Brevet FR2342573A1 — publié le 19770923

La presente invention concerne un rotor de cryoalternateur. On sait qu'un tel rotor comporte - une partie centrale froide munie d'enroulements supraconducteurs et d'un circuit de refrigeration de ces enroulements, - une enceinte externe cylindrique et mecaniquement resistante entourant la partie centrale en laissant entre elle et cette partie centrale un intervalle d'isolement thermique dans lequel règne le vide, - et un écran electromagnetique bon conducteur électrique fixe sur la surface latérale extérieure de l'enceinte externe. La partie centrale est fixee å l'interieur de l'enceinte externe par des éléments de transition thermique réalises de manière à minimiser le transfert de chaleur vers cette partie centrale froide a partir de l'enceinte externe chaude. Cette dernière est obturée a chacune de ses extrémistes par un flasque mecanique- ment résistant et solidaire des sections d'arbre qui supportent et entrainent en rotation ltensemble du rotor. Ces sections d'arbre comportent par ailleurs des elements de connection electrique du rotor, et d'introduction et d'évacuation du fluide qui refroidit la partie centrale. Ce fluide est classiquement de l'hélium à une température voisine de 40 K. Un ecran thermique a temperature intermédiaire est généralement disposé dans l'intervalle d'isolement entre la face interne de l'enceinte externe et la partie centrale froide. I1 permet de diminuer les transferts de chaleur par rayonnement a partir de l'enceinte externe. L'enceinte externe peut être constituee d'acier epais car elle doit présen- ter une forte résistance mecanique. En effet, c'est elle qui assure la solidarisation des deux flasques d'extremite auxquels sont raccordes les sections d'arbre. Elle doit d'autre part supporter l'action de la pression du gaz circulant dans l'entrefer, et au sens contraire, celle de la force centrifuge. Elle peut surtout devoir supporter les forces considerables qui apparaissent parfois dans l'écran electromagnetique. Ce dernier a pour caracteristique essentielle d'être bon conducteur electrique. Il fait face aux enroulements statoriques. Sa fonction est, en cas de court-circuits ou autres incidents, d'éviter que les champs magnetiques crees par le stator n'atteignent la partie centrale du rotor, et ne provoquent sa destruction. Ces champs sont intenses et rapidement variables par rapport au rotor tant que celui-ci continue à tourner. Ils provoquent des courants intenses. Des forces considerables apparaissent et certaines de ces forces sont diriges vers l'axe du rotor, d'autres ont une direction tangentielle. Elles varient toutes avec le temps et avec la position angulaire de la region qu'elles affectent. Elles peuvent engendrer des deformations ou des ruptures de l'ecran. C'est pourquoi la resistance mécanique du cuivre pur est apparue insuffisante et il a etc propose de realiser cet écran en un materiau a bonne resistance mecanique, tel que le cuivre au berylium. Le choix d'un tel alliage présente cependant l'inconvenient que sa résistance électrique est sensiblement plus elevee que celle du cuivre, ce qui oblige soit à augmenter l'epaisseur et le poids de l'ecran, soit à accepter une diminution de son efficacite. La presente invention a pour but la realisation d'un rotor de cryolternateur- comportant un ecran electromagnetique qui est à la fois efficace et peu epais. Elle a pour objet un rotor de cryoalternateur comportant - une partie centrale froide munie d'enroulements supraconducteurs, et d'un circuit de réfrigération de ces enroulements, - une enceinte externe cylindrique et mecaniquement resistante entourant la partie centrale en laissant entre elle et cette partie centrale un intervalle d'isolement thermique dans lequel règne le vide, - et un ecran electromagnetique bon conducteur electrique fixe sur la surface laterale exterieure de l'enceinte externe, caracterise par le fait que ledit écran est constitue de barres bonnes conductrices electriques et disposees côte à côte selon les generatrices du cylindre formé par l'enceinte externe, chacune de ces barres étant accrochée à cette enceinte, - des moyens de connexion electrique entre ces barres étant disposes à leurs extremités. A l'aide des figures schématiques I à 3 ci-jointes, on va décrire ciaprès, à titre non limitatif un mode de mise en oeuvre de l'invention. Les éléments qui se correspondent sur plusieurs de ces figures y sont designes par les mêmes signes de reference. La figure I represente une vue d'un rotor selon l'invention en coupe par un plan A perpendiculaire à l'axe de ce rotor, ce plan coupant les barres d'ecran dans une region où ces barres ont leur section normale. La figure 2 représente une vue du rotor de la figure I en coupe par un autre plan B perpendiculaire à l'axe de ce rotor, ce plan coupant les barres d'écran dans une region d'extrémité ou ces barres ont une section diminue de manière à permettre leur connexion electrique mutuelle. La figure 3 represente une vue developpee du rotor des figures I et 2 en coupe par un cylindre coaxial à ce rotor et coupant l'épaisseur des barres d'écran. Le rotor décrit comporte une partie centrale froide 2, et une enceinte externe 4, constituée d'acier, et séparée de la partie centrale par un intervalle évacue 6. Un écran thermique non représente peut être dispose dans cet intervalle. Ce rotor tourne à l'inteneur d'un stator 8, l'entrefer etant refroidi par une circulation d'hydrogène. Sur la face extérieure de 1 1enceinte est dispose un ecran electromagnetique constitué de barres de cuivre pur tellés que 10. Ces barres sond disposées longitudinalement sur presque toute la longueur de l'enceinte 5, c' est--dire selon les génératrices du cylindre forme par cette enceinte. Elles sont jointives c' est--dire quelles se touchent par leur bord de manière à occuper toute la surface périphérique de l'enceinte 4. Il doit cependant être noté qu'il s'agit d'un contact imparfait, dépendant des conditions de dilatation thermique, et incapable d'assurer une connexion electrique convenable entre les barres voisines. Pour permettre à ces barres de supporter les efforts considerables qui peuvent leur être appliqués lors d'un court-circuit, elles sont accrochées à l'enceinte externe 4 sur toute leur longueur chacune par une queue d'aronde 12 dont elles sont pourvues et qui fait saillie vers 1'intérieur. Cette queue d'aronde pénètre dans une fente de forme correspondante creusée dans la surface extérieure de l'enceinte 4 selon une géneratrice du cylindre. On réalise ainsi un accrochage à grande résistance mécanique des barres 12 sur l'enceinte 4. La queue d'aronde 12 peut bien entendu être remplacee par toute forme equivalente pour l'accrochage. Lors d'un court-circuit, les efforts qui apparaissent deforment l'enceinte 4 malgré sa rigidité : en coupe un plan perpendiculaire à l'axe du rotor, la forme de cette enceinte cesse d'être circulaire. te fait que les barres telles que 10 ne sont pas soudees entre elles par leurs bords évite alors que cette déformation de l'enceinte n'entratne une rupture de ltecran. Les bornes 10 sont connectes electriquement les ures aux autres à leurs deux extremdtes par un empilement de lames de cuivre souple telles que la lame 14, ces lames ont une longueur parallele à l'axe du rotor et une largeur dispose dans le sens tangentiel, ctest- -dire perpendiculairement à l'axe et à distance sensiblement constante de cet axe. Pour qu'elles aient une souplesse et une possibilite de mouvement suffisament grande pour eviter leur rupture lorsque les barres 10 se déplacent les unes par rapport aux autres lors d'un court-circuit, il faut qu'elles aient une largeur suffisante. Pour cela les bords des barres 10 sont enleves au voisinage de leurs extrdmite de manière à ne laisser subsister qu'un prolongement central, tel que 16. Cette diminution de la largeur des barres permet de donner aux lames 14 une largeur suffisante entre deux prolongements centraux tels que 16. Ces lames sont superposees dans le sens radial. Toujours dans le but de leur donner une grande latitude de wement elles sont courbees vers l'extérieur dans la partie médiane de leur largeur, la courbure etant d' autant plus accentuée, dans chaque empilement, que la lame est située plus 3 l'exterieur. Toutes les lames sont soudees ou brasees sur les faces laterales des prolongements 16. Leur longueur et leur nombre sont choisis de maniere à ce que la resistance electrique de la connexion entre barres voisines soit suffisamment basse pour assurer l'efficacite de l'écran electromagnetique. REVENDICATDDNS 1/ Rotor de cryoalternateur comportant - une partie centrale froide (2) naunie d'enroulements supraconducteurs et d'un circuit de refrigeration de ces enroulements, - -une enceinte externe (4) cylindrique et mecaniquement résistante, entourant la partie centrale en laissant entre elle et cette partie centrale un intervale d'isolement thermique (6) dans lequel regne le vide, - et un ecran electromagnetique (10) bon conducteur électrique fixe sur la surface latérale extérieure de enceinte externe, caractérisé par le fait que ledit ecran est constitue de barres (10) bonnes conductrices electriques et disposees côte côte selon les generatrices du cylindre forme par l'enceinte externe (4), chacune de ces barres etant accrochee à cette enceinte, - des moyens de connexion electrique (14) entre ces barres e tant disposes leurs extrémités. 2/ Rotor selon la revendication 1, caracterisé par le fait que lesdits moyens de connexion sont constitués pour la connexion de chaque barre a chacune de ses voisines, par un empilement de barres de connexion souples (14) bonnes conduc trices électriques, chacune de ces barres (14) ayant sa surface globalement parallele à celle de l'enceinte externe (4) et étant fixe et connecte à deux barres (10) d'ecran voisines par deux de ses bords opposés, rectilignes et parallèles aux generatrices du cylindre. 3/ Rotor selon la revendication 2, caracterise par le fait que lesdites barres de connexion (14) presentent, dans leur partie mediane, une courbure vers l'exterieur, cette courbure etant, au sein de chaque empilement, d'autant plus forte que la lame est située plus l'exterieur. 4/ Rotor selon la revendication 1, caracterise par le fait que les barres d'écran (10) et les lames de connexion (14) sont constituées de cuivre. 5/ Rotor selon la revendication 1, caracterise par le fait que les barres d'écran (10) sont accrochees par des queues d'aronde (12) coopérant avec des fentes creuses dans la paroi de l'enceinte externe (4) selon des génératrices du cyl indre.