liquide de refroidissement, avec alimentation et vidange de celui-ci à travers des canaux amenagés dans l'arbre, ainsi que le raccordement électrique direct des sorties supérieures 14 et 16 et des sorties inférieures 15 et 17 sans barrettes 10 à section pleine, par exemple par connexion à un embout commun, avec amenée du liquide de refroidissement non par deux, mais par un seul tube commun. Pour d'autres systèmes de refroidissement , la direction du courant de liquide dans les bobines peut différer de la direction indiquée par des flèches sur-les figures 1 à 3. REVENDICATIONS 1. Enroulement rotorique à refroidissement direct par liquide pour machine synchrone à pôlesnon saillants dans les rainures de chaque pôle de laquelle se trouve un groupe de bobines couplées électriquement en série et hydrauliquement en parallèle, disposées concentriquement et enroulées avec une disposition des sorties dans le sens axial sur l'un des côtés du rotor avec la sortie au-delà de la partie frontale, caractérisé en ce que dans ces mêmes rainures se trouve un second groupe de bobines disposées concentriquement et placées de maniere que les bobines d'un groupe se trouvent dans les parties inférieures des rainures, plus proches de l'axe du rotor, tandis que les bobines de l'autre groupe se trouvent dans les parties supérieures des rainure, plus proches de la surface externe du rotor, les sorties des bobines du second groupe se trouvant disposées dans le sens de l'axe et sortant au-delà de la partie frontale sur le même côté du rotor, que les sorties des bobines du premier groupe auxquelles les bobines du second groupe sont accouplées électriquement en série et hydrauliquement en parallèle. 2. Enroulement rotorique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les bobines du second groupe sont enroulées dans le sens opposé au sens d'enroulement des bobines du premier groupe, 3. Enroulement rotorique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les sorties supérieures et inférieures des bobines supérieures sont posées dans le sens de l'axe,coaxialement aux sorties des conducteurs correspondants adhérant dans les rainures, tandis que les sorties supérieures et inférieures des bobines inférieures en sortant des rainures sont posées sur la partie frontale de leur bobine et sortent axialement au-delà de la partie frontale dans les secteurs, où se trouvent les sorties de même signe, respectivement supérieures et inférieures des bobines supérieures. 4. Enroulement rotorique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les transitions d'une spire à l'autre des bobines inférieures sont formées par déplacement de tous les conducteurs de ces bobines dans le sens radial vers l'axe du rotor sur la hauteur d'un conducteur, et se situent à l'endroit où les sorties inférieures des bobines sortent des rainures, sur la longueur de la portion axiale de la partie frontale de la plus petite bobine inférieure. 5. Enroulement rotorique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le couplage en série des bobines de chaque pale est réalisé en raccordant à tour de roule une bobine de chaque groupe en commençant dans un groupe par la plus petite bobine et dans l'autre groupe par la plus grande bobine, les sorties des bobines étant raccordées soit directement soit par des barrettes à section pleine. 6. Enroulement rotorique bipolaire selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les connexions intarpolaires sont réalisées dans la zone de la portion axiale de la partie frontale sur le côté des sorties des bobines au moins avec deux barrettes à section pleine, qui raccordent chacune le conducteur supérieur adhérant à la sortie de la plus grande bobine supérieure d'un pôle au conducteur adhérant supérieur de la plus grande bobine supérieure du second pôle. 7. Enroulement rotorique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les connexions électriques et hydrauliques des sorties des bobines se situent à proximité de la partie frontale et sont retenues contre les déplacements radiaux par une frette commune pour l'enroulement et les connexions.