Brevet FR2468241A1 — publié le 19810430

L'invention est relative à un rotor de machine élec- trique synchrone à pbles saillants massifs. Il est de plus en plus fréquent d'alimenter les moteurs à fréquence variable par l'intermédiaire de convertisseurs statiques. L'emploi de moteurs synchrones est dans ce cas favorable, car la majeure partie de la puissance réactive néces- saire est fournie par les enroulements statoriques. Pour les fréquences élevées, on utilise généralement des convertisseurs statiques indirects fonctionnant en commutation naturelle. Dans ce cas, le courant dans chaque phase du moteur a la forme d'une succession de marches montantes et descendantes le long d'une sinusoïde. Ceci a pour conséquence que le rotor tourne pendant la plus grande partie du temps en face d'un champ stator fixe. Si la machine comporte un rotor massif, c'est-à-dire non feuilleté, ce qui est souvent le cas des moteurs synchrones rapides, des pertes supplémentaires importantes peuvent ainsi être créées par les courants de Foucault à la périphérie du rotor, pertes qui sont cause d'échauffements parfois inadmissibles et d'un abaisse- ment du rendement de la machine. La périphérie du rotor dont il est question est en général constituée par les épanouissements polaires. Elle peut également être constituée, comme décrit dans la demande de brevet en France no 78 23720 du 11 Août 1978, au nom de la Demanderesse, par une frette à haute résistance mécanique, disposée autour des pôles et comportant des parties à haute perméabilité magnétique situées en regard des pales et des parties en métal amagnétique situées entre ceux-ci. La présente invention a pour objet de diminuer de façon importante les pertes dans le rotor de façon à permettre l'alimen- tation par convertisseurs indirects fonctionnant en commutation naturelle. A cet effet, le rotor de machine électrique synchrone à pôles saillants massifs selon l'invention est caractérise en ce que au moins une partie de la surface extérieure des pôles est recouverte d'une couche de métal à haute conductivité élec- trique. Cette couche constitue un écran pour les harmoniques du champ magnétique du stator entre ce stator et la surface du rotor 246824-1 qui lui fait face. Il est connu que les courants de Foucault qui se dévelop- pent dans un écran, par exemple en cuivre et d'une épaisseur suffisante, par exemple 3 à 6 mm, conduisent à des pertes très inférieures à celles qui seraient créées par des courants de Foucault dans des pièces en acier amagnétique ou aux pertes par hystérésis et courants de Foucault qui se développeraient dans des pièces en acier à forte perméabilité magnétique et non feuilletées. La couche de métal, en particulier de cuivre, utilisée dans la présente invention doit être faite de façon à résister aux efforts mécaniques dus à la force centrifuge ou à la dilata- tion différente entre le support en acier et la couche de métal rapportée, et elle doit aussi avoir, une épaisseur suffisante pour jouer son rôle d'écran. Un procédé de dépôt électrolytique a permis de répondre à ces conditions. La couche de cuivre peut être prolongée sur les deux faces latérales des pôles ou, si le rotor est muni d'une frette comme dans la demande de brevet en France susindiquée, sur les deux faces latérales de ladite frette, afin d'augmenter les sections de passage offertes aux courants circulant autour de chaque pôle et d'un pôle à l'autre. La couche de cuivre peut également être munie de rainures de façon à permettre une meilleure évacuation des pertes par un fluide de refroidissement. Ces rainures doivent avoir approxima- tivement l'orientation des courants et être moins profondes que la couche de cuivre, de façon à ne pas trop accroître la résis- tance offerte au passage de ces courants. L'invention sera décrite à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La figure l représente schématiquement, en perspective, une partie d'un rotor selon l'invention. La figure 2 représente, en perspective, un rotor de machine homopolaire selon l'invention. La figure 3 représenteen coupe un rotor de machine synchrone muni d'une frette. La figure 4 représente l'allure des courants de Foucault engendrés dans la frette du rotor de la figure 3, développée sur le plan de la figure. Dans la figure 1, on a désigné par l un croisillon muni de pôles massifs 2 et d'épanouissements polaires 3. Les enroule- ments sont désignés par 4. Selon l'invention, la face frontale 3a des épanouisse- ments polaires 3 est recouverte d'une couche de métal à haute conductivité électrique, par exemple de cuivre, de préférence par voie électrolytique. Il peut être également nécessaire de prolon- ger cette couche de cuivre sur les faces latérales 3b des épanouis- sements polaires faisant face aux pôles voisins. De plus, afin de faciliter la circulation des courants de part et d'autre des épanouissements polaires, il y a intérêt à recouvrir également de cuivre les faces latérales 3c de ceux-ci. Pour compléter l'action d'écran de la couche de cuivre et réduire la réactance subtransitoire, on peut ajouter de part et d'autre du rotor des pièces de cuivre telles que celle montrée en 5, dont on n'en a représenté qu'une pour la clarté de la figure, et qui assurent la continuité électrique de l'écran sur toute lacirconférence durotor. La section de ces pièces 5 doit être suffisante pour que les pertes ohmiques qui y prennent naissance soient faibles. Pour une meilleure tenue mécanique de ces pièces 5, on peut avantageusement les remplacer par des anneaux continus sur toute la circonférence du rotor et disposés axialement de part et d'autre de celui-ci. La figure 2 représente un rotor massif de machine homo- polaire, comprenant des lobes 6a et 6b formant les pôles. Toute la surface extérieure de ceux-ci est recouverte d'une couche de cuivre 7a, 7b. Celle-ci peut avantageusement être prolongée sur une partie des faces d'extrémité dans les régions 8a et 8b délimitées par les traits mixtes 9a et 9b. Sur la figure 3, qui représente un rotor muni d'une frette mixte telle que décrite dans la demande de brevet 78 23720 déjà citée, on a désigné, comme dans la figure 1, pari le croisillon, par 2 les pôles munis de leurs enroulements 4 et par 10 la frette dont les parties lOa situées en regard des pôles 2 sont en acier à haute perméabilité magnétique et dont les parties lOb situées entre les pôles 2 sont en acier amagnétique. Autour de la frette 10 et de préférence également sur ses faces latérales est disposée une couche de cuivre il suffisam- 246 s4't ment épaisse pour que les courants de Foucault puissent s'y développer sans créer trop de pertes. La couche de cuivre il disposée sur les faces latérales permet d'accroître les sections de passage offertes aux courants circulant autour de chaque pôle et d'un pôle à l'autre, tels que schématisés sur la figure 4. De cette façon on a réalisé un circuit amortisseur très peu résistant et à faibles fuites magnétiques, qui constitue un écran entre le champ statorique et la surface en acier du rotor et qui diminue considérablement les pertes et l'échauffement à la périphérie de la machine. L'adjonction dans la couche de cuivre de rainures comme cité plus haut, en particulier de rainures dans le sens périphérique et voisines des faces laté- rales de la frette 10 permet également d'améliorer si nécessaire l'évacuation des pertes dues à la circulation des courants de Foucault. Un autre avantage de-la solution décrite est que l'amortisseur-écran constitué par la couche de cuivre avec ses fuites faibles et sa structure sensiblement isotrope a pour effet de réduire à la fois les résistances subtransitoires longi- tudinales et transversales et, donc, la réactance de commutation-, ce qui est très favorable pour le fonctionnement du convertisseur. Dans le cas d'une machine homopolaire avec frette mixte, telle que décrite dans la demande de brevet en France n0 78 23720 citée, la réalisation de la couche de cuivre est analogue à - celle de la figure 1. La- différence réside dans le fait que les pôles ne sont, dans ce cas, pas munis d'enroulements. L'invention reste bien entendu valable si seulement une partie des surfaces des épanouissements polaires des pôles ou de la frette faisant face au stator ou une partie des faces latérales des épanouissements polaires ou de la frette est recouverte de cuivre. - REVENDICATIONS - 1. Rotor de machine électrique synchrone à pôles saillants massifs, caractérisé en ce que au moins une partie de la surface extérieure des pôles est recouverte d'une couche de métal à haute conductivité électrique. 2. Rotor de machine électrique selon la revendication 1, dans lequel les pôles sont munis d'épanouissements polaires, caractérisé en ce que la surface recouverte par du métal à haute conductivité électrique comprend la surface (3a) des épanouisse- ments polaires située en regard du stator, ainsi qu'une partie au moins des surfaces latérales (3b et 3c) des épanouissements polaires (3). 3. Rotor de machine électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les surfaces latérales (39) des épanouis- sements polaires (3) recouvertes de métal à haute conductivité électrique et disposées de part et d'autre de ceux-ci dans le sens axial sont réunies par des pièces (5) de métal à haute conductibilité électrique assurant une liaison électrique péri- phérique. 4. Rotor de machine électrique selon la revendication 1, comprenant une frette à haute résistance mécanique, disposée autour des pôles et comportant des parties à haute perméabilité magnétique situées en regard des pôles et des parties en métal amagnétique situées entre ceux-ci, caractérisé en ce que la surface de la frette (10) faisant face au stator est recouverte au moins en partie par ladite couche (11) de métal à haute conductivité électrique. 5. Rotor de machine électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que les faces latérales de la frette (10) sont également revêtues de ladite couche de métal à haute conductivité. 6. Rotor de machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche de métal à haute conductivité électrique est déposée par voie électrolytique.