Brevet FR2719423A1 — publié le 19951103

L'invention concerne une machine électrique synchrone du type à pôles lisses et à entrefer constant, comportant un rotor dans lequel les bobines sont logées dans des encoches s'étendant à partir de la périphérie du rotor et qui est pourvu d'un dispositif de canaux axiaux et radiaux de ventilation. Dans des machines synchrones de ce type, qui sont connues, les encoches s'étendent radialement dans le rotor. Cette solution présente l'avantage de permettre la réalisation d'un dispositif de ventilation comportant des canaux axiaux et radiaux. Aussi bien le rotor que le stator peuvent être munis d'un tel dispositif. L'air de refroidissement dans ces canaux de ventilation est en contact direct avec la source de chaleur constituée par les bobinages rotor et stator. Mais, ce dispositif de ventilation, même s'il apparaît efficace, présente les inconvénients majeurs de provoquer des pertes de charge importantes à l'entrée du rotor, ce qui réduit notablement le débit d'air, et d'exiger des ampèretours de réaction d'induit importants, ce qui a pour conséquence la nécessité d'augmenter l'entrefer, pour conserver une valeur acceptable du coefficient du court- circuit. De l'importance des ampèretours de réaction d'induit, combinée avec l'augmentation de l'entrefer résulte une augmentation notable de la puissance d'excitation et ce malgré l'avantage de l'égalité des réactances synchrones transversale et longitudinale. La présente invention a pour but de proposer une machine synchrone qui ne présente pas les inconvénients sus- mentionnés des machines connues et permet de diminuer les pertes de charge à l'entrée du rotor, la valeur des ampèretours de réaction d'induit et la puissance d'excitation. Pour atteindre ce but, la machine synchrone selon l'invention est caractérisée en ce que les encoches d'un pas polaire sont orientées parallèlement à l'axe du pôle et leur profondeur est choisie de façon à augmenter la section 2 2719423 transversale de la zone centrale délimitée par les fonds des encoches et pouvant comporter les canaux de ventilation. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la profondeur des encoches diminue dans la direction d'éloignement de l'axe polaire. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans 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 illustrant la section transversale du rotor d'une machine synchrone selon la présente invention; - la figure 2 est une vue schématique axiale, avec arrachement, d'une machine synchrone selon la présente invention; et - la figure 3 est une vue d'une encoche du rotor d'une machine synchrone selon la présente invention. Sur la figure 1, les numéros de référence 1 à 3 désignent respectivement le stator, le rotor et l'entrefer formé entre le stator et le rotor, d'une machine électrique synchrone du type à pôles lisses et à entrefer constant. L'invention présente la particularité principale que les encoches 4 de chaque pas polaire du rotor de forme cylindrique sont parallèles à l'axe du pôle. Dans le mode de réalisation de l'invention, qui est représenté à titre d'exemple, la profondeur a des encoches 4 diminue dans le sens d'éloignement de l'axe du pôle, de façon que la zone centrale du rotor 2, qui est délimitée par les fonds des encoches présente une forme sensiblement carrée. Cette zone centrale comporte un passage central circulaire 7 destiné à recevoir l'arbre rotor et, entre la périphérie de ce passage et la ligne délimitée par les fonds des encoches 4, quatre canaux de ventilation 8. Ces canaux présentent une section transversale sensiblement triangulaire et sont disposés de façon que la distance b entre les fonds des encoches 4 et les 3 2719423 canaux de ventilation 8, c'est-à-dire la hauteur de ce qu'on appelle la couronne rotor, soit constante. La valeur de cette hauteur dépend du flux magnétique dans la machine et de la longueur de fer. Les lignes à traits interrompus indiquent des lignes de champ magnétique. Grâce à la forme et la disposition particulières des encoches 4 du rotor 2, la section transversale des canaux de ventilation 8 est plus importante que les canaux qu'on peut prévoir dans les rotors connus à encoches radiales. Les encoches du rotor selon l'invention sont de section variable. Par conséquent, le nombre de spires varie d'une encoche à l'autre. Cette variation de la section pourrait être obtenue par variation de la hauteur ou de la largeur des encoches et en maintenant constante respectivement la largeur et la hauteur. La disposition à axe parallèle des encoches du rotor procure une augmentation de la section de passage d'air de refroidissement formée par les canaux axiaux 8, à l'entrée du rotor, de 40 à 70 %, suivant la polarité et pour une induction constante dans la couronne rotor. Les encoches du rotor peuvent être du type semi-fermé à fond plat ou arrondi, rectangulaire à fond plat ou arrondi ou trapézoïdal à fond plat ou arrondi. Les bobines du rotor sont concentriques et peuvent être soit en fil rond isolé, soit en fil méplat isolé. Concernant le dispositif des canaux de ventilation 8, il est à noter que la disposition à axes parallèles des encoches 4 du rotor permet une augmentation de la section de passage d'air de refroidissement à l'entrée du rotor de 40 à 70 % suivant la polarité et pour une conduction constante dans la couronne rotor. D'autre part, on constate en se référant à la figure 2, que le rotor comporte, en plus des canaux de ventilation axiaux 8, des canaux de ventilation radiaux 9, comme cela est connu en soi. Grâce à la configuration particulière des encoches du rotor et des canaux de ventilation axiaux 8 de plus grande section transversale, la machine selon l'invention présente 4 2719423 des pertes de charge plus faibles à l'entrée du rotor, d'o un débit d'air plus important et une puissance d'excitation plus faible. Cette dernière est occasionnée par une faible valeur des ampèretours de réaction d'induit, par l'égalité entre les réactances synchrones transversales et longitudinales et par la possibilité de réduire la valeur de l'entrefer. Il est encore à noter que le rotor peut être massif en formé par empilage de tôles épaisses ou fines. Dans le dernier cas qui est représenté aux figures les canaux de ventilation 8 et le passage central 7 communiquent. Ils sont découpés en une seule opération. En se reportant à la figure 3 on prend connaissance d'une réalisation particulière de la cage amortisseur dont chaque encoche peut être pourvue. En effet, au-dessus de la bobine rotor 10 est placé un bobinage amortisseur 11 séparé de la bobine rotor 10 par un isolant 12. Ce bobinage amortisseur situé dans la partie supérieure de l'encoche pourrait être réalisé sous forme d'une barre. 2719423 REVENDICATIONS 1. Machine électrique synchrone, du type à pôles lisses et à entrefer constant, comportant un rotor dans lequel les bobines sont logées dans des encoches s'étendant à partir de la périphérie du rotor et qui est pourvue d'un dispositif de canaux axiaux et, le cas échéant radiaux de ventilation, caractérisée en ce que les encoches (4) d'un pas polaire sont orientées parallèlement à l'axe du pôle et leur profondeur (a) est choisie de façon à augmenter la section transversale de la zone centrale délimitée par les fonds des encoches (4) et comportant des canaux de ventilation axiaux (8). 2. Machines selon la revendication 1, caractérisée en ce que la profondeur (a) des encoches (4) d'un pas polaire diminue dans la direction d'éloignement de l'axe polaire. 3. Machine selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la section transversale des encoches (4) et le nombre de spires contenus dans l'encoche sont variables. 4. Machine selon l'une des revendications 2 à 3, caractérisée en ce que la profondeur des encoches diminue de façon que la zone centrale délimitée par les fonds des encoches (4a) présente une forme sensiblement carrée. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le rotor comporte quatre canaux de ventilation axiaux (8) de section transversale sensiblement triangulaire et en ce que ces canaux sont disposés de telle façon que la couronne rotor soit constante. 6. Agencement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une encoche comprend, au- dessus des bobines rotor (10) dans la partie supérieure d'encoche un bobinage amortisseur (11), séparé des bobines rotor (10) par un matériau isolant (12).