Brevet FR2488459A1 — publié le 19820212

Dispositif à dents à queue d'aronde pour fixer les barres d'enroulement statoriques d'une machine électrique tournante La présente invention concerne un dispositif à dents à queue d'aronde pour fixer les barres d'enroulement statoriques d'une machine électrique tournante dont le stator est du type dit sans encoches. On sait que ce type de stator se caractérise par le fait que les barres, au lieu d'être calées au fond d'encoches creusées dans le circuit magnétique du stator, sont appliquées contre la surface intérieure cylindrique de ce circuit magnétique. Ces barres restent bien évidemment disposées selon les génératrices de cette surface. Le dispositif de fixation de ces barres utilise un accrochage au circuit magnétique statorique. Divers moyens d'accrochage ont été utilisés tels que des vis ou des queues d'aronde. Le dispositif de fixation prend ainsi appui sur le circuit magnétique pour tirer les barres radialement vers l'extérieur de manière à les appliquer contre la surface intérieure de ce circuit. Etant donné que les moyens d'accrochage pénètrent dans ce circuit pour y prendre appui radialement, le dispositif peut assurer en même temps l'immobilisation tangen- tielle des barres c'est-à-dire empêcher que leur position angulaire ne varie. Les dispositifs de fixation connus utilisant un accrochage des barres au circuit magnétique présentent des inconvénients tels que: - l'encombrement dû à l'utilisation de vis isolantes dont les carac- téristiques mécaniques faibles nécessitent un large dimensionnement, - ou la présence dans l'entrefer de dents d'accrochage métalliques. Le pied de ces dents forme une queue d'aronde engagée dans le circuit magnétique statorique. Les tôles métalliques constituant ces dents ne sont pas magnétiques et sont suffisamment résistantes mécaniquement mais elles sont sujettes à des pertes par effet Joule en raison des fortes inductions magnétiques variables (voir figure 8 du brevet américain 3 405 297 au nom de Madsen), La présente invention a pour but la réalisation d'un dispositif à dents à queue d'aronde pour fixer les barres d'enroulement statoriques d'une machine électrique tournante en évitant la présence de matériau métallique dans l'entrefer et sans présenter d'encombrement excessif. -2- Elle a pour objet un dispositif à dents à queue d'aronde pour fixer les barres d'enroulement statoriques d'une machine électrique tournante, dont le rotor tourne autour d'un axe "longitudinal", les barres d'enroulement statoriques étant disposées longitudinalement et réparties angulairement, et étant fixées contre la surface inté- rieure cylindrique du circuit magnétique statorique par l'intermé- diaire de dents accrochées à ce circuit, formant saillies radiales vers l'intérieur et réparties angulairement, chacune de ces dents ayant la forme générale d'un prisme à génératrices longitudinales et comportant un pied dont la section présente la forme générale d'un trapèze ayant une grande base et une petite base disposées selon la direction "tangentielle" avec la petite base vers l'intérieur de la machine, deux côtés reliant ces deux bases, - et un corps s'étendant selon la direction "radiale" à partir de la petite base dudit trapèze, - l'accrochage de la dent résultant de l'engagement de son pied dans une fente longitudinale dont la section présente une forme corres- pondant à celle de ce pied et qui est creusée dans la surface interne du circuit magnétique statorique, - les barres d'enroulement étant accrochées au circuit magnétique statorique par l'intermédiaire du corps de ces dents qui s'étend radialement vers l'intérieur à partir de la surface interne du circuit magnétique statorique, - ce dispositif étant caractérisé par le fait que ces dents comportent chacune - un noyau s'étendant sur toute l'extension longitudinale de la dent, une partie de ce noyau étant disposée à l'intérieur du pied de la dent et présentant une face de base parallèle et en regard d'une partie médiane de la grande base du pied, et deux faces latérales s'étendant vers le corps de la dent à partir des bords latéraux de cette face de base, en se rapprochant progressivement l'une de l'autre, - et une enveloppe appliquée sur ce noyau, présentant une épaisseur sensiblement constante, et formant au moins la grande base et les deux côtés du pied et les parois latérales du corps de la dent, cette enveloppe étant constituée d'une superposition de couches de tissu d'armature disposée parallèlement à la direction longitudinale 24884-59 -3- en suivant les faces latérales de la dent, ces couches étant enrobées d'une résine durcie, de manière a conférer au pied de la dent une résistance importante aux efforts de traction radiale vers l'intérieur, et à conférer à l'ensemble de la dent une résistance importante aux efforts de flexion autour d'axes longitudinaux, la plus grande part de ces effortsétant supportée par cette enveloppe. A l'aide des figures schématiques ci-jointes, on va décrire ci-après à titre non limitatif, comment l'invention peut être mise en oeuvre. Il doit être compris que les éléments décrits et représentés peuvent, sans sortir du cadre de l'invention, être remplacés par d'autres éléments assurant les mêmes fonctions techniques. Lorsqu'un même élément est représenté sur plusieurs figures il y est désigné par le même signe de référence. La figure 1 représente une vue partielle schématique d'un dispo- sitif selon l'invention, en coupe par un plan perpendiculaire à l'axe de la machine. La figure 2 représente une vue en perspective d'une dent longue du dispositif de la figure 1, avec ses deux coins de calage à enfonce- ment longitudinal. La figure 3 représente une vue partielle de côté, selon une ligne III-III de la figure 1, de deux dents longues longitudinalement successives du même dispositif, le plan de cette figure étant parallèle à l'axe de la machine. La figure 4 représente une vue en coupe d'une dent longue du même dispositif, le plan de coupe étant perpendiculaire à l'axe de la machine. La figure 5 représente un détail V de la figure 4. La figure 6 est une variante de la figure 1 et représente un dispositif analogue comportant seulement des dents longues. Le dispositif qui va être décrit est monté sur le circuit magné- tique 2 du stator d'un alternateur de puissance dont le rotor tourne autour d'un axe non visible sur les figures et perpendiculaire au plan de la figure 1. Cet axe est celui de la machine et aussi celui de la surface interne 4 de ce circuit, cette surface étant cylindrique de révolution. C'est par rapport à cet axe que sont définies en chaque point les directions "longitudinale", c'est-à-dire parallèle à cet 2488'459 -4- axe, "radiale" c'est-à-dire coupant cet axe à angle droit, et "tangen- tielle" c'est-à-dire perpendiculaire à la fois à l'axe et à la direction radiale passant par ce point. Le circuit magnétique statorique 2 est constitué classiquement de tôles d'acier magnétiques perpendiculaires à l'axe et empilées longitudinalement. Dans la surface interne de ce circuit ont été creusées des fentes longitudinales 6 à section trapézoïdale, la petite base du trapèze coïncidant sensiblement avec la surface interne 4 du circuit magnétique. Ces fentes sont réparties angulairement de manière régulière. Chacune d'elles présente deux faces latérales 8 et un fond 10. Elle permettent un accrochage classique du type à queue d'aronde. Des barres d'enroulement 12 sont disposées longitudinalement, et accrochées en appui contre la surface, dans les intervalles entre les fentes 6, grâce au dispositif de fixation qui va être maintenant décrit. Ce dispositif comporte des dents d'accrochages telles que 14 ou 16 accrochées dans les fentes 6 par engagement longitudinal à partir d'une extrémité du circuit magnétique. Chacune de ces dents présente la forme générale d'un prisme à génératrices longitudinales et comporte: - un pied 18 dont la section présente la forme générale d'un trapèze ayant une grande base et une petite base disposées selon la direction "tangentielle", et deux côtés reliant ces deux bases, - et un corps 20 s'étendant selon la direction "radiale" à partir de la petite base du trapèze. L'accrochage de ces dents résulte de l'engagement de leurs pieds 18 dans les fentes 6. Les corps de ces dents forment saillie radiale vers l'intérieur à partir de la surface interne 4 du circuit magnétique. Pour assurer leur calage, ces dents sont munies de coins de calage radial 22, 24 à enfoncement longitudinal disposés contre la grande base du pied 18 de chaque dent 14 de manière à s'insérer entre cette grande base et le fond 10 de la fente 6 dans laquelle ce pied est engagé, à pousser ce pied radialement vers l'intérieur, et à assurer ainsi une compression tangentielle permanente du pied par appui sur les faces latérales de cette fente.. Ces coins sont - 5 - au nombre de deux par dent, de manière à assurer l'uniformité de la pression radiale, à savoir un coin externe 22 coopérant avec un coin interne 24 (voir figure 2). Conformément à la figure 3 un intervalle est ménagé entre deux dents qui se succèdent longitudinalement avec leur pieds engagés dans une même fente longitudinale, de manière à permettre un enfonce- ment des coins de calage radial sans démontage des dents. Les coins externes 22 se succèdent longitudinalement sans intervalle et les coins internes 24 peuvent être fixés par un léger collage 26 après enfoncement. La constitution interne des dents sera décrite plus loin. Elle permet, à l'aide de matériaux électriquement isolants, donc sans pertes électriques, de leur conférer une grande rigidité et une grande résistance mécanique. Les dents d'accrochage angulairement successives 14, 16 sont alternativement une dent longue et une dent courte 16, les dents longues seules ayant une tête 29 dépassant radialement vers l'intérieur au-delà des barres d'enroulement. Les moyens de calage tangentiel des barres 12 sont des coins enfoncés radialement vers l'extérieur insérés chacun entre des barres d'enroulement 12 et le flanc d'une dent courte 16. Les moyens de calage radial des barres 12 comportent des barrettes fixées chacune aux têtes 29 de deux dents longues 14 angulairement successives et s'étendant tangentiellement de l'une à l'autre de ces têtes pour venir appuyer radialement vers l'extérieur sur les faces des barres d'enroulement 12 disposées entre ces deux dents longues. Les coins à enfoncement radial 28 sont maintenus radialement par les barrettes 30. Les barrettes 30 sont fixées et calées radialement par des clavettes à pente 32 à enfoncement tangentiel engagées dans des trous 34 des têtes des dents longues 14. On va maintenant dévrire la constitution interne des dents, qui est la même pour les dents longues 14 et les dents courtes 16. Conformément à l'invention chacune de ces dents comporte: - un noyau 40 s'étendant sur toute l'extension longitudinale de la -6- dent, une partie de ce noyau étant disposée à l'intérieur du pied 18 de la dent et présentant une face de base 42 parallèle et en regard d'une partie médiane de la grande base du pied 18, et deux faces latérales 44 s'étendant vers le corps 20 de la dent à partir des bords latéraux de cette face de base 42, en se rapprochant progressi- vement l'une de l'autre, - et une enveloppe 46 appliquée sur ce noyau, présentant une épaisseur sensiblement constante, et formant au moins la grande base et les deux côtés du pied 18 et les parois latérales du corps 20 de la dent, cette enveloppe étant constituée d'une superposition de couches de tissu d'armature disposées à la fois parallèlement à. la direction longitudinale, et, en section par un plan perpendiculaire à cette direction, en suivant les faces de la dent, ces couches étant enrobées d'une résine durcie, de manière à conférer au pied 18 de la dent une résistance importante aux efforts de traction radiale vers l'inté- rieur, et à conférer à l'ensemble de la dent une résistance importante aux efforts de flexion autour d'axes longitudinaux. Des inserts rectilignes 48 sont disposés longitudinalement entre deux couches de tissu de l'enveloppe 46 dans chacun des deux angles dièdres formés aux deux bords latéraux de la grande base du pied 18 de manière à éviter un arrondissement excessif de ces deux angles. Le noyau 40 s'étend non seulement dans le pied 18 mais aussi dans le corps 20 de chaque dent 14, en présentant un minimum d'épaisseur selon la direction tangentielle au voisinage de la petite base du pied 18 de la dent. Il doit être compris que la constitution interne des dents permet d'obtenir les avantages de la présente invention, à savoir bonne tenue mécanique, absence de pertes électriques, et faible encom- brement, et ceci indépendamment de la manière dont les barres d'enrou- lement sont accrochées aux corps de ces dents. Il est par exemple possible sans sortir du cadre de la présente invention d'utiliser conformément à la figure 6, seulement des dents longues 114, dont le profil est aminci pour permettre l'insertion de coins de calage tangentiel 128 entre les flancs de ces dents et les barres 12, le reste du dispositif restant conforme à la description précédente. -7 REVENDICATIONS 1/ Dispositif à dents à queue d'aronde pour fixer les barres d'enrou- lement statoriques d'une machine électrique tournante dont le rotor tourne autour d'un axe "longitudinal", les barres d'enroulement stato- riques étant disposées longitudinalement et réparties angulairement, et étant fixées contre la surface intérieure cylindrique du circuit magnétique statorique par l'intermédiaire de dents accrochées à ce circuit, formant saillies radiales vers l'intérieur et réparties angulairement, chacune de ces dents ayant la forme générale d'un prisme à génératrices longitudinales et comportant - un pied (18) dont la section présente la forme générale d'un trapèze ayant une grande base et une petite base disposées selon la direction "tangentielle" avec la petite base vers l'intérieur de la machine, deux c6tés reliant ces deux bases, et un corps (20) s'étendant selon la direction "radiale" à partir de la petite base dudit trapèze, - l'accrochage de la dent (14) résultant de l'engagement de son pied (18) dans une fente longitudinale (6) dont la section présente une forme correspondant à celle de ce pied et qui est creusée dans la surface interne (4) du circuit magnétique statorique (2), - les barres d'enroulement (12) étant accrochées au circuit magnétique statorique par l'intermédiaire du corps (20) de ces dents qui s'étend radialement vers l'intérieur à partir de la surface interne (4) du circuit magnétique statorique (2), - ce dispositif étant caractérisé par le fait que ces dents (14, 16) comportent chacune - un noyau s'étendant sur toute l'extension longitudinale de la dent, une partie de ce noyau étant disposée à l'intérieur du pied (18) de la dent et présentant une face de base (42) parallèle et en regard d'une partie médiane de la grande base du pied (18), et deux faces latérales (44) s'étendant vers le corps (20) de la dent à partir des bords latéraux de cette face de base (42), en se rapprochant progressivement l'une de l'autre, - et une enveloppe (46) appliquée sur ce noyau, présentant une épaisseur sensiblement constante, et formant au moins la grande base et les deux côtés du pied (18) et les parois latérales du corps (20) de -8- la dent, cette enveloppe étant constituée d'une superposition de couches de tissu d'armature disposées parallèlement à la direction longitudinale en suivant les faces latérales de la dent, ces couches étant enrobées d'une résine durcie, de manière à conférer au pied (18) de la dent une résistance importante aux efforts de traction radiale vers l'intérieur, et à conférer à l'ensemble de la dent une résistance importante aux efforts de flexion autour d'axes longitudinaux, la plus grande part des efforts de tension et de flexion étant supportée par l'enveloppe. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les dents (14, 16) sont munies de coins de calage radial (22, 24) à enfoncement longitudinal disposé contre la grande base du pied (18) de chaque dent (14) de manière à s'insérer entre cette grande base et le fond (10) de la fente (6) dans laquelle ce pied est engagé, à pousser ce pied radialement vers l'intérieur, et à assurer ainsi une compression tangentielle permanente du pied par appui sur les faces latérales de cette fente. 3/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que des inserts rectilignes (48) sont disposés longitudinalement dans chaque dent (14, 16) entre deux couches de tissu de l'enveloppe (46) dans chacun des deux angles dièdres formés aux deux bords latéraux de la grande base du pied (18) de manière à éviter un arrondissement excessif de ces deux angles. 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le noyau (40) s'étend non seulement dans le pied (18) mais aussi dans le corps de chaque dent (14), en présentant un minimum d'épaisseur, selon la direction tangentielle au voisinage de la petite base du pied (18) de la dent. / Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'un intervalle est ménagé entre deux dents qui se succèdent longitudinalement avec leur pieds engagés dans une même fente longitudinale (6), de manière à permettre un enfoncement desdits coins de calage radial sans démontage des dents.