Brevet FR2392528A1 — publié le 19781222

La présente invention est relative à un dispositif de fixation des enroulements électriques dans des encoches du noyau d'une machine électrique, et plus particulièrement, à des dispositifs de ce genre destinés à bloquer en position les cales d'encoche pour de tels enroulements. L'invention peut trouver une application particulièrement efficace dans des dispositifs de fixation des parties d'encoche d'un enroulement statorique ou rotorique d'une machine électrique lorsqu'on a besoin de bloquer les cales d'encoche, y compris celles orientées dans des sens opposés , de façon à empêcher leur déplacement axial sous l'effet de forces électrodynamiques et vibratoires. les barres isolées constituant l'enroulement électrique de stator ou de rotor d'une machine électrique, par exemple, d'un alternateur de grande puissance sont disposées dans des encoches longitudinales du noyau espacées selon une circonférence. Les barres d'enroulement sont empêchées de se déplacer dans les encoches dans des directions radiale et axiale au moyen de cales superposées à ces barres dans les encoches. Au bout d'une certaine période de fonctionnement de la machine électrique, le serrage des cales d'encoche peut diminuer considérablement sous l'effet de forces électriques et mécaniques, ainsi que du fait d'un vieillissement des éléments de blocage et d'isolation de l'enroulement ou pour d'autres raisons. Les barres d'enroulement d'une machine électrique en service, dans des conditions appropriées, subissent des oscillations radiales périodiques dans les encoches du noyau et commencent même à résonner à certaines fréquences, ce qui a pour effet une érosion profonde affectant l'isolation des barres du fait des décharges d'encoche dues à l'interruption du courant capacitif lors du déplacement des barres, une fissuration des conducteurs élémentaires des barres, une usure par frottement de l'isolation suivie de son claquage, ainsi que la production de bruits acoustiques.En outre, un tel desserrage des cales d'encoche peut provoquer leur déplacement libre dans les encoches longitudinales du noyau et même leur éjection hors de l'encoche provoquant également de graves endommagements de l'enroulement et d'autres parties de la machine électrique à un point tel que la durée de service de la machine électrique est réduite considérablement et que des réparations plus fréquentes deviennent nécessaires. Il est déjà connu de bloquer les parties d'encoche d'un enroulement au moyen de cales d'encoche ayant une section constante sur toute leur longueur. En raison de leur technologie de telles cales ne donnent pourtant qu'une compensation médiocre des jeux radiaux entre une barre d'enroulement et une cale dts à une différence de dimensions de la barre et de l'encoche du noyau et on est alors conduit à interposer des bandes de remplissage plus ou moins épaisses entre la cale et les barres. Bien que la fabrication et le montage des cales de ce type soient relativement simples, ces cales ne permettent pas d'obtenir une pression suffisante sur les barres de l'enroulement dans la direction radiale. Si on désire resserrer de telles cales classiques au bout d'une certaine période de fonctionnement de la machine électrique, elles doivent être enlevées de l'encoche, puis on introduit une bande de remplissage plus épaisse et l'on remet les cales en place. En outre, de nouveaux paquets de cales sont souvent nécessaires. Ceci augmente le temps de réglage de la machine électrique au cours de son assemblage ou de sa réparation. Le maintien d'une telle cale en position est assurée uniquement par des forces de frottement susceptibles, naturellement, de diminuer avec le temps. On a aussi proposé de bloquer les parties d'encoche de l'enrou- lement à l'aide d'un système de cales de deux types alternant le long de l'encoche et pourvues à leurs extrémités de surfaces inclinées orientées dans des sens opposés et appliquées les unes contre les autres. Lors du serrage de l'enroulement, les cales du premier type dont les surfaces inclinées sont appliquées contre les surfaces inclinées respectives des cales du second type, sont amenées à se déplacer en direction axiale dans les encoches, les surfaces inclinées des cales du premier type glissant alors sur les surfaces inclinées respectives des cales du second type, de sorte qu'unie pression radiale est exercée sur l'enroulement par l'Intermédiaire de ces dernières. Cn peut assurer l'immobilisation des cales pour en empêcher un déplacement axial après calage à l'aide d'un système de fentes obliques ménagées sur les flancs des cales du premier type ce qui assure une meilleure adhérence aux parois latérales de l'encoche. Malheureusement, une telle disposition assure une immobilisation peu efficace des cales étant donné que l'adhérence entre les flancs des cales et les parois des encoches reste insuffisante même avec le système de fentes mentionné; de plus, ce système de fentes ainsi que les flancs des cales peuvent s'user au cours du calage et du fonctionnement d la machine électrique.En outre, si on désire resserrer les cales après un relâchement éventuel de l'enroulement dans son encoche, il faut déplacer chaque cale précédente munie de fentes dans la direction de la partie centrale de l'encoche ce qui représente évidemment un inconvénient. La présente invention vise à mettre au point un dispositif de blocage des cales d'encoche dars les encoches du noyau d'une machine électrique qui empêche les cales de se déplacer axialement dans l'en- coche du noyau d'une machine électrique et rend impossible une éjection des cales hors de l'encoche sous l'effet des forces électriques et mécaniques pendant le fonctionnement de la machine électrique. L'invention a donc pour objet un dispositif de blocage des cales d'encoche servant à fixer des enroulementsélectriques dans des encoches longitudinales espacées selon une circonférence à la périphérie du noyau magnétique d'une machine électrique pourvue de canaux radiaux de ventilation qui traversent lesdites encoches longitudinales, les part-ies supérieures de ces dernières étant pourvues de rainures longitudinales recevant des cales de blocage disposées aux extrémités de chaque encoche longitudinale et en contact avec les cales d'encoche extrêmes, lesdites cales de blocage ayant sur leurs flancs des saillies entrant dans les rainures latérales de ladite encoche longitudinale et empêchant ainsi les cales d'encoche de se déplacer axialement dans les encoches longitudinales, ce dispositif étant caractérisé en ce que chacune desdites cales de blocage est munie de dents sur sa surface parallèle au fond de l'encoche longitudinale, chaque dent étant formée par un plan incliné orienté à partir des extrémités de l'encoche longitudinale vers sa partie centrale, et un plan perpendiculaire à l'axe du noyau magnétique, chaque cale étant entourée par un collier de retenue disposé à l'intersection des encoches longitudinales avec les canaux de ventilation disposés aux extrémités du noyau magnétique et épousant le profil de la cale de blocage sur l'étendue de l'une des dents, les parties dudit collier de retenue orientées vers l'enroulement étant appliquées étroitement contre les parties respectives de la cale de blocage tandis.qu'entre les flancs du collier et les flancs de la cale de blocage existent des jeux permettant à la cale de blocage de se déplacer en direction de la partie centrale de l'encoche longitudinale à partir de ses extrémités, l'un des bords du collier de retenue étant en contact avec la surface de la dent de la cale de blocage formée par le plan perpendiculaire à l'axe du noyau et le bord opposé du collier de retenue étant appliqué contre l'une des parois latérales du canal radial de ventilation extrême. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdites dents sont prévues du c8té extérieur de la cale de blocage. Selon une autre caractéristique de l'invention, lesdites dents sont prévues tant du c8té extérieur de la cale de blocage que duxc8- té intérieur de celle-ci. I1 est souhaitable que lesdits colliers de retenue soient en une matière élastique. I1 est en outre préférable que lesdits colliers de retenue aient un profil continu. Ce dispositif de blocage de cales d'encoche pour enroulements de machines électriques permet de rétablir aisément le serrage des cales d'encoche ayant subi un relachement de l'ajustement dans l'en- coche du noyau d'une machine électrique sans avoir à la démonter ni à déplacer chaque cale successive dans l'encoche. I1 permet également de réduire sensiblement le desserrage de l'enroulement dû à un déplacement axial des cales d'encoche, en augmentant la fiabilité de fonctionnement de la machine électrique prise dans son ensemble. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un noyau de stator d'une machine électrique avec un dispositif de blocage des cales encoche pour retenir l'enroulement dans l'encoche du noyau, suivant l'invention; - la Fig. 2 montre une vue en section transversale, à plus grande échelle, suivant la ligne II-II de la Fig. 1; - la Fig. 3 représente, à plus grande échelle, le dispositif de blocage des cales d'encoche de la Fig. 1; - la Fig. 4 montre un autre mode de réalisation du dispositif de blocage des cales d'encoche, en coupe longitudinale;; - la Fig. 5, représente cè même mode de réalisation du dispositif de blocage, mais à plus granae échelle. Un noyau magnétique, par exemple, un noyau 1 (Fig. 1) du stator d'une machine électrique, est constitué d'un paquet de tôles 2 ayant une forme définissant dans le noyau 1 une série d'encoches longitudinales 3 de section transversale à peu près rectangulaire. Ces encoches longitudinales 3 s'étendent parallèlement à l'axe du noyau 1 et sont réparties régulièrement sur sa surface périphérique. Sur les parois latérales de chaque encoche longitudinale 3, dans sa partie éloignée du centre du noyau, sont ménagées des rainures longitudinales 4 (Fig.2) dont la section est en queue-d'aronde. L'encoche 3 reçoit un enroulement 5 de machine électrique constitué de barres dont on n'a représenté dans la Fig. 2 qu'une barre supérieure 6 comprenant plusieurs conducteurs élémentaires isolés 7 entourés par une couche solide 8 d'isolation par rapport à la masse. Sur la barre supérieure 6, le long de l'encoche longitudinale 3, est posée une bande de remplissage isolante 9 sur laquelle sont dispo séee plusieurs cales d'encoche 10 et 11 pour le blocage de l'enroulement 5. Ces cales d'encoche 10 et ll sont mises en place successivement de façon que les cales 10 soient mises en place aux extrémités de la rangée de cales. La surface intérieure 12 de la cale d'encoche 10 et la surface extérieure 13 de la cale d'encoche 11, ainsi qu'une partie de la surface extérieure 14 de la cale d'encoche 10 et une partie de la surface intérieure 15 de la cale d'encoche 11 sont formées par des plans parallèles au fond de l'encoche longitudinale 3. I1 est à noter que la surface intérieure 12 de la cale d'encoche 10 est appuyée contre la bande de remplissage 9, alors que la surface intérieure 15 'de la cale d'encoche 11 est espacée de cette bande de remplissage d'un interstice 16. Les extrémités des deux cales d'encoche 10 et ll présentent des surfaces 17 et 18 inclinées dans le sens opposé, de sorte que les surfaces inclinées 17 des cales d'encoche 10 s'appliquent contre les surfaces inclinées respectives 18 des cales d'encoche 11.Les flancs de chaque cale d'encoche 10 sont planes et parallèles aux parois latérales de l'encoche longitudinale 3, tandis que les flancs de chaque cale d'encoche 11 ont des saillies ayant une section droite en queue-d'aronde. Les cales d'encoche 11 peuvent se déplacer dans l'encoche longitudinale 9 le long des rainures longitudinales respectives 4, qui ont également une section en queued'aronde.Lorsque les cales 10 et 11 se déplacent dans l'encoche longitudinale 3 à partir de ses extrémités en direction de sa partie centrale, elles exercent sur l'enroulenent 5, en raison du déplacement de la surface inclinée de l'une des cales sur la surface inclinée de l'autre cale, une pression dirigée radialement vers l'axe du noyau, cet enroulement étant ainsi retenu dans l'encoche longitudinale 3 du noyau 1 de la machine électrique. Aux extrémités de l'encoche longitudinale 3 sont disposées des cales de blocage 19 qui sont en contact avec les cales d'encoche extrimes 10 et qui constituent une partie du dispositif de blocage des cales d'encoche faisant notanunent objet de la présente invention. les flancs des cales de blocage 19 présentent, comme les flancs des cales d'encoche 11, des saillies 20 (Fig. 2) en queue-d'aronde formées par des surfaces inclinées 21 et 22 et permettent aux cales de blocage 19, de se déplacer dans l'encoche longitudinale 3 le long des rainures longitudinales 4, comme les cales d'encoches 11. Cependant, à la différence des cales d'encoche 10 et 11, la surface extérieure de chaque cale de blocage 19 présente des dents 23 (Fig. 3) formées par des surfaces verticales 24 perpendiculaires à l'axe du noyau 1 et des surfaces inclinées 25 orientées vers la partie centrale de l'encoche longitudinale 3 à partir de ses extrémités. L'inter- section de la surface verticale 24 et de la surface inclinée 25 constitue le sommet 26 de la dent 23 de la cale de blocage 19. La surface intérieure 27 de la cale de blocage 19 est plane et n'est pas en contact avec la bande de remplissages 9 gracie à la pré-sence d'une saillie d'appui 28 faisant partie de la cale de blocage 19. La surface d'extrémité extérieure 29 de la cale de blocage 19 est perpendiculaire à l'axe du noyau afin de faciliter l'opération de calage et sa surface d'extrémité interieure 30 est inclinée, l'angle d'inclinaison correspondant à celui de la cale d'encoche extrême 10 adjacente à la cale de blocage 19 ce qui assure la transnission de l'effort lors du calage depuis la cale de blocage 19 jusqu'à la cale d'encoche 10 qui serre l'enroulement 5. La cale de blocage 19 est entourée par un collier de retenue continu 31 en matériau élastique tel que de la tôle, qui est logé dans un canal radial périphérique de ventilation 32 correspondant (Fig. 1) ménagé à une extrémité du noyau 1. Chacun de ces canaux radiaux de ventilation 32 traverse l'encoche longitudinale 3 et présente une paroi latérale 33. La forme du collier de retenue 31 correspond à la forme de la cale de blocage 19 sur l'étendue de la dent 23 de manière que le collier de retenue 31 (Fig. 3) s'applique étroitement contre la surface inclinée 25 de la dent 23 et contre la surface intérieure 27 de la cale de blocage 19, tandis qu'il existe un jeu latéral 34 (Fig. 2) entre le collier et les surfaces inclinées latérales 21 et 22 de la saillie 20 de la cale de blocage 19, jeu qui rend possible une déformation élastique des colliers de retenue 31 lorsque les sommets 26 (Fig. 3) des dents 23 de la cale de blocage 19 passent par ces colliers au cours du calage. la longueur de la section transversale inclinée du collier de retenue 31 est égale, ou légèrement inférieure, à la longueur du flanc oblique 25 de la dent 23 de la cale de blocage 19.La partie supérieure du bord rétréci 35 du collier de retenue 31 est en contact avec la surface verticale 24 de la dent 23 de la cale de blocage 19, tandis que le bord 36 du collier de retenue 31 s' appuie contre la paroi latérale 33 du canal radial de ventilation 32. les Pig. 4 et 5 représentent un autre mode de réalisation du dispositif de blocage de cales d'encoche comprenant des tales de blocage 19 qui présentent, outre la forme en dents de cie de la surface extérieure qui est en regard de la bande de remplissage 9, des dents 37 formées sur la surface intérieure et constituées par des flancs 38 perpendiculaires à l'axe du noyau et des flancs inclinés 39 également orientés vers la partie centrale de l'encoche longitudinale 3. Dans ce cas également la forme du collier de retenue 31 suit celle de la cale de blocage 19 sur l'étendue des surfaces inclinées des dents 23 et 37, la largeur de la section transversale du collier de retenue 31 étant un peu supérieure à la largeur, également en section transversale, de la cale de blocage 19. L'asserlblage et le fonctionnement du dispositif décrit de blo cage des cales d'encoche servant à fixer en position les enroulements électriques sont les suivants. Une fois l'enroulement 5 mis dans 1'encoche longitudinale 3 (Fig. 1) du noyau 1 d'une machine électrique et recouvert de la bande de remplissage isolante 9, on procède à la pose dans l'encoche longitudinale 3 d'un nombre désiré de cales d'encoche 10 et 11 selon une succession déterminée.Puis, on introduit dans l'encoche longitudinale 3, à ses deux extrémités, les cales de blocage 19 que l'on a fait passer au devant des colliers de retenue 31 introduits préalablement dans les canaux de ventilation radiaux extrêmes 32. les saillies 2G (Pig. 2) des cales de blocage 19 se déplacent alors dans les rainures longitudinales 4. le passage des cales de blocage 19 au devant des colliers de retenue 31 est rendu possible grâce à une déformation élastique de- ceux-ci du fait de l'exis- tance des jeux latéraux 34 entre les colliers et les saillies 20 des flancs des cales de blocage 19, ainsi que grâce à une inclinaison appropriée des dents 23 (Fig. 7) vers la partie centrale de l'enco- che longitudinale 3. les cales de blocage 19 étant logées dans l'en- coche longitudinale 3 (Fig. 1), on effectue leur serrage jusqu a 1'obtention d'une pression suffisante sur l'enroulement 5 par les cales d'encoche 10, les dents 23 (Pig. 3) des cales de blocage 19 passant successivement par les colliers de retenue 31 en direction de la partie centrale de l'encoche longitudinale 3.Un mouvement des cales de blocage 19 en sens inverse n'est pas pcssible puisque les efforts de réaction exercés sur la cale d'encoche 10 par l'enroulement 5 sont transmises,par la surface d'extrémité intérieure 30, à la cale de blocage 19 et de là, par l'interrédiaire de la surface verticale 24 des dents 23 de cette cale de blocage 19 et par 1' inter- médlaire des colliers de retenue 31 qui sont en contact avec la surface verticale 24, aux parois latérales d'extrénité 73des canaux radiaux de ventilation 32 du noyau 1. Lors du fonctionnement ae la machine électrique la composante axiale d'un effort quelconque agissant sur la cale d'encoche 10 est aussi transmise par l'intermédiaire de la surface verticale 24 des cales de blocage 19 et par l'intermédiaire des bords 36 des colliers de retenue 31, aux parois latérales 33 des canaux radiaux de ventilation 32 du noyau 1 en assurant ainsi une fixation en position efficace des cales 10 et ll (Fig. 1) bloquant l'enroulen-ent 5 dans l'encoche longitudinale 3. Pour enlever an besoin les cales de maintien -19 de l'encoche longitudinale 3, il suffit de serrer légèrement à la main les flancs des colliers de revenue 31 ce qui a pour effet un rattrapage des jeux la- téraux 34 (Fig. 2) ce qui forme des jeux entre les surfaces inclinées 25 des dents 27 (Fig. 3) et les surfaces adjacentes des colliers 31, permettant ainsi l'extraction de la cale de maintien 19 de l'encoche longitudinale 3. I1 est à noter que les jeux latéraux 34 doivent être suffisamment grands pour que les sommets 26 des dents 23 des cales de blocage 19 puissent passer librement au devant des colliers de retenue 31 quand ces derniers sont dessérés à latmain. Les opérations de serrage des colliers de retenue 31 et d'extraction ultérieure des cales de blocage 19 hors de l'encoche longitudinale 3 sont assez faciles et ne nécessitent aucun démontage de la machine électrique parce que les colliers de retenue 31 sont disposés, comme il a été déjà indiqué, dans les canaux radiaux extrêmes de ventilation 32 du noyau 1 aisément accessibles. le fonctionnement du dispositif selon le mode de réalisation représenté sur les Fig. 4 et 5 est en principe analogue à celui du mode de réalisation principal, le choix d'une solution préférée pouvant être conditionné par diverses considérations. Dans le deuxième mode de réalisation, la géométrie de la cale de blocage 19 ayant des dents 23 à sa surface extérieure et des dents 37 à sa surface intérieure permet une répartition plus uniforme des efforts axiaux exercés sur la cale de blocage 19 par les cales d'encoche 10 et ll (Fig. 4), ainsi qu'une diminution de l'angle d'inclinaison des surfaces inclinées 25 des dents 25 et des surfaces inclinées 39 des dents 37 de la cale de blocage 19 en facilitant ainsi le calage. Les cales de blocage 19 sont fabriquées en une matière isolante, à haute résistance qui peut être usinée soit par découpage, soit par moulage en vue d'obtenir le profil précité. Selon la forme de réali- sation décrite, les cales de blocage 19 sont formées dans des moules à partir d'un matériau fibreux thermodurcissable à base de résine phénol-formaldéhyde modifiée comme liant et de fibres de verre ou fils de verre comme charge. Le matériau utilisé pour les colliers de retenue 31 est en tôle mince d'acier destinée au poinçonnage avec étirage important ou un autre matériau élastique convenable. Dans la forme de réalisation décrite, il est avantageux de réaliser les jeux latéraux 34 (Fig. 2) entre les surfaces internes- des colliers de retenue 31 et les surfaces inclinées 21 et 22 des cales de blocage 19 dans des limites allant de 2 à 6 mm, la hauteur moyenne du collier de retenue 91 en section transversale étant de l'ordre de 8 à 15 mm. Il est préférable d'utiliser le dispositif décrit de maintien de cales d'encoche pour le blocage des enroulements dans des encoches du noyau des machines électriques ayant une puissance égale ou supérieure à 500 kW. le dispositif de maintien de cales d'encoche pour la fixation en position des enroulements électriques selon la présente invention possède l'avantage de réduire très notablement les risques de pannes dues à l'éjection des cales hors des encoches longitudinales ou à un relâchement éventuel des enroulements, de faciliter les travaux d'entretien pour la rechange des cales d'encoche et leur ajustage et d'économiser par conséquent le temps nécessaire pour effectuer de tels travaux. - REVENDICÂTIONS 1 - Dispositif de blocage de cales d'encoche pour enroulements de machines électriques dans des encoches longitudinales réparties selon une circonférence à la périphérie du noyau magnétique d'une telle machine pourvue de canaux de ventilation radiaux qui traverseht lesdites encoches longitudinales,les parties supérieures de ces dernieres etant pourvues de rainures longitudinales, ce dispositif comprenant des cales de blocage disposées aux extrémités de chaque encoche longitudinale et en contact avec des cales d'encoche extrêmes, lesdites cales de blocage ayant sur leurs flancs des saillies qui entrent dans les rainures latérales de ladite encoche longitudinale, et empêchant ainsi les cales d'encoche de se déplacer axialement dans les encoches longitudinales, caractérisé en ce que chacune desdites cales de blocage est- munie de dents sur les surfaces parallèles au fond de l'en- coche longitudinale, chaque dent étant formée par un plan incliné orienté à partir des extrémités de l'encoche longitudinale vers sa partie centrale et un plan perpendiculaire à l'axe du noyau magnétique, et chaque cale de blocage étant serrée par un collier de retenue disposé au point d'intersection des encoches longitudinales avec les canaux de ventilation extrêmes disposés aux extrémités du noyau magnétique, ce collier épousant le profil de la cale de blocage sur l'étendue de l'une des dents, les parties dudit collier de retenue orientées vers l'enroulement étant appliquées étroitement contre les parties respectives de la cale de blocage tandis qu'entre les flancs du collier et les flancs de la cale de blocage existent des jeux permettant à la cale de blocage de se déplacer en direction de la partie centrale de l'encoche longitudinale à partir de ses extrémités, l'un des bords du collier de retenue étant en contact avec la surface de la dent de la cale de blocage formée par le plan perpendiculaire à l'axe du noyau et le bord opposé du collier de retenue étant appliqué contre la paroi latérale du canal radial extrême de ventilation. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites dents sont prévues à la surface extérieure de la cale de blocage. 3 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites dents sont prévues tant à la surface extérieure de la cale de blocage qu a sa surface intérieure. 4 - Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits colliers de retenue sont en une matière élastique. 5 - Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits colliers de retenue ont un profil continu.