Brevet FR2516717A1 — publié le 19830520

_ 1 t Rotor à pôles saillants pour machine dynamoélectrique avec bobines dé- montables sans démontage des pôles L'invention concerne un rotor à pôles saillants pour machine dyna- moélectrique avec bobines démontables sans démontage des pôles. Les bobines inductrices des grandes machines électriques à pôles saillants sont généralement constituées par un empilage de spires autour du noyau polaire Ces spires sont placées chacune dans un plan tangentiel et elles se succèdent radialement de l'intérieur vers l'extérieur Elles sont en général fabriquées et assemblées avant l'installation sur le pôle, mais présentent l'inconvénient de ne pouvoir être mises en place ou retirées) qu'après dépose du pôle, car oelui-ci comporte, à l'extré- mité radialement extérieure du noyau polaire, un épanouissement polaire empêchant l'extraction radiale de la bobine. Par ailleurs le circuit magnétique rotorique des machines électri- ques à pôles saillants est souvent constitué à partir de segments formés par découpage de tôles minces en arc de couronnes circulaires et assem- blés en couronnes complètes Ces dernières sont empilées longitudina- lement et assemblées par des tirants parallèles à l'axe du rotor de manière à constituer une jante supportant les noyaux polaires. Pour la fixation des noyaux polaires sur la jante, on fait alors classiquement appel à des technologies diverses connues pour permettre une dépose ultérieure du pôle * clés, queues d'aronde, peignes, vis, etc Ceci présente deux inconvénients perte de résistance mécanique par introduction de matière ne partici- pant pas à la tenue aux efforts centrifuges introduction d'une discontinuité dans le chemin magnétique, à la liai- son entre le pôle et la jante. C'est pourquoi il a été proposé par le brevet français n O 2 465 349 au nom de la présente demanderesse, de réaliser une bobine susceptible d'être démontée sans démontage du noyau polaire Ceci pré- sente l'avantage de simplifier la réparation ou le remplacement de la bobine, et aussi de permettre de former les pôles en même temps que les segments de la jante, par découpage de tôles minces selon un tracé qui englobe non seulement un segment de jante mais aussi le ou les noyaux et épanouissements polaires rattachés à ce segment Selon ce brevet la -2bobine est formée de spires qui se succèdent perpendiculairement aux flancs du noyau polaire et chaque spire est formée de deux demies spires faisant chacune un demi tour autour du noyau polaire et elle même formée par au moins une bande conductrice souple dont la largeur s'étend radia- lement par rapport à l'axe du rotor Les demies spires successives sont connectées de manière amovible les unes à la suite des autres dans deux zones de raccordement sur les deux flancs longitudinalement extrêmes du noyau polaire Cette disposition permet d'éviter d'une manière simple les inconvénients des dispositifs de fixation des noyaux polaires sur la jante Mais la souplesse des bandes conductrices oblige, pour appliquer fermement la bobine contre les flancs latéraux des noyaux polaires et éviter tout déplacement des conducteurs, à disposer entre les bobines des p 8 les successifs des câles interpolaires isolantes qui doivent être réalisées avec grand soin et compliquent le démontage de la bobine. La présente invention a pour but la réalisation d'un rotor à pôles saillants pour machine dynamoélectrique permettant un démontage facile des bobines sans créer de difficultés quant à la constitution du circuit magnétique, ni quant au maintien des conducteurs de la bobine. Elle a pour objet un rotor à pôles saillants pour machine dynamoé- lectrique avec bobines démontables sans démontage des p 8 les, ce rotor tournant autour d'un axe longitudinal et comportant une jante magnétique de forme cylindrique autour de l'axe, des noyaux polaires magnétiques fixés en formant des saillies à hau- teur radiale sur la jante et répartis circonférentiellement, chacun de ces noyaux présentant deux flancs longitudinalement extrêmes dans deux plans perpendiculaire à l'axe du rotor et deux flancs latéraux s'éten- dant longitudinalement entre ces deux flancs extrêmes, un épanouissement polaire magnétique disposé à l'extrémité radialement externe de chaque noyau polaire et débordant au moins circonférentiel- lement de chaque côté de ce noyau, et une bobine constituée par un conducteur électrique enroulé autour de chaque noyau polaire entre la jante et la partie débordante de l'épa- nouissement polaire, ce conducteur formant une succession de spires fai- sant chacune un tour autour du noyau polaire et isolées les unes des autres par des couches isolantes, 2 5 1 6 71 7 chacune de ces spires étant elle même divisée selon sa longueur en plusieurs fractions de spires successives constituées chacune de plu- sieurs bandes métalliques superposées - cette bobine étant munie de moyens de serrage pour appliquer à chaque zone d'extrémité de chaque bande de chaque fraction de spire une force de serrage perpendiculaire la surface de la bande et assurer ainsi un bon contact électrique entre les bandes des fractions de spires successives, ces moyens de serrage étant amovibles de manière à permettre de démonter la bobine en extrayant séparément les diverses fractions de spires, ce rotor étant caractérisé par le fait que chacune des fractions de spires de la bobine est constituée par des lames métalliques rigides constituant lesdites bandes et superposées en étages radialement succes- sifs avec leurs largeurs disposées perpendiculairement aux flancs du noyau polaire, chacune de ces lames suivant au plus un flanc latéral, un flanc extrême et l'autre flanc latéral du noyau polaire de manière à pouvoir être éloignée de ce noyau par déplacement parallèle à axe du rotor, ces étages étant disposés dans le prolongement les uns des autres d'une fraction de spire à la suivante, les lignes de séparation entre les extrémités de deux lames situées à un même étage dans deux fractions de spires successives étant décalées d'un étage à l'autre, les moyens de serrage étant disposés au voisinage des lignes de sépara- tion pour exercer une force de serrage radiale sur la bobine de manière à assurer le contact électrique entre les zones d'extrémité des lames radialement successives de chaque spire et à permettre au courant élec- trique rencontrant une ligne de séparaton entre deux lames d'un étage de passer dans au moins une bande d'un étage adjacent. On peut remarquer que l'on a déjà proposé, dans le brevet français N O 1 489 931 (Brown Boveri et Cie) de réaliser chaque spire d'une bobine polaire à l'aide de lames métalliques radialement superposées dont les largeurs s'étendaient perpendiculairement aux flancs du noyau polaire. Mais la disposition ainsi proposée ne tendait nullement à permettre un démontage de la bobine sans démontage du p 8 le, car les lames métalliques utilisées étaient soudées les unes aux autres, ce qui semblait néces- saire pour assurer la continuité électrique du conducteur de la bobine. 251671 7 -4- 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 t représente une vue schématique d'une face extrême d'un premier rotor selon l'invention avec arrachements partiels pour montrer le rotor en coupe par deux plan perpendiculaires à l'axe, un premier plan de coupe passant entre deux couronnes de l'empilement constituant le circuit magnétique, l'autre plan de coupe passant dans l'épaisseur d'une couronne suivant celle qui touche le premier plan de coupe, une bobine polaire étant enlevée. La figure 2 représente une vue partielle à échelle agrandie du même rotor selon le détail Il de la figure 1, montrant les extrémités de deux bobines polaires. La figure 3 représente une vue en coupe selon un plan radial III-III de la figure 2 du bord d'un pale du même rotor, dans l'axe d'un noyau polaire. La figure 4 représente une vue en coupe par un plan IV-IV de la figure 2 parallèle au plan III-III d'un coin de pale du même rotor. La figure 5 représente une vue de dessus d'un coin de pale du même rotor selon une flèche F de la figure 4. La figure 6 représente une vue partielle en perspective éclatée d'une spire d'une bobine polaire du même rotor. La figure 7 représente une vue analogue à celle de la figure 6, dans le cas d'un deuxième rotor, différent du premier seulement par la disposition des prolongements des lames conductrices constituant les bobines polaires. Chacun des rotors qui vont être décrits constitue par exemple l'inducteur d'une machine synchrone. Il tourne autour d'un axe 2 disposé selon sa longueur et il comporte une jante 4 de forme cylindrique autour de l'axe, et des pales répartis angulairement autour de l'axe Ces pôles forment saillies - radiale sur la face externe de la Jante et s'étendent selon la longueur du rotor Ils constituent avec la jante le circuit magnétique du rotor. Chaque pôle comporte un noyau polaire 6 en saillie sur la jante et un épanouissement 8 polaire à l'extrémité externe du noyau polaire, cet épanouissement débordant angulairement de part et d'autre de ce noyau. Ce dernier présente deux flancs extrêmes 10 disposées sensiblement dans deux plans perpendiculaires à l'axe du rotor, du côté des deux extrémités de celui-ci, respectivement, et deux flances latéraux 12 s'étendant selon la longueur du rotor entre les deux flancs extrêmes et radialement entre la Jante et l'épanouissement polaire. De manière classique la jante 4 est constituée par un empilement selon la longueur du rotor de sections planes constituées chacune par une couronne dont l'axe est celui du rotor, chaque couronne étant constituée de plusieurs segments 16, 18, 22, se succèdant angulairement Les 1 S segments d'une couronne sont décalées angulairement d'un pas polaire par rapport aux segments successifs tels que 24, 26 de la couronne suivante de manière à éviter de constituer des lignes de moindre résistance méca- nique de la jante et de perturber la distribution du flux magnétique Les couronnes successives sont serrées les unes contre les autres par des plaques d'appui 5 appliquées eontre les faces extrêmes du circuit magné- tique par des tirants 23 et 29 qui travercent les couronnes successives parallèlement à l'axe du rotor Ces segments sont constitués chacun par une seule pièce, de t 8 le déeoupée pour former non seulement un segment angulaire d'une section plane de la jante mais aussi une section plane de plusieurs pôles consécutifs incluant les épanouissements polaires, de manière que l'ensemble du circuit magnétique soit formé par l'empilement des couronnes. Ces segments peuvent être appelés "segments à pôles intégrés" Ils portent chacun les sections de trois pôles Ils sont au nombre de quatre dans chaque couronne Ils sont limités angulairement aux flancs des deux pôles extrêmes, de sorte que, au sein de chaque couronne quatre inter- valles libres 6 subsistent entre les extrémités des segments consécu- tifs Ces intervalles constituent des évents permettant le passage radial d'un gaz de refroidissement provenant de l'intérieur de la jante. Le rotor comporte en out Pe des bobines, une bobine telle que 14 étant enroulée autour de chaque noyau polaire entre la jante 4 et la 251671 7 -6- partie débordante de l'épanouissement polaire 8 Les bobines sont calées latéralement par des cales interpolaires 30 qui peuvent être réalisées de manière simple et être extraites longitudinalement; Chaque bobine est constituée par une suocession de spires d'un conducteur électrique, et par des couches isolantes 15 séparant ces spires. Chacune des spires est divisée selon sa longueur de manière connue en plusieurs fractions, G, A, D (voir figure 6) constituées chacune de plusieurs bandes métalliques superposées. Des moyens de serrage 32, 34 appliquent à chaque zone d'extrémité de chaque bande de chaque fraction de spire G une force de serrage per- pendiculaire la surface de la bande pour assurer un bon contact électrique entre les bandes des fractions de spires successives, ces moyens de serrage étant amovibles de manière à permettre de démonter la bobine en extrayant séparément les diverses fractions de spires. Conformément à l'invention, chacune des fractions de spires de la bobine est constituée par des lames métalliques rigides Gi, G 4, Ai, A 4 constituant lesdites bandes et superposées en étages radialement successifs avec leurs largeurs disposées perpendiculairement aux flancs 10, 12 du noyau polaire Chacune de ces lames suit au plus un flanc latéral, un flanc extrême et l'autre flanc latéral du noyau polaire de manière à pouvoir être éloignée de ce noyau par déplacement parallèle à axe 2 du rotor Les étages sont disposés dans le prolongement lea uns des autres d'une fraction de spire à la suivante, et les lignes de séparation entre les extrémités de deux lames situées à un même étage dans deux fractions de spires successives sont décalées d'un étage à l'autre. Les moyens de serrage 32, 34 sont disposés au voisinage des lignes de séparation pour exercer une force de serrage radiale sur la bobine de manière à assurer le contact électrique entre les zones d'extrémité Gl E, A 2 E des lames Gi, A 2 des étages adjacents de chaque spire et à permettre au courant électrique rencontrant une ligne de séparation entre deux lames Gi, Ai d'un étage de passer dans au moins une bande A 2 d'un étage adjacent. De préférence chacune des lames métallique Ai a ses deux extré- mités voisines chacune d'un coin de noyau polaire o se rejoignent un 7 flanc extrême 10 et un flanc latéral 12 de manière à permettre, lorsqu'on veut démonter la bobine, un accès facile aux moyens de serrage 32, 34 disposés au voisinage de ces extrémités. De préférence encore chaque spire est constituée de quatre frac- tions de spires dont trois seulement G, A, D sont représentées, et qui sont disposées chacune selon l'un des quatre côtés d'un rectangle entou- rant le noyau polaire 6 Chaque étage de la spire complète est formé de quatre lames métalliques Gi, Ai, Dl sensiblement rectangulaires qui sont deux lames "latérales" Gi, Dl dont les grands côtés s'étendent longitu- dinalement le long des deux flancs latéraux 12 du noyau polaire et deux lames "extrêmes" Ai dont les grands côtés s'étendent sensiblement cir- conférentiellement le long des deux flancs extrêmes 10 du noyau polaire. Une lame latérale Gi et une lame extrême Ai constituent des lames "concourantes" à chacun des quatre coins du rectangle de la spire, et l'une de ces deux lames concourantes Gi est "prolongée" c'est-à-dire que sa longueur s'étend au-delà du bord du flanc le long duquel elle s'étend pour occuper une "zone de coin" Gl E s'étendant sur la largeur de l'autre lame (Ai) de manière à assurer sensiblement la continuité de la largeur de la couche. Les lames prolongées des étages successifs sont à chaque coin alterna- tivement une lame latérale Gi, G 3 et une lame extrême A 2, A 4 de manière a décaler les lignes de séparation entre lames concourantes Une même lame peut être prolongée à ses deux extrémités comme représenté sur la figure 6, les lames superposées le long d'un flanc du noyau polaire étant alors alternativement une lame courte Ai ou A 3 et une lame longue A 2 ou A 4 Les lames superposées peuvent cependant aussi être prolongées chacune à une seule extrémité alternativement d'un côté et de l'autre, de manière à avoir toutes une même longueur le long d'un flanc du noyau polaire De telles lames Gi' G 4 ', Al' A 4 ', etc sont représentées sur la figure 7. Il serait par ailleurs possible de réaliser chaque étage de chaque spire sous la forme de deux équerres avec seulement deux lignes de séparation à deux coins diagonalement opposés du rectangle de la spire. Les moyens de serrage de la bobine sont constitués par un tirant 32 s'étendant radialement à chaque coin sur toute la hauteur de la bobine en 8 - passant dans des trous percés dans les lames métalliques prolongées (Gi, A 2, G 3, A 4) et dans les couches isolantes 15 dans la zone de coin Ce tirant est pourvu à au moins une de ses extrémités de moyens d'appui réglables 34 pour assurer le serrage radial de la bobine Ces moyens d'appui sont constitués par exemple par des écrous 34 vissés sur le tirant 32, et s'appuyant sur les couches isolantes extrêmes par l'inter- médiaire de rondelles 36 Les tirants sont entourés de gaines isolantes 38 (Figure 4) Ils peuvent être extraits quasi radialement après dévissage des écrous grâce à des évidements 40 creusés dans l'épa- nouissement polaire à chaque coin du noyau polaire Les couches isolantes 15 sont collées sous les lames inférieures Gl, Al, Dl et sur les lames supérieures G 4, A 4, D 4. Les dispositions qui viennent d'être décrites s'appliquent avan- tageusement au cas précédemment décrit ou les pôles sont intégrés à la jante, mais peuvent s'appliquer à d'autre cas. Le mode d'interconnexion des bobines des pôles voisins est repré- senté sur les figures 2 et 3 La spire supérieure de la bobine d'un pôle Pl se raccorde à celle d'un pôle voisin P 2 par un conducteur plat 42 dont le plan est perpendiculaire à l'axe du rotor et qui forme dans ce plan un U dont la base est disposée en regard d'une face d''extrémité de la jante 4 Les spires inférieures de ces deux bobines se raccordent à celles de pôles non représentés situés de part et d'autre des pôles Pl et P 2 par des conducteurs plats 4 de forme analogue mais disposés plus près de la jante Les bases des U sont fixés à la Jante par l'intermédiaire de boulons isolés 46 et de rondelles isolantes de diamètres différents 48 et 50. Le nombre d'étages dans chaque spire est par exemple de 4, chacune des lames métalliques étant constituée de cuivre, épaisse de 2 mm et large de 80 mm, la force de serrage exercée par chaque tirant 32 est par exemple de 33000 N environ. 25167 1 7 -9- REVENDICATIONS 1/ Rotor à pôles saillants pour machine dynamoéleetrique avec bobines démontables sans démontage des pôles, ce rotor tournant autour d'un axe longitudinal ( 2) et comportant une jante magnétique ( 4) de forme eylindrique autour de l'axe, des noyaux polaires magnétiques ( 6) fixés en formant des saillies à hauteur radiale sur la jante et répartis circonférentiellement, chacun de ces noyaux présentant deux flancs longitudinalement extrêmes ( 10) dans deux plans perpendiculaire à l'axe du rotor et deux flancs laté- raux ( 12) s'étendant longitudinalement entre ces deux flanes extrêmes, un épanouissement polaire magnétique ( 8) disposé à l'extrémité radia- lement externe de chaque noyau polaire ( 6) et débordant au moins cireon- férentiellement de ehaque côté de ee noyau, et une bobine ( 14) constituée par un conducteur électrique enroulé autour de chaque noyau polaire entre la Jante et la partie débordante de l'épanouissement polaire, ce conducteur formant une suecession de spires faisant chacune un tour autour du noyau polaire et isolées les unes des autres par des couches isolantes, - chacune de ces spires étant elle même divisée selon sa longueur en plusieurs fractions de spires successives (G, A, D) constituées chacune de plusieurs bandes métalliques superposées (Gi, G 2, G 3, G 4, Ai, A 2, A 3, A 4), cette bobine étant munie de moyens de serr Page ( 32, 34) pour appliquer à chaque zone d'extrémité (G 1 E de enaque bande (G 1) de chaque fraction de spire (G) une force de serrage perpendiculaire la surface de la bande et assurer ainsi un bon eontact éleetrique entre les bandes des fraetions de spires successives, ees menyen de serra e atant amovibles de manière a permettre de démonter la bobine en extrayant séparément les diverses fractions de spires, ee rotor étant caractérisé par le fait que chaeune des fractions de spires de la bobine est constituée par des lames métalliques rigides (Gi, G 4, A 1, A 4) constituant lesdites bandes et superposées en étages radialement successifs avec leurs largeurs disposées perpendiculairement aux flancs ( 10, 12) du noyau polaire, chaeune de ces lames suivant au plus un flanc latéral, un flanc extrême et l'autre flanc latéral du noyau 251671 7 - polaire de manière à pouvoir être éloignée de ce noyau par déplacement parallèle à axe ( 2) du rotor, ces étages étant disposés dans le prolongement les uns des autres d'une fraction de spire à la suivante, les lignes de séparation entre les extrémités de deux lames situées à un même étage dans deux fractions de spires successives étant décalées d'un étage à l'autre, les moyens de serrage ( 32, 34) étant disposés au voisinage des lignes de séparation pour exercer une force de serrage radiale sur la bobine de manière à assurer le contact électrique entre les zones d'extrémité Gi E, A 2 E des lames radîalement successives (G, A) de chaque spire et à permet- tre au courant électrique rencontrant une ligne de séparaton entre deux lames (Gi, Ai) d'un étage de passer dans au moins une bande (A 2) d'un étage adjacent. 2/ Rotor selon la revendication 1, caractérisé par le fait que chacune des lames métallique (Ai) a ses deux extrémités voisines chacune d'un coin de noyau polaire o se rejoignent un flanc extrême ( 10) et un flanc latéral ( 12) de manière à permettre un accès facile aux moyens de serrage ( 32, 34) disposés au voisinage de ces extrémités. 3/ Rotor selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chaque spire est constituée de quatre fractions de spires (G A, D) disposées chacune selon l'un des quatre eftés d'un rectangle entourant le noyau polaire ( 6), chaque étage de la spire complète étant formé de quatre lames métalliques (Gi, Ai, Di) sensiblement rectangulaires qui sont deux lames "latérales" (Gi, Dl) dont les grands côtés s'étendent longitudi- nalement le long des deux flancs latéraux ( 12) du noyau polaire et deux lames "extrêmes" (Ai) dont les grands côtés s'étendent sensiblement cir- conférentiellement le long des deux flancs extrêmes ( 10) du noyau polaire, une lame latérale (Gi) et une lame extrême (Ai) étant des lames "concourantes" à chacun des quatre coins du rectangle de la 3 pire, l'une de ces deux lames concourantes (Gi) étant une lame "prolongée" dont la longueur s'étend au-delà du bord du flanc le long duquel elle s'étend pour occuper une "zone de coin" (Gl E) s'étendant sur la largeur de l'au- tre lame (Ai) de manière à assurer sensiblement la continuité de la largeur de la couche, 25167 1 7 _ 11, _ les lames prolongées des étages successifs étant à chaque coin alter- nativement une lame latérale (Gi, G 3) et une lame extrême (A 2, A 4) de manière à décaler les lignes de séparation entre lames concourantes, les moyens de serrage de la bobine comportant un tirant ( 32) s'étendant radialement à chaque coin sur toute la hauteur de la bobine en passant dans des trous percés dans les lames métalliques prolongées (Gi, A 2, G 3, A 4) et dans les couches isolantes ( 15) dans la zone de coin, ce tirant étant pourvu à au moins une de ses extrémités de moyens d'appui régla- bles ( 34) pour assurer le serrage radial de la bobine. 4/ Rotor selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la jante ( 4), les noyaux ( 6) et les épanouissements polaires ( 8) sont constitués par des segments ( 16, 18, 22, 24, 26) se succédant angulai- rement dans une succession de plans perpendiculaires à l'axe du rotor, ces segments étant découpés dans des t 8 les magnétiques selon un tracé de 1 S découpage qui englobe un secteur angulaire de la jante et le ou les noyaux et épanouissements polaires rattachés à ce secteur angulaire.