Brevet FR2268380A1 — publié le 19751114

L'invention concerne un dispositif de fixation d'éléments de bobinage dans les encoches de machines électriques rotatives, ce dispositif comprenant une clavette d'arrêt et au moins un élément élastique. Plusieurs éléments de bobinage, ctest-a-dire des conducteurs ou faisceaux de conducteurs isolés sont en général disposés dans les encoches de la périphérie du paquet de toles statoriques d'une machine rotative. Le flux de courant magnétique dans les conducteurs isolés provoque des forces électromagnétiques pulsatoires qui s'exercent sur ces derniers à une reguess double de celle de service et et qui sont orientées radialement vers la fond des encoches.Afin d'éviter la de térioration mécanique des éléments de bobinage due aux vibrations des conducteurs, il faut qwe l'amplitude de Ces *wrn*S-xr L résulteraient immanquablement en un claquage électrique et donc à la panne de la machine, reste minimale le plus longtemps possible. Les éléments élastiques auxiliaires de fixation revotent une grande importance, car il est pratiquement impossible d'éviter que les pièces remplissant les encoches et en particulier ces éléments ne se déforment légèrement à la longue et donc que les forces d'arrêt produites par les clavettes ne diminuent avec en conséquence une augmentation de l'amplitude des vibrations. Les éléments de bobinage en général isolés par une résine synthétique sont placés d'après la technique classique actuelle éventuellement sous précompression dans les encoches qui sont ensuite obturées par des clavettes rigides Dans certains cas, des éléments élastiques auxiliaires de formes diverses et à caractéristique linéaire sont logés dans les encoches. Les demandes de brevet allemand (DOS) mises à l'inspection publique sous les -nos 1 463 872 ey 2 123 520 décrivent et représentent des pinces façonnées ondulées et le brevet allemand nO 964 161 décrit et représente des pinces façonnées incurvées. L'expérience montre que la contrainte initiale produite par les clavettes rigides, c'est-a-dire que la force d'arrêt diminue notablement en service, souvent même au bout de peu de temps, selon le mode de réalisation et le matériau adoptés, de sorte que, dans de nombreux cas, il faut procéder à une remise sous précontrainte coûteuse pour éviter la détérioration des éléments de bobinage dont l'amplitude des vibrations ne cesse d'augmenter. Cette opération signifie cependant l'arrêt et le démontage de la machine avec I1inconvéuient d'une baisse considérable de production, en particulier lorsqu'il s'agit de machines de grande puissance,.Plusieurs facteurs sont la cause du relAchement de la force d'arrêt, parmi lesquels le fait que les différents éléments, dont les surfaces ne sont pas parfaitement planes au montage, s'ajustent en cours de service les uns aux autres, ainsi que les légères déformations permanentes des différents éléments qui garnissent les encoches. Lorsque des éléments élastiques auxiliaires sont utilisés, ceux-ci déterminent essentiellement la déformation permanente, car ils participent pour plus de 50 % à la déformation d'ensemble. Les différents modes connus de clavetage et d'arrêt de l'art antérieur ont par ailleurs l'inconvénient que les forces qu'ils produisent ne se répartissent pas uniformément sur toute la surface des conducteurs, mais qu'elles ne se transmettent qu'en certains emplacements avec pour conséquence de fortes pressions spécifiques de surface. L'invention a pour objet un dispositif qui élimine les inconvénients mentionnés, c'est-à-dire qui fixe les éléments isolés de bobinage dans ltencoche de manière que l'amplitude des vibrations des conducteurs n' augmente pratiquement pas en cours de service et que les forces de clavetage soient réparties uniformément sur la totalité de la surface des conducteurs. Selon une particularité essentielle de l'invention, l'élément élastique se compose d'au moins une couche de feutre et d'une couche dure et sa caractéristique d'élasticité est dégressive par rapport à la force élastique, le rapport de l'épaisseur de la couche de feutre à celle de la couche dure étant de préférence de 3 : 1. Le dispositif de l'invention a en particulier l'avantage que cet élément élastique a une élasticité qui reste pratiquement constante même sous un effort permanent de compression, de sorte que la force initiale de serrage reste la même pendant longtemps et que lfamplitude des vibrations, qui est faible dès l'origine en raison de la caractéristique d'élasticité qui est dégressive par rapport à la force élastique et en raison du choix du point de travail sur la courbe correspondante, ne peut pas augmenter, et en conséquence l'effort mécanique qui s'exerce sur l'isolation du bobinage est limité. La couche de feutre peut avantageusement se composer de fibres synthétiques disposées en anneaux et/ou en spirales. Les fibres de ce type ont l'avantage de ne se déformer que dans la direction de la compression, et de plus, uniformément. Il est donc possible d'obtenir ainsi une pression de surface presque idéale, au contraire des solutions connues dans lesquelles la pression su exerce en plusieurs points, par exemple lorsqu'il s'agit d'éléments élastiques ondulés. Un revêtement formé d'un tissu à stratification de durcissement peut très avantageusement recouvrir chaque surface de la couche de feutre. Cette disposition donne des surfaces doubles de glissement qui sont très avantageuses, car elles améliorent la liberté de mouvement axial lors des dilatations thermiques. Par ailleurs1 la couche de feutre peut être subdivisée par au moins une couche intermédiaire, de préférence de caoutchouc synthétique, le rapport de l'épaisseur de la couche de feutre à celle de la couche intermédiaire étant de préférence de 5 : à a à 5 Selon les critères imposés à la force de compression et à la course d'élasticité, l'élément élastique peut se composer de plusieurs couches de feutre et de plusieurs couches intermédiaires. Ce mode de réalisation, dans lequel la couche de feutre lui-même n'est pas trop épaisse même lorsque les éléments élastiques sont épais, est avantageux, car les couches épaisses de feutre subissent de fortes déformations permanentes. La subdivision de la couche de feutre est nécessaire en particulier lorsque les forces d'arrêt ou de clavetage sont élevées. Selon une autre particularité avantageuse de l'invention, l'élément élastique est disposé entre la clavette et ltélément de bobinage et sa couche de feutre est appliquée contre 11 isolation principale du bobinage, la couche dure se trouvant directement sous la clavette d'arrêt. Dans ce cas, la garniture qui doit normalement être placée sous la clavette devient inutile et l'ensemble de la construction est simplifié. Dans les machines électriques comportant des barres supérieures et des barres inférieures ainsi que des garnitures intermédiaires et d'assise fixes, ltélément élastique peut être placé entre la barre supérieure et la barre inférieure et/ou entre la barre inférieure et le fond de l'encoche, cet élément élastique pouvant remplacer au moins partiellement la couche intermédiaire fixe et/ou la couche d'assise fixe. Cette disposition assure une transmission plus uniforme de la force que celles comportant exclusivement des garnitures intermédiaires fixes et/ou des garnitures d'assise fixes. Selon un mode de réalisation avantageux entrant dans le cadre de l'invention, au moins deux éléments élastiques sont superposés et, dans ce cas, au moins l'une des deux couches dures est située à l'extérieur ou les deux couches dures sont situées à l'exté- rieur. La liberté de mouvement axial lors des dilatations thermiques est améliorée dans ce dernier cas. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel la figure 1 représente en coupe transversale une encoche logeant deux barres isolées et le dispositif selon l'invention de fixation des éléments de bobinage ; la figure 2 est une coupe transversale d'une disposition à deux éléments élastiques selon l'invention la figure 3 est une coupe transversale d'une variante de disposition à deux éléments élastiques selon l'invention ; et la figure 4 est un graphique représentant des exemples de courbes caractéristiques d'élasticité d'une part d'une couchede feutre selon l'invention et d'autre part d'un élément élastique de type connu. Sur la figure 1, la référence 1 désigne une couche de feutre, la référence 2, une couche intermédiaire, la référence 3, une couche dure, la référence 4, une clavette, la référence 5, une barre supérieure à isolation principale 6, et la référence 7, une barre inférieure à isolation principale 8. La référence 9 désigne une garniture ou couche intermédiaire solide et la référence 10 désigne une garniture ou couche d'assise solide. La référence 11 désigne une garniture placée sous la clavette et la référence 12 désigne l'encoche. Les mêmes éléments que sur la figure 1 portent des références identiques sur les figures 2 et 3. La figure 4 représente deux courbes caractéristiques, la référence a désignant celle de la couche de feutre et la référence celle des éléments connus. Les éléments de bobinage placés dans l'encoche 12 de la figure 1 sont la barre supérieure 5 à isolation principale 6 et la barre inférieure 7 à isolation principale 8. Une garniture ou couche intermédiaire solide 9 de matière plastique armée de fibres de verre est placée entre les barres 5 et 7. La garniture solide d'assise 10 en matière plastique armée de fibres de verre sépare la barre inférieure 7 et donc son isolation 8 du fond de l'encoche. L'élément élastique se composant de deux couches 1 de feutre, d'une couche intermédiaire 2 et d'une couche dure 3 ainsi qu'une clavette classique 4 de tissu à stratification de durcissement mettent sous précontrainte et fixent les éléments isolés de bobinage dans l'encoche 12. La garniture classique il se plaçant sous la clavette 4 est disposée entre cette dernière et l'élément élastique 1, 2, 3. La largeur de cet élément élastique étant la même que celle des isolations principales 6, 8 enveloppant les bobinages de cuivre et cet élément élastique comportant une couche dure 3 formant une surface de glissement, cette garniture 11 classique peut être supprimée à condition de fabriquer les autres éléments avec des cotes correctes. La longueur de l'élément élastique 1, 2, 3 correspond de préférence à celle de la clavette 4, mais les éléments élastiques peuvent aussi être plus longs ou plus courts. La couche dure 3 forme le substrat, mais sa fonction principale est de faciliter l'introduction de la clavette 4 lors de la fixation des barres 5 et 7. Elle se compose de préférence d'un tissu à stratification de durcissement ou d'une matière plastiqne armée de fibres de verre et son épaisseur est de préférence de 0,3 à 1 mm. Les couches de feutre ont de préférence une épaisseur de i à 2 mm, le rapport de l'épaisseur de la couche 1 de feutre à celle de la couche dure 3 étant de préférence de 3 : 1. Le feutre lui-même a une caractéristique particulière a d'élasticité telle que représentée sur la figure 4. Cette courbe caractéristique s'obtient par exemple en réalisant le feutre en fibres fines de matière plastique résistant à la chaleur et ayant une forme en spirale. Un tissage ou un tricotage spécial peut permettre d'obtenir une caractéristique analogue Des matières convenant à la réalisation des fibres sont par exemple les polyamides ou les polyimides. Il est important que la couche 1 de feutre ne soit pas trop épaisse. Il faut donc la subdiviserenune ou plusieurs couches intermédiaires 2. Celles-ci peuvent avantageusement être en caoutchouc synthétique résistant à la chaleur et servent également de couches de fixation des fibres. Le rapport de llépaisseur de la couche 1 de feutre à celle de la couche intermédiaire 2 est de préférence de 5 : 1 à 3 : 1. Lorsqu'il faut que les forces de clavetage soient particulièrement élevées, plusieurs couches 1 de feutre et couches intermédiaires 2 peuvent être superposées, les couches 2 pouvant de plus être armées de tissu de verre. Les éléments élastiques 1, 2, 3 peuvent être placés si nécessaire entre la barre supérieure 5 et la barre inférieure 7, la transmission de la force étant alors plus uniforme qu'en présence de l'unique garniture intermédiaire solide 9. Les mêmes remarques concernent la disposition de cet élément élastique 1, 2, 3 sous la barre inférieure 7. La couche intermédiaire solide 9 et/ou la garniture solide classique 10 d'assise peuvent être alors entièrement ou partiellement supprimées. il peut par ailleurs être avantageux dans certains cas de superposer deux éléments élastiques 1, 2, 3 ou davantage, par exemple en placant deux couches dures 3 l'une sur l'autre. La liberté de mouvement axial lors des dilatations thermiques peut ainsi être améliorée. il est aussi possible si nécessaire de disposer deux éléments élastiques de manière que l'une des couches dures 3 soit située à l'extérieur (figure 2) ou que les deux couches dures 3 soient situées à l'extérieur (figure 3). Il est possible par ailleurs aussi de recouvrir les deux surfaces de la couche 1 de feutre d'un revêtement de tissu à stratification de durcissement de manière à réaliser une surface double de glissement. La figure 4 illustre 11 effet produit par la disposition selon l'invention et son avantage particulier. Les courbes caractéristiques a et b illustrent la relation entre la force d'élasticité F et la course relative d'élasticité s, la course maximale possible s étant désignée par 100 %.Dans les mêmes conditions, c'est-Ecdire sous une même force de déformation Fo et sous une même amplitude AF des forces électromagnétiques, la course d'électricité s1 de l'élément élastique selon l'invention est faible, c'est-a-dire que l'amplitude des vibrations des éléments sous précontrainte du bobinage peut être plus faible que celle résultant de l'utilisation des éléments élastiques classiques dont la course d'élasticité s2 est beaucoup plus grande. La caractéristique d'élasticité des éléments selon l'invention conserve sa valeur dans le temps beaucoup mieux que celle des éléments élastiques connus destinés au même usage. Il est donc possible de fixer les éléments isolés de bobinage dans l'encoche beaucoup plus efficacement à l'aide des éléments élastiques selon l'in vention qutà l'aide de ceux de l'art antérieur. La possibilité de limiter étroitement l'amplitude des vibrations des éléments de bobinage permet de limiterles efforts dynamico-mécaniques et donc d'améliorer la fiabilité et d'allonger la durée utile de la machine. Les éléments élastiques selon l'invention de fixation des éléments de bobinage dans les encoches de machines électriques se fabriquent de manière plus simple et à meilleur marché que les éléments élastiques classiques et il est possible de choisir librement en pratique les forces et courses d'élasticité par le choix et le type adopté de ces éléments. Les éléments élastiques selon l'invention se montent et se mettent sous précontrainte de manière très simple, car ils comportent de préférence au moins sur l'un de leurs ctés larges une surface dure et glissante sur laquelle la clavette peut glisser sans qu'il soit nécessaire d'exercer une force importante sur elle. il va de soi que le dispositif décrit et représenté peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVETBIC TIONS 1. Dispositif de fixation d'éléments de bobinage dans les encoches de machines électriques rotatives, ce dispositif comprenant une clavette d'arrêt et au moins un élément élastique et étant caractérisé en ce que ledit élément élastique se compose d'au moins une couche de feutre et d'une couche dure et sa caractéristique d'élasticité est dégressive par rapport à la force d'élasticité, le rapport de l'épaisseur de la couche de feutre à celle de la couche dure étant de préférence de 3 : 1. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de feutre se compose de fibres synthétiques disposées en anneaux et, le cas échéant ou en variante, en spirales. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux surfaces de la couche de feutre sont recouvertes d'un revêtement de tissu à stratification de durcissement. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de feutre est subdivisée par au moins une couche intermédiaire de préférence de caoutchouc synthétique, le rapport de l'épaisseur de la couche de feutre à celle de la couche intermédiaire étant de préférence de 5 : 1 3 : 1. 5. Dispositif selon les revendications I et 4 prises ensemble, caractérisé en ce que l'élément élastique se compose de plusieurs couches de feutre et de plusieurs couches intermédiaires selon les critères imposés à la force de compression et à la course d'élasticité. 6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastique est placé entre la clavette et l'élément de bobinage, sa couche de feutre étant mise contre l'isolation principale de l'élément de bobinage et la couche dure se trouvant directement sous la clavette. -7. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément élastique est disposé entre une barre supérieure et une barre inférieure et, le cas échéant ou en variante, entre la barre inférieure et le fond de l'encoche. 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins deux éléments élastiques sont superposés et, dans le cas de deux éléments élastiques superposés, au moins l'une des couches dures est placée à l'extérieur ou les deux couches dures sont placées à 11 extérieur