Brevet FR2594511A1 — publié le 19870821

-1- Amortisseur de vibrations d'une ligne d'arbre La présente invention concerne un amortisseur de vibrations d'une ligne d'arbre. De telles vibrations se produisent soit au passa- ge des vitesses de rotation critiques, soit de manière permanente lorsque la ligne d'arbre est mal équilibrée. On a déjà proposé d'amortir les vibrations d'une ligne d'arbre à l'aide de paliers magnétiques, comportant des électro-aimants que l'on excite à travers un système de régulation en fonction du décentrement de l'arbre, enregistré par des capteurs. Un tel système de régulation est relativement complexe et induit des pertes magnétiques importantes dans l'arbre en régime permanent, à moins que l'on ne recoure à un rotor feuilleté, plus coûteux. La présente invention a pour but de procurer un amortisseur de vibrations d'une ligne d'arbre qui soit de structure relativement sim- ple et qui puisse fonctionner en régime permanent sans induire des pertes magnétiques importantes dans la ligne d'arbre. L'amortisseur de vibrations selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte - un stator comprenant une couronne, des dents ferromagnétiques et des encoches, dont chacune contient deux barres isolées, l'enroulement des spires étant à pas diamètral et les spires étant toutes indépendan- tes, ledit stator étant à une très faible distance de la ligne d'arbre, un excitateur asservi à la vitesse de rotation de l'arbre, dont le stator alimente chaque phase du stator de l'amortisseur en courant alternatif sinusoïdal, - un régulateur ne laissant passer le courant dans chaque phase des spires du stator que pendant un quart de période, avec un angle d'enclenchement identique pour toutes les phases et tel que la pres- sion magnétique exercée sur l'arbre repousse son axe de rotation vers son axe géométrique. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéris- tiques suivantes: - Le stator de l'excitateur comporte autant d'encoches que le stator de l'amortisseur, mais une seule barre par encoche, et l'inducteur de cet -2- excitateur est un inducteur tournant quadripolaire. - Les barres d'un même plan de son stator sont reliées entre elles, ainsi que les barres à une extrémité de l'excitateur, et les deux cercles de court-circuit ainsi formés sont reliés par un conducteur. - La section droite du conducteur reliant les deux cercles de courtcircuit est suffisamment grande pour le passage du courant correspondant à un angle d'enclenchement nul. L'amortisseur de vibrations selon l'invention met à profit la pression électromagnétique qui prend naissance à la surface d'un maté- riau magnétique placé dans un champ magnétique. Lorsque ce matériau n'est pas saturé, l'induction et la pression sont normales à sa surface, la pression étant proportionnelle au carré de l'induction. Dans une machine synchrone habituelle, l'effort exercé sur le rotor est symétrique par rapport à l'axe, de sorte que l'effort résultant est nul. Dans l'amortisseur de vibrations de l'invention, on introduit une forte dissymétrie du champ magnétique, de façon à concentrer les lignes de flux sur une portion de la périphérie du rotor, et à engen- drer ainsi une force radiale dans l'axe de symétrie du flux. La dissymétrie du champ magnétique est obtenue par le bobinage particulier du stator défini ci-dessus, qui comporte autant de phases que d'encoches par pôle, couplé au régulateur agissant entre l'excitateur et l'amortisseur de vibration. Il est décrit ci-après, à titre d'exemple et en référence aux figures du dessin annexé, un amortisseur électromagnétique de vibra- tions d'une ligne d'arbre selon l'invention. La figure 1 représente un schéma de bobinage développé de l'amortisseur de vibrations et ses liaisons avec le bobinage de l'ex- citateur par l'intermédiaire du régulateur. La figure 2 représente schématiquement la répartition du courant dans le stator à un instant donné. La figure 3 représente en section droite la répartition des lignes de flux magnétique dans la ligne d'arbre et le stator. Dans le schéma de bobinage de la figure 1, les enroulements du stator de l'amortisseur et de l'excitateur sont représentés développés. L'enroulement 1 du stator de l'amortisseur est à pas dia- - 3- métral, les spires étant toutes indépendantes. L'enroulement comporte donc autant de phases que d'encoches par pôle, les connections avec le régulateur des barres d'encoche 1A, lB et nA, nB ayant seules été représentées pour plus de clarté. Le stator 2 de l'excitateur alimente à travers le régulateur 3 chaque phase du stator de l'amortisseur en courant alternatif sinusoïdal, de sorte que la répartition spatiale du courant dans les barres de ce dernier stator soit également sinusoïdale. Les courants dans les barres sont déphasés d'anglesc, 2 ", ----, n c. L'excitateur comprend le stator 2 représenté développé, compor- tant autant d'encoches que celui du stator de l'amortisseur, avec une seule barre par encoche. Les barres de deux p8les de même nom sont couplées deux à deux (1C avec 1D,,------- nC avec nD). Il circule dans chacune des barres la moitié du courant total qui parvient au régula- teur. Il comprend en outre un inducteur tournant quadripolaire (non représenté) analogue à celui d'un alternateur normal monté sur la ligne d'arbre. Son fonctionnement est semblable à celui d'un alternateur à 4 p8les dont le stator comporterait autant de phases que d'encoches par pôle. Le couplage des barres de pôles de même nom deux à deux permet d'équilibrer le rotor de l'excitateur. La répartition du flux y est donc symétrique, et l'effort résultant sur ce rotor est nul. Du fait du montage du rotor de l'excitateur sur la ligne d'arbre, ce dernier est asservi à la rotation de l'arbre. Le champ dans l'amor- tisseur de vibrations tourne donc en synchronisme avec le rotor. Les pertes induites par courants de Foucault sont de ce fait restreintes à celles dues aux harmoniques de la denture du stator. Le régulateur se compose d'une série de thyristors décalés ou de transistors, dont seuls quatre 11, 12, 13, 14 ont été représentés. Ceux-ci, comme indiqué ci-dessus, laissent passer le courant dans les barres du stator de l'amortisseur pendant un quart de période, leur angle d'enclenchement commun étant réglable. Le réglage de cet angle permet de déphaser spatialement la force afin de l'opposer convenablement à la vibration. L'effort maximum sur l'arbre est obtenu pour un angle d'enclenchement nul, et l'effort minimum, sensiblement égal à 70% du maximum, pour un angle de 45 . -4- Pour assurer le retour du courant, 'toutes les barres à une extré- mité de l'excitateur sont mises en court-circuit (cercle de court-circuit 15), et les barres d'un même plan du stator de l'amor- tisseur sont reliées entre elles (cercle de court-circuit 16). Les deux cercles de court-circuit sont connectés par un conducteur 17 di- mensionné pour le courant maximum qui serait susceptible de le traver- ser (dans le cas d'un angle d'enclenchement nul). La figure 2 représente la répartition du courant à un instant donné dans le stator 4, entourant la ligne d'arbre 5. La barre 6 du quadrant 7, dans laquelle le courant circule du bas vers le haut par rapport au plan de la figure, est reliée par le conducteur 8 à une barre 9 du quadrant adjacent 10, o le courant circule du haut vers le bas par rapport au plan de la figure. La régulation ne laisse passer le courant dans chaque phase que pendant un quart de la période. La figure 3 représente les lignes de force de l'inducteur magné- tique dans le stator 4 et la ligne d'arbre 5, séparées par un entrefer (1 à 2 mm) aussi faible que possible, afin de limiter la consommation d'ampères-tours et par suite l'intensité du courant inducteur. Le stator comporte les encoches 18 séparées par les dents 19. Il est entouré par la carcasse 20. On voit la répartition dissymétrique des lignes de force, tendant du c8té o les lignes de force sont plus concentrées à exercer une pression magnétique radiale centrifuge. L'arbre est attiré par le stator dans la zone de concentra- tion des lignes de flux. REVENDICATIONS 1/ Amortisseur de vibrations d'une ligne d'arbre (18, fig.3), caracté- risé en ce qu'il comporte - un stator (4) comprenant une couronne, des dents ferromagnéti- ques (7) et des encoches (8), dont chacune contient deux barres isolées, l'enroulement des spires étant à pas diamètral et les spires étant toutes indépendantes, ledit stator étant à une très faible distance de la ligne d'arbre, - un excitateur asservi à la vitesse de rotation de l'arbre, dont le stator (2,fig.1) alimente chaque phase du stator de l'amortisseur en courant alternatif sinusoïdal, - un régulateur (3) ne laissant passer le courant dans chaque phase des spires du stator que pendant un quart de période, avec un angle d'en- clenchement identique pour toutes les phases et tel que la pression magnétique exercée sur l'arbre repousse son axe de rotation vers son axe géométrique. 2/ Amortisseur de vibrations selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (2) de l'excitateur comporte autant d'encoches que le stator (1) de l'amortisseur, mais une seule barre par encoche, et en ce que l'inducteur de cet excitateur est un inducteur tournant quadripo- laire. 3/ Amortisseur de vibrations selon les revendications 1 ou 2, caracté- risé en ce que les barres d'un même plan de son stator (1) sont reliées entre elles (16), ainsi que les barres à une extrémité de l'excitateur (15), et en ce que les deux cercles de court-circuit ainsi formés sont reliés par un conducteur (17). 4/ Amortisseur de vibrations selon la revendication 3, caractérisé en ce que la section droite du conducteur (17) reliant les deux cercles de court-circuit est suffisamment grande pour le passage du courant cor- respondant à un angle d'enclenchement nul.