Brevet FR2589643A1 — publié le 19870507

La présente invention se rapporte à un rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice, et en particulier à un rotor dans lequel les bobinages de l'enroulement du rotor sont retenus de manière fiable contre des forces circonférentielles. Dans une machine électrique rotative supra- conductrice, l'enroulement du rotor est soumis à des forces très importantes en direction circonférentielle pendant le fonctionnement. Il est essentiel que les bobi- nages de l'enroulement soient empêchés de se déplacer sous l'influence de ces forces, car la chaleur du frottement produit par tout mouvement peut être suffisante pour provoquer une perte de supraconductivité. La méthode conventionnelle pour retenir les bobinages d'un enroulement de rotor contre un mouvement consiste à insérer un certain type d'organe rigide de retenue, qui s'étend sur la totalité ou une partie consi- dérable de la profondeur de chaque bobinage, entre les côtés du bobinage et les côtés de la fente o est abrité le bobinage. Par exemple, la divulgation de la demande de brevet au Japon NI 57-166838 révèle un rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice o les bobi- nages du rotor sont retenus par une paire d'organes de retenue comme des cales qui sont insérées entre un côté d'un bobinage et un côté de la fente o le bobinage est abrité, les organes de retenue s'étendant sur toute la profondeur du bobinage. L'un des organes de retenue sert à protéger les côtés du bobinage tandis que l'autre organe de retenue est inséré dans la fente. Ces organes de retenue peuvent efficacement retenir tout le bobinage, mais ils ne sont pas totalement satisfaisants. En effet, si un bobinage n'est pas uniformément enroulé par rapport à toutes ses couches, une ou plusieurs couches du bobinage peut avoir la possibilité de se déplacer à l'intérieur de la fente, même si le bobinage dans son ensemble est solidement retenu. Si cette couche ou ces couches se déplacent pendant le fonctionnement du rotor, il peut 2 Z589643 s'ensuivre une perte de supraconductivité du fait de la chaleur par friction produite par ce mouvement. La présente invention a pour objet un rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice dont l'enroulement du rotor peut être retenu en toute fiabilité contre des forces circonférentielles, même s'il y a une non uniformité parmi les couches d'un bobinage de l'enrou- lement. La présente invention a pour autre objet un rotor o l'enroulement peut être facilement installé. Un rotor selon la présente invention a un arbre cylindrique de support de bobinages o sont formées des fentes longitudinales pour recevoir les bobinages du rotor. Chaque bobinage est retenu contre des forces circonféren- tielles par un certain nombre d'organes de retenue qui sont insérés entre un côté d'une fente et le côté du bobinage qui y est abrité. Les organes de retenue sont disposés les uns sur les autres sur la profondeur du bobinage, en couches correspondant au nombre des couches du bobinage. De préférence, un certain nombre d'organes longitudinalement alignés de retenue sont utilisés pour chaque couche du bobinage. Les organes de retenue peuvent comprendre des blocs prismatiques rectangulaires ou cales ou coins. Les organes de retenue sont de préférence faits en un matériau électriquement isolant. Les organes de retenue des couches du bobinage peuvent être espacés les uns des autres en direction longitudinale avec des garni- tures insérées dans les espaces entre eux. 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 plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier mode de r-alisatîon d'un rotor pour une 3 2589643 machine électrique rotative supraconductrice selon la présente invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne IIII de la figure 1, d'une partie de l'arbre porteur de bobinages du rotor de la figure 1; - la figure 3 est une vue en perspective d'un bobinage de rotor à utiliser dans le rotor de la figure 1; - la figure 4 est une vue en coupe transversale agrandie d'une partie d'un arbre de support de bobinages de la figure 2, montrant l'intérieur d'une fente pour un bobinage; - la figure 5 est une vue extrême de l'arbre de la figure 2, montrant le mode d'installation d'un bobinage telle que celui de la figure 3, dans les fentes de l'arbre; - la figure 6 est une vue en perspective d'une couche d'un bobinage d'un rotor selon la présente invention avec les organes de retenue de cette couche contre un mouvement en direction circonférentielle; - la figure 7 est une vue en coupe transversale semblable à la figure 4, montrant une partie d'un second mode de réalisation de la présente invention; - la figure 8 est une vue en perspective semblable à la figure 6, montrant une couche d'un bobinage selon le mode de réalisation de la figure 7; - la figure 9 est une vue en coupe transversale d'une partie d'un troisième mode de réalisation de la présente invention; - la figure 10 est une vue en perspective d'une - couche d'un bobinage selon le mode de réalisation de la figure 9; - la figure 11 est une vue en coupe transversale d'une partie d'un quatrième mode de réalisation de la présente invention; et - la figure 12 est une vue en perspective d'une couche d'un bobinage selon le mode de réalisation de la figure 11. -4 2589643 Sur tous les dessins, les mêmes chiffres de réfé- rence indiquent des pièces identiques ou correspondantes. Ci-dessous, on décrira un certain nombre de modes de réalisation préférés d'un rotor selon la présente invention, en se référant aux dessins joints. Comme le montre la figure 1, qui est une vue en coupe longitudinale d'un rotor selon la présente invention, le rotor a deux tubes cylindriques de couple I qui sont rigidement fixés aux extrémités opposées d'un arbre creux et cylindrique 2 de support de bobinages ayant un certain nombre de fentes longitudinales dans lesquelles sont montés les bobinages 3 d'un enroulement de champ supra- conducteur. Le tube de couple droit i sur la figure est rigidement fixé à un premier bout d'arbre 8 qui est connecté de manière motrice à une source d'entraînement ou à une charge, selon que le rotor est utilisé comme faisant partie d'un générateur ou d'un moteur, et le tube de couple gauche 1 est rigidement fixé à un second bout d'arbre 9. Le premier bout d'arbre 8 et le second bout d'arbre 9 sont supportés rotatifs par des paliers 10. Le second bout d'arbre 9 a un certain nombre de bagues collectrices 11 qui y sont montées et à travers lesquelles le courant de champ est fourni à l'enroulement de champ. L'arbre 2 de support de bobinages est entouré d'un blindage amortisseur chaud 4 dont les extrémités opposées sont fixées au premier bout d'arbre 8 et au second bout d'arbre 9. Le blindage amortisseur chaud 4 est à la température ambiante. Un blindage amortisseur froid cylin- drique 5 est disposé entre le blindage amortisseur chaud et l'arbre 2 en laissant un espace longitudinal entre eux. Le blindage amortisseur chaud 4 et le blindage amortisseur froid 5 servent à protéger l'enroulement de champ des champs magnétiques haute fréquence et à diminuer les oscillations du rotor du fait de perturbations du réseau de courant électrique auquel le rotor est connecté, De plus, le blindage amortisseur chaud 4 forme un joint à vide entre l'intérieur et l'extérieur du rotor,tandis que 2589643 le blindage amortisseur froid 5 sert également de blindage contre le rayonnement pour la partie intérieure de l'arbre 2. L'arbre 2 est entouré d'un tube externe d'hélium 6 qui lui est fixé en laissant un espace entre la surface externe du tube externe 6 et la surface interne du blindage amortisseur froid 5. Les extrémités de l'arbre 2 sont scellées par des plaques extrêmes 7 et la cavité centrale 15 de l'arbre 2 est remplie d'hélium liquide. Des échangeurs de chaleur 12 sont soit montés sur ou font partie des tubes de couple 1. A chaque extrémité de l'arbre 2 sont prévus des blindages latéraux de rayon- nement 13 qui protègent l'enroulement de champ d'un rayonnement provenant des côtés. Un vide est maintenu dans les espaces 14 entre le blindage amortisseur chaud 4 et le blindage amortisseur froid 5, entre le blindage amortis- seur froid 5 et le tube externe d'hélium 6 et entre le tube externe d'hélium 6 et l'arbre 2. De l'hélium liquide est introduit, d'un système non illustré d'alimentation en hélium liquide,vers la cavité centrale 15 de l'arbre 2 par des tubes non illustrés qui traversent le second bout d'arbre 9. L'hélium liquide refroidit les bobinages 3 du rotor supraconducteur jus- qu'à des températures cryogéniques auxquelles leur résistance électrique devient nulle. La direction d'écoule- ment de l'hélium liquide à travers le rotor est indiquée par les flèches. La figure 2 est une vue en section transversale faite suivant la ligne IIII de la figure 1, illustrant la structure de l'arbre 2 en plus de détail. L'arbre 2 a un certain nombre de fentes longitudinales 16 qui sont formées dans sa surface externe et qui sont symétriques par rapport à l'axe de l'arbre 2. Chaque bobinage 3 est abrité dans une paire de ces fentes 16 se trouvant sur des côtés opposés de l'axe. Les côtés et la surface inférieure de chaque fente 16 sont enduits d'un isolement électrique 17 et le bobinage 3 s'adapte à l'intérieur de l'isolement 17. La surface supérieure de chaque bobinage 3 est couverte d'une garniture supérieure 19 et le bobinage 3 est retenu contre des forces radiales par une cale 18 qui est ajustée à pression dans la partie supérieure de la fente 16. Avant insertion dans les fentes 16 dans l'arbre 2, chaque bobinage 3 est enroulé par une machine spéciale d'enroulement. La figure 3 illustre un tel bobinage pré- enroulé 3. Il a deux parties parallèles longitudinales qui sont connectées l'une à l'autre par deux parties parallèles circonférentielles. Les parties longitudinales sont abri- tées dans les fentes longitudinales 16 illustrées sur la figure 2 tandis que les parties circonférentielles sont abritées dans des fentes circonférentielles non illustrées qui relient les extrémités des fentes longitudinales 16. Chaque bobinage 3 se compose d'un certain nombre de couches 31. La figure 4 est une vue en section transversale plus détaillée d'une partie de l'arbre 2 de la figure 2, montrant l'intérieur de l'une des fentes 16 o l'une des parties longitudinales d'un bobinage 3 est disposée. D'un côté de la fente 16, entre l'isolement électrique 17 e lie bubinage 3,sont prévus un certain nombre d'organes de retenue 20 pour retenir le bobinage 3 contre des forces en direction circonférentielle. Les organes de retenue 20 sont empilés les uns sur les autres sur toute la profondeur du bobinage 3 par couches correspondant au nombre de couches 31 du bobinage 3. Les organes de retenue 20 comprennent des blocs prismatiques rectangulaires en un matériau rigide. Afin d'empêcher les organes de retenue 20 de mettre le bobinage 3 en court-circuit, il sont de préférence faits en un matériau électriquement isolant tel qu'un feuilletage de verre époxy traditionnellement utilisé. La figure 5 illustre l'installation d'un bobinage préenroulé 3,tel que celui montré sur la figure 3,dans l'arbre 2. L'une des parties longitudinales d'un bobinage 3 est insérée dans une première fente 16 du côté droit de la 7 2589643 figure et l'autre côté du bobinage 3 est alors inséré à raison d'une couche à la fois dans une seconde fente 16 du côté gauche de la figure. Tandis que chaque couche 31 du bobinage 3 est disposée dans les fentes 16, des organes de retenue 20 sont enfoncés par un marteau dans les espaces entre les côtés externes de la couche 31 qui vient d'être insérée et l'isolement électrique 17 couvrant les parois des fentes 16. Lorsqu'il est inséré, chaque organe de retenue 20 exerce une force de compression du côté de la couche 31, l'empêchant de se déplacer en direction circonférentielle. Comme chaque couche 31 du bobinage 3 est indivi- duellement retenue par des organes correspondants de retenue 20 indépendamment des couches adjacentes 31, une non uniformité parmi les couches 31 d'un bobinage 3 n'a pas d'importance et chaque couche 31 peut être empêchée en toute fiabilité de se déplacer en direction circonfé- rentielle. Par conséquent, pendant le fonctionnement d'une machine électrique rotative supraconductrice employant un rotor selon la présente invention, il n'y a pas de danger que les bobinages 3 se déplacent du fait des forces circonférentielles et produisent une chaleur par frottement qui pourrait provoquer une perte de supraconductivité. Par ailleurs, comme les organes de retenue 20 s'étendent uniquement sur la hauteur d'une seule couche 31 du bobinage 3, la force requise pour insérer un organe de retenue 20 est faible et ils peuvent être facilement insérés. La possibilité d'endommager le bobinage 3 lors de l'insertion des organes de retenue 20 est également réduite. Il est possible que chaque organe de retenue 20 s'étende sur toute la longueur d'une fente 16 mais de préférence on utilise, pour chaque couche, un certain nombre d'organes plus courts et longitudinalement alignés de retenue 20. Une telle structure est illustrée sur la figure 6 qui est une vue en perspective d'une seule couche 31 d'un bobinage 3 et des organes de retenue 20 de cette 8 2589643 couche 31. De courts organes de retenue 20 présentent l'avantage de pouvoir être facilement installés dans les fentes 16. La figure 7 est une vue en coupe transversale d'une partie d'un second mode de réalisation d'un rotor selon la présente invention. Comme dans le mode de réali- sation précédent, un certain nombre d'organes de retenue 21, en un nombre égal au nombre des couches 31 d'un bobinage, sont prévus entre un côté du bobinage 3 et l'isolement électrique 17 le long d'un côté d'une fente 16. Dans ce second mode de réalisation, chacun des organes de retenue 21 se compose de deux cales. De préférence, les organes de retenue 21 sont faits en un matériau électrique- ment isolant tel qu'un laminage époxy-verre afin d'empêcher la mise en court-circuit du bobinage 3. Le mode d'instal- lation est semblable à celui illustré sur la figure 5, les organes de retenue 21 étant insérés à raison d'une couche à la fois sur la profondeur du bobinage 3. La structure de ce mode de réalisation est autrement identique à celle du premier mode de réalisation. Comme le montre la figure 8, qui est une vue en perspective d'une couche du bobinage 3 de la figure 7, les organes de retenue 21 sont de préférence subdivisés en direction longitudinale en un certain nombre de courts segments de manière qu'ils puissent être facilement insérés dans les fentes 16. Ce mode de réalisation offre les mêmes effets que le premier mode de réalisation. Comme la force requise pour insérer les organes de retenue 21 est faible, les risques d'endommager le bobinage 3 pendant l'insertion sont faibles, et il est également possible à chaque organe de retenue 21 de ne comprendre qu'une seule cale au lieu de deux. Les figures 9 et 10 illustrent un troisième mode de réalisation d'un rotor selon la présente invention. La structure totale de ce mode de réalisation est la même que celle pour le premier mode de réalisation et,comme dans ce mode de réalisation, les organes de retenue 20 du 9 2589643 bobinage 3 du rotor se composent de blocs rectangulaires et prismatiques en un matériau rigide et électriquement isolant. Cependant, dans ce mode de réalisation, les organes de retenue 20 pour une seule couche 31 du bobinage 3 sont disposés avec des espaces entre eux en direction longitudinale et des garnitures 22 sont insérées dans les espaces afin de les remplir complètement. Les garnitures 22 sont de préférence faites en un matériau qui est flexible au moment de l'installation et devient plus rigide avec l'écoulement du temps. Un matériau approprié pour les garnitures 22 est formé de morceaux de feutre imprégné d'une résine. Le mode d'installation d'un bobinage 3 dans un rotor selon ce mode de réalisation est semblable à celui du premier mode de réalisation. Un bobinage préenroulé 3 est inséré dans une paire de fentes 16 dans l'arbre 2 à raison d'une couche à la fois, et lorsque chaque couche est insérée, les organes de retenue 20 sont enfoncés dans la fente 16 entre un côté de la couche 31 et l'isolement électrique 17 couvrant la fente 16, avec des espaces laissés entre les organes de retenue 20 en direction longitudinale. Les garnitures 22 sont alors insérées dans les espaces entre les organes de retenue 20. Ce mode de réalisation produit les mêmes effets que les deux modes de réalisation qui précèdent. Les figures 11 et 12 illustrent un quatrième mode de réalisation de la présente invention qui a la même structure de base que le troisième mode de réalisation mais qui diffère par le fait que chaque organe de retenue 21 se compose de deux cales. Des espaces sont laissés entre les organes de retenue 21 en direction longitudinale, et des garnitures 22 sont insérées dans les espaces. Lors de l'installation d'un bobinage 3 dans les fentes 16 d'un arbre 2 d'un rotor selon ce mode de réalisation, les couches 31 d'un bobinage préenroulé 3 sont insérées dans une paire de fentes 16 à raison d'une à la fois, et après avoir inséré une couche, les cales pour retenir cette couche sont enfoncées dans la fente 16 et les garnitures 22 sont alors insérées dans les espaces longitudinaux entre les organes de retenue 21. Ce mode de réalisation produit les mêmes effets que les modes de réalisation précédents. Bien que chacun des organes de retenue 21 soit illustré comme comprenant deux cales, comme la force requise pour l'insertion est faible, il est possible à un organe de retenue 21 de ne comprendre qu'une seule cale. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Rotor pour une machine électrique rotative supraconductrice, caractérisé en ce qu'il comprend: un arbre cylindrique (2) de support de bobinages ayant un certain nombre de fentes longitudinales (16) qui y sont formées pour des bobinages; un certain nombre de bobinages (3) de rotor, chacun ayant un certain nombre de couches (31) et deux parties parallèles s'étendant longitudinalement, chacune desdites parties s'étendant longitudinalement étant disposée dans l'une desdites fentes; et un certain nombre d'organes de retenue (20) qui sont ajustés à pression dans chaque fente en direction longitudinale de ladite fente entre un côté de la fente et le côté du bobinage qui y est disposé, lesdits organes de retenue étant disposés les uns sur les autres sur la profondeur du bobinage, en couches correspondant au nombre de couches du bobinage. 2.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce chaque couche des organes de retenue comprend un certain nombre d'organes de retenue (21) qui sont alignés en direction longitudinale de l'arbre (2). 3.- Rotor selon la revendication 2, caractérisé en ce que des espaces sont prévus en direction longitudinale entre les organes de retenue de chaque couche et le rotor comprend de plus des garnitures (22) qui sont insérées dans lesdits espaces. 4.- Rotor selon la revendication 3, caractérisé en ce que les garnitures (22) se composent d'une matière qui est flexible au moment de l'installation et qui durcit avec le temps. 5.- Rotor selon la revendication 4, caractérisé en ce que les garnitures (22) sont faites en feutre imprégné de résine. 6.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque organe de retenue comprend un bloc prismatique (21) en un matériau rigide. 7.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque organe de retenue comprend au moins une cale (21). 8.- Rotor selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque organe de retenue comprend un matériau électriquement isolant (21).