Brevet FR2437094A1 — publié le 19800418

La présente invention est relative à la construction électro- mécanique et concerne notamment les machines électriques. Plus particulièrement, elle concerne les machines électriques à courant alternatif comportant un système d'auto-excitation statique et vise l'agencement du dispositif à contacts et balais de façon à le fixer à la génératrice d'excitation initiale dans une telle machine électrique. La présente invention peut etre le plus avantageusement utilise pour des groupes électrogènes à diesel mobiles ou montes sur des moyens de transport, où il importe que la machine électrique utilisée ait une masse et des dimensions réduites et qu'elle soit facile à démonter et à remonter pour les réparations et les revisions. On connais des machines électriques à courant alternatif à auto-excitation statique comprenant une machine électrique principale et une géneratrice d'excitation initiale. La machine électrique principale comporte un stator, un arbre rotorique, un flasque prévu pour le montage de l'arbre rotorique et un dispositif à contacts et balais qui assure le transfert de l'énergie d'excitation à l'enroulement rotorique de la machine électrique principale à partir de la génératrice d'excitation initiale au démarrage, et à partir du système d'excitation de la machine pendant sa marche ultérieure. La génératrice d'excitation initiale comporte un stator et un rotor emmanchés sur l'arbre rotorique de la machine électrique principale.Dans ces machines électriques, la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais de la machine électrique principale et le stator de la génératrice d'excitation initiale sont liés mécaniquement au flasque de la machine électrique principale, tandis que le rotor de la génératrice d'excitation initiale et les bagues de contact du dispositif à contacts et balais sont montées sur l'arbre rotorique de la machine électrique principale à une distance déterminée l'un de l'autre, le rotor de la génératrice d'excitation initiale comportant un moyen spécial pour le fixer sur cet arbre.Le stator de la génératrice d'excitation initiale et la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais sont fixés, à des distances requises et à l'aide, respectivement, de pattes et de supports, sur une bride d'appui allongée qui est à son tour assujettie à la face du flasque tournée vers l'extérieur de la machine électrique principale. Dans une telle machine électrique, pour assurer la position correcte relative du stator et du rotor de la génératrice d'excitation initiale, de même que la disposition correcte de la couronne de prise de courant du dispositifs à contacts et balais par rapport aux bagues de contact de ce dispositif, il est indispensable que les surfaces de contact du flasque et de la bride d'appui, ainsi que des pattes du stator de la génératrice d'excitation initiale et des supports de fixation de la couronne à la bride d'appui soient usinées avec une grande précision La valeur de l'entrefer nécessaire entre la stator et le rotor de la génératrice d'excitation initiale est réglée à l'aide de cales d'épaisseurs différentes placées entre les pattes du stator et la surface de la bride d'appui à laquelle elles sont fixées. La machine électrique connue à auto-excitation statique présente plusieurs inconvénients et notamment - un nombre trop grand de pièces qui exigent un usinage mQca- nique distinct et précis; - une complexité d'assemblage des éléments du système d'excitation initiale de la machine électrique pendant la fabrication de celle-ci, ainsi que des difficultés de démontage et de remontage de ces éléments pour l'exécution de réparations ou de révisions, en particulier des difficultés de réglage à la valeur requise de l'en- trefer entre le rotor et le stator de la génératrice d'excitation initiale; - la nécessité d'employer des dispositifs spéciaux pour démonter de l'arbre rotorique les bagues de contact du dispositif à contacts et balais et le rotor de la génératrice d'excitation initiale pendant le démontage de la machine électrique;; - une masse et des dimensions élevées du fait que la machine comporte une bride d'appui allongée massive et des supports spéciaux destinés au montage du stator de la génératrice d'excitation initiale et de la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais. Les inconvénients précités rendent compliquée la structure de la machine électrique connue et nécessitent donc une main d'oeuvre importante. En outre, le démontage et le remontage d'une telle machine électrique lorsqu'il est nécessaire d'effectuer des visites préventives et des travaux de réparation, exigent beaucoup de temps. L'invention a pour objet de réaliser une machine électrique à auto-excitation statique dont l'agencement mutuel des éléments du bloc d'excitation initiale est tel qu'il soit possible de réduire l'encombrement et la masse de la machine électrique et de rendre son démontage et son remontage plus commodes et plus simples. Pour atteindre le but susvisé, l'invention a pour objet une machine électrique à auto-excitation statique comprenant une machine électrique principale comportant un stator, un arbre rotorique monté dans celui-ci, un flasque pour supporter -ledit arbre rotorique et un dispositif à contacts et balais comportant une couronne de prise de courant et des bagues de contact, ainsi qu'une génératrice d'excitation initiale comportant un stator et un rotor monté sur l'arbre rotorique de la machine électrique principale, le stator de la génératrice d'excitation initiale et la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais étant fixés au flasque, cette machine étant caractérisée en ce que le stator de la génératrice d'excitation initiale est solidaire de la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais et en ce que le rotor de la génératrice d'excitation initiale est solidaire des bagues de contact dudit dispositif à contacts et balais. L'avantage de la machine électrique à auto-excitation statique construite conformément à l'invention réside en ce que l'agencement des éléments de la génératrice d'excitation initiale et du dispositif à contacts et balais de la machine électrique rend inutile 11 emploi d'une bride d'appui commune pour la fixation du stator de la génératrice d'excitation initiale et de la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais, ce qui simplifie la construction de la machine électrique et permet de réduire son encombrement et sa masse. Avantageusement, les faces du stator et du rotor de la génératrice d'excitation initiale sont munies de saillies radiales de telle manière que les saillies radiales disposées sur la face du stator qui est en regard du flasque de la machine électrique principale puissent recevoir des éléments de fixation reliant le stator à ce flasque, et que les saillies radiales disposées sur la face opposée du stator et celles du rotor puissent recevoir des éléments de fixation réunissant respectivement le stator à la couronne de prise de courant et le rotor aux bagues de contact du dispositif à contacts et balais. La fixation du stator et du rotor de la génératrice d'excitation initiale respectivement à la couronne de prise de courant et aux bagues de contact du dispositif à contacts et balais à l'aide d'éléments de fixation disposés dans lesdites saillies radiales procure un positionnement compact des unités constituant ces dispositifs avec un ernploi rationnel du volume qu'occupe ensemble du bloc d'excitation initiale de la machine électrique. Ainsi, le stator et la couronne de prise de courant d'une part, et le rotor et les bagues de contact d'autre part, forment des ensembles monoblocs séparés que lton peut facilement assembler. D'autres caractéristiques de l'invention apparaitront 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 représente en vue partielle et en coupe longitudinale la machine électrique à auto-excitation statique conforme à l'invention; - la Fig. 2 représente une coupe selon la ligne Il-Il de la Fig. 1 illustrant la génératrice d'excitation initiale de la machine électrique; - la Fig. 3 représente une coupe selon la ligne III-III de la Fig. 1 illustrant le dispositif à contacts et balais de la machine électrique; et - la Fig. 4 représente le disque d'appui du dispositif à contacts et balais, le capot protecteur étant enlevé, la vue étant prise suivant la flèche A de la Fig. 1. Il est à noter que les dessins annexés sont purement schématiques et donnes à titre de simple illustration d'un exemple de réalisation de l'invention sans être limitatifs en ce qui concerne les dimensions des éléments faisant partie de la machine électrique, les rapports entre les dimensions de ces éléments, etc. La machine électrique, en particulier un alternateur à autoexcitation statique contient une génératrice principale comportant un stator 1 (Fig. 1), un rotor 2 et un flasque 3 dans lequel est monté un arbre rotorique 4. Le flasque 3 dans lequel est incorporé un ensemble palier 5 servant à supporter l'arbre rotorique 4, est rizé au corps du stator 1 à l'aide de boulons 6. Ltalternateur comporte également une génératrice d'excitation initiale et un dispo sitif à contacts et balais. La génératrice d'excitation initiale comporte un stator 7 comportant un support annulaire 8 sur lequel sont fixés des pôles saillants 9 avec bobinage, et un roter 10. Le support 8 est conçu pour comprimer un noyau statorique feuilleté et comporte une bague intérieure 11 en regard du flasque 3 et solidaire d'une bague extérieure 12, les deux bagues étant espacées d'une distance donnée. Celles-ci sont essentiellement plates et disposées dans des plans parallèles. Le support 8 du stator 7 est solidaire du flasque 3, la bague intérieure 11 étant montée sur des saillies 13 de pattes en porte-à-faux 14 s'étendant axialement, du flasque 3 et le support 8 étant fixé à ces pattes à l'aide de boulons 15 engagés dans des trous 16 (Fig. 2) de saillies radiales 17 prévues à la périphérie extérieure de la bague intérieure 11. La bague extérieure 12 (Fig. 1) comporte des saillies radiales 18 (Fig. 2) s'étendant à partir de sa périphérie intérieure et situées dans l'espace entre les poles 9 du stator 7 chaque saillie radiale 18 étant percée d'un trou 19. Le rotor 10 (Fig. 1) de la génératrice d'excitation initiale est calé sur l'arbre rotorique 4 par un procédé classique, à l'aide d'une clavette 20, et comporte des saillies radiales 21 ménagées sur sa surface extérieure et situées dans l'espace entre ses pôles 22 (Fig. 2). Chaque saillie radiale 21 du rotor 10 présente un trou 23. Le dispositif à contacts et balais de la génératrice électrique comporte une couronne de prise de courant munie de deux barres 24 et 25 (Fig. 1) et de deux bagues de contact 26 et 27, tous ces éléments étant disposés dans des plans parallèles. Chacune des barres 24 et 25 de la couronne de prise de courant comporte des portebalais 28 (Fig. 3) dans lesquels sont fixes des balais 29 qui sont connectés électriquement au système d'excitation de travail de la génératrice principale à l'aide d'un câble 30 (Fig. 1) et qui sont en contact avec les bagues 26 et 27.La couronne de prise de courant est rendue solidaire du stator 7 de la génératrice d'excitation initiale gracie au fait que les barres 24 et 25 sont fixées à la bague extérieure 12 du support 8 à l'aide de boulons 31 dont chacun est engagé dans le trou 19 de l'une des saillies radiales 18 de cette bague. Les mêmes boulons 31 servent au serrage de la couronne de prise de courant pendant l'assemblage de la génératrice. En outre, la couronne de prise de courant comporte des rondelles intermédiaires 32 engagées sur chaque boulon 31 entre un écrou 33 et la barre 25, une douille d'espacement 34 située entre les barres 24 et 25, une douille d'espacement 35 située entre la bague extérieure 12 et la barre 24 et une douille isolante 36 enfilée directement sur le boulon 31 et placée à l'intérieur des douilles d'espacement 34 et 35. Les rondelles 32 et les douilles 34, 35 et 36 sont fabriquées en une matière diélectrique. Les bagues de contact 26 et 27 sont calées sur l'arbre rotori qiie 4 et rendues solidaires du rotor 10 de la génératrice d'excitation initiale à l'aide de boulons 37 dont chacun est engagé dans un trou 23 de l'une des saillies radiales 21 prévues sur la périphérie du rotor 10, ces boulons étant utilisés pendant l'assemblage desdites bagues. Le sous-ensemble des bagues de contact 26 et 27, ainsi que la couronne de prise de courant, comporte plusieurs douilles d'espacement fabriquées en matière isolante et montées sur chaque boulon 37, à savoir la douille d'espacement 38 montée entre la saillie radiale 21 du rotor 10 et la bague de contact 26, la douille 39 située entre les bagues de contact 26 et 27 et la douille 40 placée entre la bague de contact 27 et un disque d'appui 41.Ce dernier assure un serrage étroit de l'ensemble des bagues de contact et la fixation de cet ensemble à l'arbre rotorique 4 à l'aide de boulons 42 Le disque est utilisé en outre lors du démontage de la génératrice, des orifices filetés 43 (Fig. 4) ménagés dans ce disque servant aussi à cette occasion. La connexion électrique des bagues de contact 26 et 27 (Fig. 1) avec l'enroulement du roter 2 de la génératrice principale est réalisée à l'aide d'un câble 44 disposé dans un canal axial 45 (Fig. 3) pratiqué dans l'arbre rotorique 4. De cette manière, le stator 7 (Fig. 1) de la génératrice d'excitation initiale et les barres 24 et 25 de la couronne du dispositif à contacts et balais, ainsi que le rotor 10 de la génératrice d'excitation initiale et les bagues de contact 26 et 27 dudit dispositif forment des ensembles monoblocs séparés dans lesquels les éléments qui les constituent sont reliés les uns aux autres de façon rigide. L'ensemble du bloc d'excitation initiale de l'alternateur est protégé par un capot protecteur 46 qui est fixé au flasque 3 à l'aide de boulons 47 et muni de filtres à treillis 48 et d'un regard de visite 49 en matière transparente, notamment en verre organique, et prévu pour surveiller le fonctionnement de aet ensemble, l'état des éléments le constituant, etc. L'assemblage de l'alternateur proposé s'effectue de la manière suivante. Après avoir monté l'arbre 4 avec le rotor 2 de la génératrice principale dans l'ensemble palier 5 du flasque 3 de cet alternateur, on procède au montage du bloc d'excitation initiale. Avant le montage, on réunit, sur un poste de travail séparé, en un ensemble unique, le rotor 10, préalablement assemblé de la génératrice d'excitation initiale et les bagues de contact 26 et 27. A cet effet, on insère les boulons 37 dans les saillies radiales 21 du rotor 10 et on monte successivement sur ces boulons les douilles d'espacement 38, la bague de contact 26, les douilles d'espacement 39, la bague de contact 27, les douilles d'espacement 40 et le disque d'appui 41, après quoi on serre l'ensemble à l'aide d'écrous que l'on visse sur les boulons 37.De même, sur un poste de travail séparé, on réunit en un ensemble unique le stator 7, préalablement assemblé, de la génératrice d'excitation initiale et la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais. A cet effet, on introduit les boulons 31 dans les trous 19 ménagés dans les saillies radiales 18 de la bague extérieure 12 du support 8 et l'on enfile successivement sur ces boulons les douilles isolantes 36, les douilles d'espacement 35, la barre 24, les douilles d'espacement 34, la barre 25, les rondelles intermédiaires 32 et l'en serre le tout avec les écrous 33. Ensuite, on monte ltensemble du rotor 10 complètement assemblé avec les bagues de contact 26 et 27 sur l'arbre rotorique 4 sur lequel on a préalablement placé la clavette 20 insérée dans une rainure longitudinale appropriée (non représentée). On déplace cet ensemble le long de l'arbre rotorique 4 vers le flasque frontal 3 jusqu'aux congés respectivement de la portée du rotor 10 et de celle du disque d'appui 41 sur cet arbre. Le rotor 10 et le disque d'appui 41 étant mis en place jusqu'aux congés de leurs portées, on introduit dans les trous prévus dans le disque d'appui 41, les boulons 42 que l'on visse dans les orifices filetés correspondants ménagés dans le corps de l'arbre rotorique 4 du côté de sa face d'extrémité, grace à quoi l'ajustement du rotor 10 et du disque d'appui 41 sur leurs portées se fait par serrage. Ensuite, on fixe au flasque 3 l'ensemble du stator 7 complete- ment assemblé avec la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais. Pour ce faire, on ajuste les saillies radiales 17 de la bague intérieure 11 du support û sur les saillies 13 des pattes en porte-à-faux 14 dudit plateau et l'on serre les boulons 15. Puis on connecte la câble électrique 30 sur les barres 24 et 25 de la couronne de prise de courant. Le montage du bloc d'excitation initiale se termine par la mise en place du capot protecteur 46 que l'on fixe au flasque en vissant les boulons 47. Après achèvement du montage, les sous-ensembles du bloc d'excitation initiale se trouvent placés dans des positions relatives rigoureusement concentriques, ce qui est assuré par le fait que, d'une part, l'usinage des surfaces de portée des saillies 13 des pattes en porte-à-faux 14 du flasque frontal 3 est réalisé, pendant la fabrication de l'alternateur, en même temps que celui des portees pour le palier 5 et, d'autre part, les surfaces de référence de la génératrice d'excitation initiale et du dispositif à contacts et balais, en particulier les surfaces des épanouissements des pôles 22 du rotor 10 et les surfaces de contact des bagues 26 et 27, sont usinées sur 11 arbre rotorique 4 après montage de l'ensem- ble du rotor 10 avec les bagues de contact 26 et 27 sur cet arbre. Le démontage du bloc d'excitation initiale s'effectue de la manière suivante. Après l'arrêt de l'alternateur, on dépose tout d'abord le capot protecteur après avoir dévissé les boulons de fixation 47. On procède ensuite au démontage de l'ensemble statorique 7 avec la couronne de prise de courant. A cet effet, on déconnecte d'abord le câble électrique 30 des barres 24 et 25 de la couronne de prise de courant, puis on dévisse les boulons 15 maintenant cet ensemble, on enlève celui-ci des saillies 13 des pattes en porte-à-faux 14 et ensuite de l'arbre rotorique 4. Pour démonter l'ensemble rotor 10 de la génératrice d'excitation initiale avec les bagues de contact 26 et 27, on déconnecte d'abord de ces bagues le câble électrique 44, puis on dévisse les boulons 42 des orifices filetés correspondants ménagés dans la face d'extrémité de l'arbre rotorique 4, après quoi on visse ces boulons dans les orifices filetés 43 (Fig. 4) prévus dans le disque d'appui 41. Lorsqu'on visse les boulons 42 dans les orifices filetés 43, les extrémités de ces boulons viennent buter contre la face d'extrémité de l'arbre rotorique 4 (Fig. 1) et provoquent un déplacement axial de l'ensemble du rotor 10 en l'écartant du flasque frontal 3 vers l'extrémité de l'arbre rotor que 4. Il en résulte l'arrachement du rotor 10 et du disque d'appui 41 de leurs portées sur cet arbre, après quoi ensemble entier est déposé de l'arbre. Dans la machine électrique à auto-excitation statique qui vient d'être décrite, le bloc d'excitation initiale à encombrement et poids réduits est facile à réaliser, facile à assembler et à démonter, et fiable dans le fonctionnement. Par suite de la réunion constructive des éléments compliqués de la génératrice d'excitation initiale et du dispositif à contacts et balais en un seul ensemble du rotor avec les bagues de contact, et en un seul ensemble du stator avec la couronne de prise de courant, il statère possible d'assurer facilement la valeur requise de ltentrefer entre le stator et le rotor de cette génératrice et entre les corps des porte-balais des barres de la couronne de prise de courant et les bagues de contact. En outre, un tel agencement permet d'abaisser les dépenses de travail pendant la fabrication de la machine électrique toute entière et de réduire considérablement le temps nécessaire pour l'exécution des travaux réglementaires d'entretien ou de réparation d'un groupe électrogène et en particulier d'un groupe mobile, dont la machine électrique en question fait partie. - NCAON - RENZNDICATIONSe - 1 - Machine électrique à auto-excitation statique comprenant une machine électrique principale comportant un stator dans lequel est monté un arbre rotorique, un flasque pour supporter ledit arbre rotorique et un dispositif à contacts et balais avec une couronne de prise de courant et des bagues de contact, ainsi qu'une génératrice d'excitation initiale comportant un stator et un rotor monté sur l'arbre rotorique de ladite machine électrique principale, le stator de la génératrice d'excitation initiale et la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais étant fixés audit flasque, caractérisée en ce que ledit stator (7) de la génératrice d'excitation initiale est solidaire de la couronne de prise de courant du dispositif à contacts et balais, et ledit rotor (10) de la génératrice d'excitation initiale est solidaire des bagues de contact (26, 27) du dispositif à contacts et balais. 2 - Machine électrique suivant la revendication 1, caractérisée en ce que les faces du stator (7) et du rotor (î0) de la génératrice d'excitation initiale sont munies de saillies radiales (17, 18) de telle manière que les saillies radiales disposées sur la face du stator qui est en regard dudit flasque (3) de la machine électrique principale puissent recevoir des éléments de fixation (15) reliant le stator à ce flasque (3), et que les saillies radiales disposées sur la face opposée (12) du stator et les saillies (21) du rotor puissent recevoir des éléments de fixation (31, 37) réunissant respectivement le stator (7) avec la couronne de prise de courant et le rotor (10) avec les bagues de contact (26, 27) du dispositif à contacts et balais