Brevet FR2567337A1 — publié le 19860110

La présente invention se rapporte à un rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice. Plus particulièrement, elle se rapporte à un rotor pour unemachine électrique rotative supraconductrice ou les bobines supraconductrices de champ sont fixées au rotor de manière plus fiable. Du fait des vitesses très élevées de rotation d'un rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice, les bobines supraconductrices de champ d'un tel rotor sont soumises à des forces centrifuges très élevées. Comme tout mouvement des bobines de champ peut non seulement avoir pour résultat leur dégradation mais introduire une chaleur de frottement qui peut provoquer une perte de supraconductivité, il est extrêmement important que les bobines soient rigidement fixées au rotor. Les figures 1 à 5 montrent un rotor conventionnel pour une machine électrique rotative supraconductrice du type révélé dans la divulgation du brevet japonais " n0 57-166839, dont la figure 1 est une vue en coupe transversale générale. Comme on peut le voir sur la figure 1, le rotor a un tube cylindrique de couple 1 au milieu duquel est formé un arbre 2 de support de bobines. Le pourtour externe du rotor est défini' par un bouclier amortisseur cylindrique chaud 4, qui est rigidement fixé à chaque extrémité, à un arbre extérieur 8 et à unarbre intérieur 9, l'arbre intérieur 9 étant connecté à une turbine ou charge non illustrée, selon que le rotor est utilisé comme partie d'un générateur ou d'un moteur. Les deux arbres 8 et 9 sont tourillonnés dans des paliers 10. L'arbre intérieur 9 a des bagues collectrices Il qui y sont formées par lesquelles le courant est fourni aux bobines supraconductrices de champ 3 qui sont montées sur l'arbre 2 de support de bobines. Un bouclier amortisseur cylindrique froid 5 est fixé au tube de couple 1 entre l'arbre 2 de support de bobines et le bouclier amortisseur chaud 4. Les boucliers amortisseurs 4 et 5 servent à protéger les bobines supraconductrices de champ 3 du champ magnétique du courant alternatif et servent également à amortir les oscillations à basse fréquence du rotor pendant des perturbations du système électrique auquel le rotor est connecté. Dé l'hélium liquide, dont l'écoulement est indiqué par les flèches, est fourni à la cavité interne de l'arbre de support de bobines et à des échangeurs de chaleur 12qui sont formés dans ou montés sur le tube de couple 1 par une tuyauterie non illustrée. La cavité interne de l'arbre 2 de support de bobines est hermétique- ment scellée par un tube externe 6 fixé au pourtour externe de l'arbre 2 du support de bobines et par des plaques extrêmes fixées aux extrémités de l'arbre 2 de support de bobines de façon que l'hélium liquide introduit dans la cavité ne s'étende pas vers les autres parties du rotor. Des boucliers 13 contre le rayonnement thermique qui protègent les bobines de champ 3 d'un rayonnement latéral sont montés sur le tube de couple 1 aux extrémités de l'arbre 2 de support de bobines. Les parties indiquées par le chiffre de référence 14 sont évacuées. Comme le montre la figure 2, chacune des bobines supraconductrices de champ 3 comprend des parties droites et parallèles 31 qui s'étendent parallèlement à l'axe de l'arbre 2 de support de bobines o elle est montée, des parties arquées 32 forment aux extrémités des parties droites 31 qui s'étendent circonférentiellement sur l'arbre 2 de support de bobines 2 et des coins 33 qui relient les parties droites 31 et les parties arquées 32. Comme le montre la figure 4, qui est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne A-A de la figure 1, l'arbre 2 de support de bobines a un certain nombre de fentes de bobine parallèles et s'étendent longitudinalement 18a qui y sont usinées o sont abritées les parties droites 31 des bobines de champ 3. Les fentes 1Ba des bobines sont séparées les unes des autres par des dents 2a du rotor qui s'étendent radialement vers l'extérieur de l'axe longitudinal de l'arbre 2 de support de bobines. Des cales 15 sont insérL.es dans des gorges formées dans les dents 2a du rotor afin de retenir les parties droites 31 des bobines de champ 3 abritées dans les fentes 18a contre des forces centrifuges. Chacune des bobines 3 est entourée, an son fond et sur ses catés, par un isolement de bobine électrique 19 s'étendant longitudinalement et à son sommet par l'isolement de cale 20. Pour mieux illustrer la structure, la bobine 3 et l'isolement pour la plus à gauche des fentes 18e de la figure 4 ont été omis. Comme le montre la figure_5, il y a, à chaque extrémité de l'arbre 2 de support de bobines, une section d'un diamètre externe réduit, et dans ces sections sont abritées les parties arquées 32 et les coins 33 des bobines supraconductrices de champ 3 dans des fentes larges 18b s'étendant circonférentiellement qui joignent les extrémités des fentes 18a s'étendant axialement. Tandis que chacune des fentes 18a s'étendant axialement abrite la partie droite 31 d'une seule bobine 3, les fentes 18b s'étendant circonférentiellement abritent chacune les parties arquées 32 et les coins 33 d'un certain nombre de bobines de champ 3. La surface inférieure de ces fentes 18b est couverte d'un isolement électrique inférieur ou de fond 21 ou reposent les bobines 3 et les sommets des bobines 3 sont couverts d'un recouvrement cylindrique électriquement isolant 22. Une bague de retenue 16 est ajustée à retrait sur le recouvrement isolant 22 afin de retenir les bobines 3 contre les forces centrifuges. Entre chacune des bobines 3 et entre les bobines 3 et les côtés des fentes 18b est disposée une garniture électriquement isolente 17 qui sert à isoler les bobines 3 les unes des autres et à empêcher leur mouvement latéral. Cependant, la garniture électriquement isolante 17 entre les parties 32 des bobines de champ 3 a un coefficient de dilatation thermique qui est à peu près le doublé de celui de l'arbre 2 de support de bobines ou des bobines de champ 3. Par conséquent, tandis qu'il est possible de fixer rigidement les bobines de champ 3 dans les fentes circonférentielles 18b à des températures normales, lorsque le rotor est refroidi à des températures extrêmement bassespendant le fonctionnement, des espaces se développent entre les parties arquées 32 des bobines de champ 3 et la garniture électriquement isolante 17. Comme la garniture électriquement isolante 17 n'est pas fixée aux fentes 18b dans l'arbre 2 de support de bobines, il est possible que les parties arquées 32 des bobines de champ 3 se déplacent du fait des espaces, produisant une chaleur par frottement qui peut provoquer une perte de supraconductivité. Une autre méthode de fixation des bobines de champ sur un rotor que l'on a utilisée dans le passé consiste à abriter non seulement les parties longitudinales des bobines de champ mais également les parties arquées des bobines dans des fentes individuelles du rotor. Les parties arquées des bobines de champ sont maintenues dans des fentes par des cales, comme le sont les parties longitudinales. Tandis qu'une telle structure permet de maintenir les bobines contre un mouvement, il est impossible d'installer une bobine de champ enroulée au préalable dans les fentes du rotor. Au contraire, les bobines de champ peuvent être enroulées à l'intérieur des fentes, ce qui rend leur installation extrêmement fastidieuse et coOteuse. La présente invention a pour objet un rotor perfectionné pour une machine électrique rotative supraconductrice o les bobines de champ sont fixées de manière fiable au rotor à toutes les températures. La présente invention a pour autre objet un rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice o des bobines de champ enroulées au préalable peuvent être facilement installées dans le rotor. Dans un rotor perfectionné pour une machine électrique rotative supraconductrice selon la présente invention, les parties arquées des bobines supraconductrices de champ sont séparées les unes des autres non pas par une garniture électriquement isolante mais par des organes de retenue qui sont fixés à des fentes circonférentielles dans un arbre de support de bobines par des boulons ou analogues. Des organes de retenue sont de préférence faits du même matériau que l'arbre de support de bobines ou en titane ou un alliage de titane. Les parties arquées des bobines sont retenues contre les forces centrifuges par des bagues de retenue à la manière conventionnelle. Comme les organes de retenue ont un coefficient de dilatation thermique proche de celui de l'arbre de support de bobines, des espaces ne se développent pas autour des bobines de champ à de basses températures et comme les organes de retenue sont rigidement fixés à l'arbre de support de bobines, les bobines de champ sont maintenues contre un mouvement latéral. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention, et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un rotor conventionnel pour une machine électrique rotative supraconductrice du type auquel s'applique la présente invention; - la figure 2 est une vue en perspective d'une bobine supraconductrice de champ du rotor de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective de la partie extrême de l'arbre de support de bobines du rotor de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe transversale du rotor de la figure 1 faite suivant la ligne. A-A; - la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une partie de l'arbre 3 de support de bobines faite suivant la ligne B-B; - la figure 6 est une vue en coupe transversale semblable à la figure 5 montrant la structure d'un arbre de support de bobines d'un rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice selon un mode de réalisation de la présente invention; et - la figure 7 est une vue en perspective de l'un des organes de retenue de la figure 6. Sur les dessins, les mêmes chiffres de référence indiquent des pièces identiques ou correspondantes. Ci-dessous, un mode de réalisation d'un rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice sera décrit en se référant aux figures 6 et 7. La structure générale du rotor est identique à celle illustrée sur la figure 1 et la façon d'abriter les parties droites 31 des bobines de champ 3 est identique à celle illustrée sur les figures 3 et 4 et en conséquence ces parties ne seront pas plus amplement décrites. Comme le montre la figure 6, qui est une vue en coupe transversale de la partie extrême d'un arbre de support de bobines2 d'un rotor selon la présente invention, les parties arquées 32 et les coins 33 des bobines de champ 3 sont abrités dans des fentes 67337 circonférentielles 18b et sont retenus contre les forces centrifuges par une bague de retenue 16 qui est ajustée à retrait sur l'extrémité de l'arbre 2 de support de bobines. Chacune des fentes 18b s'étendant circonfÉrentelllesment abrite les parties arquées 32 et les coins 33 d'un certain nombre de bobines de champ 3. Les sommets des bobines 3 sont couverts d'un recouvrement électriquement isolant 22 comme sur la figure 5. Cependant, dans le présent mode de réalisation, les fonds et les cotés des bobines 3 sont isolés par un isolement de bobine 25 comme l'isolement de bobine qui est utilisé pour isoler les parties droites 31 des bobines 3 et au lieu de la garniture électriquement isolante 17, des organes de retenue 23 fixés à la surface inférieure des fentes circonférentielles 18b sont utilisés pour retenir les parties arquées 32 et les coins 33 de bobines adjacentes 3 contre des forces latérales. Les organes de retenue 23 sont disposés entre des bobines adjacentes 3 et entre les bobines 3 et les côtés des fentes 18bo La figure 7 est une vue en perspective de l'un des organes de retenue 23 de la figure 6. Chaque organe de retenue 23 a des - surfaces supérieure et inférieure arquées-pour se conformer à la forme de fentes circonférentielles 18b et de la surface interne du recouvrement isolant 22 et il a un ou plusieurs logements fraisés pour boulon 23 qui y sont formés par o passent des boulons 24 qui sont vissés dans des trous formés dans la surface inférieure des fentes 18ba. Les dimensions des organes de retenue 23 sont choisies de façon qu'ils remplissent complètement les espaces entre des bobines adjacentes de champ 3 et empêchent ainsi leur mouvement latéral. Il est souhaitable que les organes de retenue 23 soient du même matériau que l'arbre 2 de support de bobines t ou en un matériau ayant un coefficient semblable de dilatation thermique de façon que les taux de contraction thermique soient les mêmes pour les deux et que des espaces ne se développent pas entre les organes de retenue 23 et les bobines 3. Du titane ou des alliages de titane sont des matériaux particulièrement adaptés pour les organes de retenue 23 car ils ont un très faible coefficient de dilatation thermique. Les bobines supraconductrices de champ 3 peuvent être abritées dans l'arbre 2 de support de bobine à la manière conventionnelle. En effet, les parties droites 31 des bobines 3 sont insérées dans les fentes axiales 18a et ensuite les parties arquées 32 et les coins 33 des bobines 3 sont insérés dans les fentes circonférentiel- les 18b. Les cales 15 sont alors disposées dans les gorges des dents 2a adjacentes aux parties droites 31, et les organes de retenue 23 sont insérés entre les bobines 3 et boulonnés à l'arbre 2 de support de bobines, et ensuite les bagues de retenue 16 sont ajustées à retrait sur les extrémités de l'arbre 2 de support de bobines. La largeur de chacune des fentes circonférentielles 18b est bien plus importante que la largeur des bobines qui sont abritées et en conséquence une bobine enroulée au préalable 3 peut facilement être insérée. Comme les organes de retenue sont faits en un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique qui est le même ou qui est proche de celui de l'arbre 2 de support de bobines ou bien sont faits en un matériau comme du titane qui a un très faible coefficient de dilatation thermique, des espaces ne se développent pas entre les organes de retenue 23 et les bobines même à de très basses tempéra- tures. Par ailleurs, même si de très petits espaces se développent autour des bobines 3, comme les organes de retenue 23 sont rigidement maintenus en place, des petits espaces ne peuvent s'accumuler pour former de plus grands espaces par le mouvement des organes de retenue 23 et des bobines 3. En conséquence, les bobines 3 sont retenues contre un mouvement, et comme le mouvement des bobines 3 n'est pas possible, la chaleur de frottement qui peut provoquer une perte de supraconductivité ne peut être produite. R EV E N D I C A T I 0 N S 1. Rotor pour une machine électrique non rotative supraconductrice caractérisé en ce qu'il comprend: un certain nombre de bobines supraconductrices de champ (3)dont chacune a des parties droites (31), des parties arquées (32) aux extrémités des parties droites, et des coins (33) reliant lesdites parties droites et lesdites parties arquées; un arbre (2) de support de bobines dans lequel sont formées des fentes droites longitudinales (18a) de bobine et un certain nombre de fentes circonférentielles (18b) de bobine qui sont connectées aux extrémités desdites fentes droites, chacune desdites fentes droites recevant une partie droite de l'une desdites bobines de champ et chacune desdites fentes circonférentielles recevant les 1.5 parties arquées et les coins d'un certain nombre desdites bobines de champ; un certain nombre-de cales (15) qui s'adaptent dans des gorges formées dans ledit arbre de support de bobines à proximité desdites fentes droites de bobine, lesdites cales s'adaptant sur les parties droites 'desdites bobines de champ afin de retenir les parties droites desdites bobines de champ contre des forces centrifuges; une bague de retenue (16) qui est ajustée à retrait sur ledit arbre de support de bobines sur lesdites fentes s'étendant circonférentiellement afin de retenir les parties arquées et les coins desdites bobines de champ contre des forces centrifuges; et des organes de retenue (23) qui sont disposés dans lesdites fentes circonférentielles à proximité des parties arquéeset des coins desdites bobines de champ, qui sont rigidement fixés aux surfaces inférieures desdites fentes s'étendant circonférentiellement et qui remplissent complètement les espaces entre des bobines adjacentes de champ et entre lesdites bobines de champ et les côtes desdites fentes s'étendant circonférentielle- ment afin de retenir les parties arquées et les coins desdites bobines de champ contre un mouvement. 2. Rotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que les organes précités de retenue sont faits du même matériau que l'arbre précité de support de bobines. 3. Rotor selon la revendication 1 caractérisé en ce que les organes précités de retenue sont en titane. 4. Rotor selon la revendication i caractérisé en ce que les organes précitsés de retenue sont en alliage de titane. 5. Rotor selon la revendication 1-caractérisé en ce que les organes précités de retenue sont fixés aux fentes circonférentielles précitées par des boulons (24).