Brevet FR2368814A1 — publié le 19780519

La présente invention se rapporte à une machine hétéropolaire à courant continu comportant un enroulement d'excitation supraconducteur dans la stator et un induit bobine tournant, tubulaire ét sans fer. Le prix de revient total d'une telle machine est influencé de façon considérable par le prix de revient des enroulements d'excitation supraconducteurs. Dans une machine à courant continu sans fer, le flux magnétomoteur des bobines nécessaire pour la production d'un champ utile déterminé dépend de la forme géomtrique de la machine correspondante. Des paramètres dimensionnels importants sont alors l'angle d'ouverture et la forme de la section des bobines excitatrices et leur distance radiale par rapport à l'induit, et doivent être déterminés aussi bien du point de vue électromagnétique que du point de vue cryogénique. La présente invention a pour objet la réduction du coût des supraconducteurs nécessaires pour l'excitation d'une machine à courant continu du type précité. Une machine du type précité est caractrisée, selon l'invention, par le fait que les bobines excitatrices présentent, dans les zones frontales courbes une densité d'enroulement reduite et!ou par le fait que l'on dispose concentriquement à l'intérieur de l'induit un corps conducteur ferromagné tique non entrainé cylindrique ou en forme de rouleau. La présente invention repose sur le fait que l'aptitude d'une bobine supraconductrice à faire passer un courant est limitée par le maximum de l'intensité du champ qui se présente chaque fois dans la zone de plus forte courbure de la bobine, à la surface de la bobine. On s'est aperçu que l'augmentation locale de l'intensité du champ des bobines peut diminuer dans le cas de bobines comportant des zones frontales courbées selon une forme essentiellement semi-circulaire, et, selon une autre caractéristique de la présente invention, on peut obtenir une diminution supplémentaire de l'augmentation du champ en diminuant la densité de bobinage dans la zone frontale des bobines d'excitation. A cet effet, on peut réaliser les bobines excitatrices supraconductrices en plusieurs bobines partielles ayant alternativement des longueurs axiales différentes, mais ayant toujours des zones frontales courbées de la meme façon, selon la technique connue sous le nom de "double pancake". I1 est également possible d'utiliser à la place plusieurs bobines partielles de meme longueur et de les décaler alternativement axialement pour que les zones frontales soient mutuellement décalées. Dans ce dernier cas, il est nécessaire de prendre des dispositions pour absorber les forces de réaction de recul. Selon l'invention, on peut encore obtenir une diminution de la force magnétomotrice d'excitation nécessaire, et par conséquent de la dépense en supraconducteurs par une diminution partielle de la résistance magnétique dans l'induit. A cet effet, on dispose à l'intérieur de l'induit un corps conducteur ferromagnétique fixe en forme de rouleau, qui est magnétisé, pour les densités de flux se produisant, loin au-delà de la saturation 2 2 T, et est donc équivalent, dans son fonctionnement à une couche de courant supplémentaire se produisant à la surface et ayant pour valeur Pour obtenir une forme de champ favorable dans la machine, il est avantageux de munir le corps conducteur conforme à l'invention, dans la zone des interstices ou intervalles polaires, de saignées ou rainures superficielles parallèles à l'axe, la forme du champ ayant alors une allure plus favorable aussi bien dans la zone des piles principaux que dans la zone de commutation. Etant donné que le corps conducteur n'est soumis à aucune force de réaction agissant vers l'extérieur, il peut entre monté libre en rotation, en particulier sur les faces intérieures des brides d'induit frontales, ce qui fait qu'il peut se diriger de lui-meme dans le champ par suite des saignées superficielles. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée de plusieurs modes de réalisation pris comme exemples non limitatifs et illustrés par le dessin annexé sur lequel - les figures 1 à 3 sont des vues de bobines d'excitation différentes à densité d'enroulement réduite dans la zone frontale - la figure 4 est un graphique montrant l'allure du champ sur le bord intérieur des bobines ; et, - la figure 5 est une vue schématique en coupe partielle d'un induit comportant des corps conducteurs. Selon les figures la et lb, les bobines d'excitation sont alternativement formées à partir de plusieurs bobines partielles la, lb ayant des éléments longitudinaux la', lb' de longueurs différentes, mais ayant chacune des parties frontales Sa, Sb de même sorte courbées selon une forme générale de demi-cercle. Ainsi, la largeur de la section de la bobine augmente depuis la valeur B dans la partie rectiligne jusqu'à la valeur B dans la s zone frontale, ou bien réciproquement la densité de bobinage diminue. Dans le cas où les bobines partielles sont bobinées selon la technique connue sous le nom de "double pancake", il est nécessaire d'avoir à cet effet deux gabarits de noyaux de longueurs différentes. On arrive au meme effet, selon la figure 2, en utilisant des bobines partielles identiques bobinées selon la même longueur la' = lb' mais alternativement décalées entre elles dans le sens axial. Dans ce cas, il se produit en effet des forces de réaction de recul qui doivent être absorbées par le dispositif de maintien des bobines. Lorsqu'une bobine d'excitation est bobinée en couches on doit disposer, pour diminuer la densité de bobinage, des pieces de remplissage F non magnétiques dans la zone frontale, comme on peut le voir sur la figure 3, On a représenté sur la figure 4 l'allure de l'induction maximale se produisant sur le bord intérieur de la bobine, le long d'un quandrant de la bobine. La courbe (a) se rapporte à une bobine conventionnelle à partie frontale semi-circulaire pour laquelle BS = B . Si l'on diminue la densité de bobinage dans la zone frontale, l'on obtient la courbe (b) pour laquelle l'induction maximale est diminuée de 7% et pour laquelle on obtient une limitation à quelques % de l'augmentation du champ le long du contour interne semi-circulaire. Sur la figure 5, on a représenté en coupe partielle l'enroulement d'excitation 1 et l'induit 2. L'induit 2 se compose d'un tube porteur 3 non ferreux comportant à sa périphérie extérieure un enroulement 4. A l'-in térieur du tube porteur 3, on dispose un corps conducteur ferromagnétique 5 en forme de rouleau comportant des rainures superficielles 6 parallèles à l'axe, ces rainures ayant en section une forme de secteur circulaire. Le corps conducteur 5 permet de diminuer la dépense en supraconducteurs pour l'enroulement d'excitation, à flux égal, et en meme temps d'avoir une meilleure allure de champ dans la zone de commutation. Dans un exemple de réalisation concret, on a obtenu grâce à un tel conducteur en acier une économie d'environ 8%. Le corps conducteur augmente en effet le poids total de la machine à courant continu d'environ 20%, mais celui-ci reste toujours à moins de la moitié du poids d'une machine à courant continu à excitation conventionnelle de meme puissance. REVENDICATIONS 1. Machine à courant continu hétéropolaire à enroulement d'excitation supraconducteur dans le stator et à induit bobiné rotatif tubulaire sans fer, caractérisée par le fait que les bobines d'excitation présentent dans les zones frontales courbes une densité de bobinage plus faible et/ou par le fait que l'on dispose concentriquement à l'intérieur de l'induit un corps conducteur ferromagnétique non entraîné en forme de rouleau. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que la bobine d'excitation se compose de bobines partielles arrondies de la même façon dans les zones frontales et alternativement décalées en direction axiale. 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que les différentes bobines partielles comportent des parties de bobine rectilignes de longueurs différentes. 4. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'enroulement d'excitation se compose de bobines d'excitation bobinées -en couches avec des pièces de remplissage non magnétiques disposées dans la zone frontale. 5. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le corps conducteur comporte dans la zone des espaces interpolaires des rainures superficielles parallèles à l'axe. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 ou 5, caractérisée par le fait que le corps conducteur est monté libre en rotation autour de son axe longitudinal.