Brevet FR2735625A1 — publié le 19961220

L'invention concerne un support d'enroulement pour un composant électrique tournant, par exemple pour le rotor d'une génératrice sans balais. L'invention concerne particulièrement un support d'enroulement utilisable sur un composant tournant d'une génératrice électrique d'avion, du type destinée à tourner à 12000 tours par minute (pour fournir 400 Hz). On se réfère aux figures 1 à 4 dans lesquelles la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une génératrice sans balai de type connu, du genre mentionné ci-dessus, la figure 2 est une vue en perspective d'une partie d'un rotor de la génératrice de la figure 1, la figure 3 est une vue perspective schématique d'une extrémité du rotor, montrant la façon de supporter des saillies d'enroulement, et la figure 4 est une vue en coupe schématique prise à travers les enroulements d'une saillie, montrant de quelle façon les enroulements peuvent tendre à glisser les uns sur les autres, sous l'effet de la force centrifuge, pendant le fonctionnement de la génératrice. La génératrice sans balai de la figure 1 comprend une génératrice à aimant permanent 10 (avec un rotor 10a et un stator lOb) qui fournit du courant au stator 12 d'une génératrice excitatrice 14. Du courant alternatif est induit dans le rotor 15 de la génératrice excitatrice 14 et alimente, par l'intermédiaire d'un dispositif redresseur 16, le rotor 23 d'une génératrice principale 24. La puissance de sortie provenant de la génératrice principale 24 est prélevée depuis un stator 26 dont les enroulements coopèrent avec le champ magnétique tournant produi.t par le rotor 23. Les rotors lOa, 15 et 23 sont entraînées en rotation de façon connue par un arbre d'entraînement tubulaire 11.Le rotor 23 de la génératrice principale 24 est, de façon typique, du genre à quatre pôles comportant quatre ensembles d'enroulements 27 (deux de ces ensembles sont représentés à la figure 1) qui dépassent au-delà des extrémités du rotor 23 pour former des saillies 28. A l'endroit où les enroulements 27, qui forment les saillies 28, passent autour des extrémités des pôles (indiqués en P) ils sont enroulés de façon à déterminer entre eux des espaces 27a dans la direction de l'axe de rotation, indiqué en A. Les espaces 27a sont maintenus par des écarteurs isolants 27b placés entre les enroulements 27 pour permettre à l'huile de refroidissement de s'écouler sur les enroulements formant les saillies 28.L'huile de refoidissement traverse l'arbre d'entrainement creux 11 et s'échappe par une ou plusieurs ouvertures radiales (non représentées) ménagées dans l'arbre d'entrainement, l'huile atteignant éventuellement les saillies 28 et traversant d'abord les parties des espaces 27 a qui ne sont pas occupées par les écarteurs 27b. Les écarteurs 27b étant en place, les enroulements 27 à l'endroit des saillies 28 sont fixés au moyen d'un ruban T (représenté avec un arrachement à la figure 2) enroulé sur eux, et sont finalement imprégnés d'un vernis. Les saillies 28 sont supportées par quatre supports de bobine isolés 28a qui sont maintenus en place par un anneau métallique de ceinturage R (représenté en trait mixte à la figure 1) entourant les supports d'enroulement 28a. Malheureusement, une telle méthode pour former les saillies 28 ne fournit pas un support approprié pour les conducteurs individuels C des enroulements 27 pendant une rotation à grande vitesse. Comme représenté à la figure 4, les conducteurs individuels C sont généralement plats avec des bords arrondis en contact les uns avec les autres. Pendant une rotation à grande vitesse il y a donc un risque, avec le procédé de support selon l'art antérieur, que les conducteurs C puissent glisser les uns sur les autres, comme indiqué en C', ce qui serait indésirable. L'invention a pour objet de proposer un support, pour des enroulements d'un composant électrique tournant, qui minimise le probléme indiqué ci-dessus. Selon un aspect de la présente invention, on propose un support d'enroulement pour un composant électrique tournant qui comporte des pôles s'étendant axialement et plusieurs enroulements qui sont enroulés sur les pôles de façon à faire saillie au-delà des extrémités de ces pôles écartées dans la direction de l'axe de rotation du composant électrique tournant, le support d'enroulement comprenant une première partie en matériau isolant qui présente des doigts écartés entre eux destinés à être mis en place dans les espaces respectifs ménagés entre les enroulements à une extrémité axiale d'un dit pôle, et une seconde partie destinée à être fixée à la première partie afin de maintenir en place les enroulements par rapport à la première partie. Grâce à une telle disposition, les enroulements sont maintenus de façon plus ferme qu'antérieurement. La première partie comporte de préférence un passage destiné à recevoir de l'huile de refroidissement après que celle-ci ait traversé les espaces séparant les enroulements, pour permettre à cette huile de refroidissement de s'écouler pour venir en contact avec un élément adjacent du composant électrique tournant. La première partie peut comprendre un élément séparateur portant les doigts écartés et un élément de support de l'élement séparateur placé radialement à l'extérieur de 1'élement séparateur. L'emploi d'un élément de support séparé permet de choisir le matériau constitutif de l'élément de support parmi une gamme de matériaux différents de celui formant l'élément séparateur. Par exemple, un matériau isolant utilisable pour l'élément séparateur est constitué de façon idéale par une matière plastique appropriée, alors que le matériau constitutif de l'élément de support auquel est fixée la seconde partie peut être choisi différent, par exemple de l'aluminium, qui convient mieux pour le montage de la seconde partie. L'élément séparateur peut être constitué par une plaque de matériau de laquelle font saillie les doigts écartés entre eux. L'élément séparateur peut comprendre des passages pour l'huile de refroidissement. Lorsque la plaque ci-dessus est prévue, les passages peuvent être déterminés par cette plaque. L'élément de support présente de préférence une surface qui s'applique contre l'élément séparateur. Dans la forme d'exécution préférée, cette surface de l'élément de support s'applique, en fonctionnement, contre la dite plaque ci-dessus de l'élément séparateur. L'élément de support présente de préférence un passage destiné à recevoir l'huile de refroidissement après qu'elle ait traversé les espaces ménagés entre les enroulements, afin de permettre à l'huile de refroidissement de s'écouler pour venir en contact avec un constituant adjacent tels que des enroulements d'un stator. L'élément de support présente de préférence une circonférence cylindrique autour de laquelle peut passer un organe de retenue. De préférence, la seconde partie est fixée à l'élément de support. La seconde partie inclut de préférence une première section servant à monter la seconde partie sur l'élément de support, et une seconde section conçue pour entourer les bords intérieurs radiaux des enroulements qui font saillie au-delà des extrémités du constituant. Il est très utile de prévoir une telle seconde section pour aider à supporter les enroulements qui font saillie au-delà des extrémités des pôles.La seconde section peut comprendre une partie radiale qui s'étend radialement transversalement à une extrémité axiale des enroulements écartés, une partie s'étendant à partir de la partie radiale dans l'axe du constituant électrique tournant à l'intérieur des enroulements écartés, et une partie supplémentaire qui s'étend dans un espace ménagé entre une surface d'extremité axiale du pôle associé et les enroulements. La seconde partie est fixée de préférence à l'élément de support au moyen d'un organe de fixation à vis. L'organe de fixation peut se visser dans un insert hélicoldal logé dans l'élément de support. L'insert hélicoïdal est utile lorsque le matériau de l'élément de support est plus doux que celui de l'organe de fixation, l'élément hélicoïdal étant normalement en acier durci. L'organe de retenue, ayant par exemple la forme d'une bande, peut en fonctionnement être placé radialement vers l'extérieur de la première partie et en contact avec celle-ci de façon à résister à un déplacement radial vers l'extérieur de la première partie. Lorsqu'il y a plusieurs pôles, l'organe de retenue s'étend de préférence, en fonctionnnement, circonférentiellement autour de toutes les dites premières parties. L'organe de retenue mentionné ci-dessus peut être logé dans un canal, ce dernier ayant de préférence une base déterminée par la surface extérieure de la première partie et des parois respectives déterminées par la seconde partie mentionnée ci-dessus du support d'enroulement et une partie d'extrémité du pôle associé. Une telle disposition procure un remplacement particulièrement sûr pour la bande. On décrira maintenant un support d'enroulement selon l'invention à titre d'exemple, en référence aux autres figures du dessin annexé dans lequel la figure 5 est une vue en perspective d'une partie du rotor 23 de la figure 1 et une vue éclatée d'un support d'enroulement selon l'invention, les figures 6, 7 et 8 sont des vues respectivement en plan, en bout et en élévation de côté d'un élément séparateur du support d'enroulement la figure 9 est une vue en bout d'un élément de support représenté à la figure 5, en regardant dans la direction de la flèche IX de la figure 5 la figure 10 est une coupe transversale de l'élément de support représenté à la figure 9, prise selon la ligne X - X de la figure 9 la figure 11 est une autre vue en bout de l'élément de support représenté à la figure 5, en regardant dans la direction de la flèche XI de la figure 5 la figure 12 est une coupe transversale de l'élément de support représenté à la figure 11, prise selon la ligne XII - XII de la figure 11 ; la figure 13 est une coupe transversale axiale d'une partie du rotor représentée avec arrachement, et montrant le support d'enroulement assemblé selon l'invention la figure 14 est une vue perspective d'un élément en une pièce faisant support et élément séparateur la figure 15 est une vue en bout de l'élément en une pièce formant support et élément séparateur de la figure 14, en ragardant dans la direction de la flèche XV de la figure 14. Aux dessins, les parties qui correspondent à des parties représentées aux figures 1 à 4 portent les mêmes numéros de référence. En regardant la figure 5, on peut voir que les -enroulements 27 sont disposés symétriquement sur quatre pôles P (deux pôles adjacents étant visibles). Pendant le processus d'enroulement, des bandes d'acier indiquées en 29 sont placées de façon à ménager des espaces 27a entre les enroulements 27 dans la direction de l'axe de rotation A du rotor 23 de sorte que les enroulements forment des saillies 28. Une fois le processus d'enroulement terminé, les bandes métalliques 29 sont enlevées. Des doigts 30 d'un élément séparateur 32 sont alors introduits dans les espaces 27a. L'élément séparateur 32 est formé en matière plastique et les doigts 30 sont moulés d'une seule pièce avec une plaque 33 présentant des ouvertures 34 pour l'huile de refroidissement. L'élément séparateur 32 est représenté en détail aux figures 6 à 8. Une fois que chaque élément séparateur 32 a été mis en position, on place un élément de support 36 contre la surface extérieure en direction radiale de la plaque 33. L'élément séparateur 32 et l'élément de support 36 constituent ensemble la "première partie" mentionnée ci-dessus du support d'enroulement indiqué de façon générale en 31 aux figures 5 et 13. L'élément de support 36 comporte intérieurement un insert hélicoïdal en acier 37 qui détermine un taraudage intérieur. Comme représenté aux figures 9 à 12, l'élément de support 36 comporte un trou 36a destiné à recevoir l'insert 37 et deux canaux 38 dirigés axialement. L'élément de support 36 présente aussi trois saillies 36b. Une fois que l'élément séparateur 32 et l'élément de support 36 ont été mis en place, on fixe une pièce 40 de retenue d'enroulement, qui constitue la seconde partie mentionnée ci-dessus, à l'élément de support (36) d'une manière qu'on décrira en référence à la figure 13. La pièce 40 de retenue d'enroulement peut être en un métal tel que l'aluminium. A la figure 13, les doigts 30 de l'élément séparateur 32 sont représentés en position entre les enroulements écartés 27 à l'endroit de la saillie 28, les enroulements étant disposés selon des ensembles écartés de dix enroulements. On pousse fermement la plaque 33 de l'élément séparateur 32 contre les bords extérieurs radiaux des ensembles d'enroulements, et on place la surface intérieure plate en direction radiale de l'élément de support 36 contre la plaque 33. On met ensuite en place la pièce 40 de retenue. On notera que la pièce 40 de retenue d'enroulement comprend une première section 42 présentant une ouverture 43 qui reçoit un boulon 41 utilisé pour visser la pièce 40 de retenue à l'élément de support 36, le boulon 41 se vissant dans l'insert 37. La pièce 40 de retenue d'enroulement comprend une seconde section qui est en forme de U et comporte une partie radiale 44 qui est dirigée vers l'intéreur au-delà des extrémités intérieures radiales des enroulements 27, et une autre partie 47 qui s'étend radialement vers l'extérieur en traversant un espace 48 séparant une extrémité du pôle associé P et l'enroulement adjacent 27. Les enroulements écartés axialement 27, entre lesquels sont placés les doigts 30, sont alors fermement maintenus entre les parties 44, 47 du support d'enroulement 40. La pièce 40 de retenue d'enroulement maintient les enroulements 27 de façon particulièrement ferme, contre un déplacement axial relatif et s'avère beaucoup plus efficace que la bande T pour empêcher que les enroulements se déplacent par glissement comme représenté à la figure 4. Un élément de retenue ayant la forme d'une bande d'acier est alors mis en place de façon à entourer les surfaces extérieures des quatre éléments de support 36. On notera que, de façon appropriée, la première section 42 de la pièce 40 de retenue d'enroulement fait saillie radialement vers l'extérieur au-delà de la surface cylindrique radialement extérieure de l'élément de support 36 pour former une paroi 42a. La surface radiale extérieure de l'élément de support 36 s'étend radialement vers l'intérieur de la surface radiale extérieure du pôle P qui forme une paroi supplèmentaire Pw. Les paroirs 42a, Pw et la surface radiale extérieure de l'élément de support 36 déterminent ainsi un canal 51 dans lequel se loge la bande 50. Des coins (non représentés) sont mis en place de façon connue dans des espaces indiqués en 52 à la figure 5. En fonctionnement, de l'huile de refroidissement se trouvant dans l'arbre d'entraînement 11 s'échappe par une ouverture radiale 53 de l'arbre 11 et entre dans un collecteur 54. L'huile sort du collecteur 54 par une ouverture 56 et s'écoule vers l'extérieur comme indiqué en F, sur les saillies 28, sous l'effet centrifuge. L'huile s'écoule vers l'extérieur en traversant en premier des parties des espaces 27a qui ne sont pas occupées par les doigts 30, hors des ouvertures 34 de l'élément séparateur 32 et dans les canaux 38 de l'élément de support 36. L'huile s'écoule alors le long des canaux 38 vers la droite, comme on le voit à la figure 13, et sort en traversant les extrémités ouvertes respectives 39 (voir figure 12). L'élément de support 36 est écarté du pôle adjacent P par les saillies 36b, de sorte que l'huile peut s'échapper de l'extrémité de droite de chaque passage 38 et s'écouler vers l'extérieur pour refroidir des enroulements du stator 26. Le trajet d'écoulement de l'huile est indiqué par les flèches F de la figure 13. On préfére réaliser l'élément séparateur 32 et l'élément de support 36 sous la forme d'ensembles séparé s car cela permet de choisir le matériau de l'élément de support à partir d'une gamme de matériaux différents de celui formant le matériau isolant de l'élément séparateur, comme mentionné ci-dessus, ce qui peut être particulièrement avantageux. Toutefois, si on le désire, l'élément séparateur 32 et l'élément de support 36 peuvent être realisés sous la forme d'un élément unique, comme représenté aux figures 14 et 15. Dans ces figures, l'élément unique formant séparateur et support est indiqué en 57 et présente un trou 57a destiné à recevoir l'insert 37 pour faciliter la fixation de la pièce 40 de retenue d'enroulement, comme précédemment décrit. Les doigts 58 sont prévus pour se placer dans les espaces 27a ménagés entre les enroulements 27. A la figure 15, on peut voir que la face inférieure de l'ensemble séparateur/support 57 comporte deux canaux 59 écartés l'un de l'autre, qui sont similaires aux canaux 38 destinés à constituer un chemin d'écoulement pour l'huile de refroidissement. Des saillies 57b, similaires aux saillies 36b, sont prévues. REVENDICATIONS 1. Support d'enroulement pour un composant électrique tournant (23) qui comporte des pôles (P) s'étandant axialement et plusieurs enroulements (27) enroulés sur les pôles (P) de façon à faire saillie au-delà des extrémités de ces pôles (P) écartées entre elles dans la direction d'un axe de rotation (A) du composant électrique tournant, caractérisé en ce que le support d'enroulement comprend une première partie (31 57) formée en un matériau isolant qui présente des doigts écartés entre eux (30, 58) destinés à être mis en place dans les espaces respectifs (27a) ménagés entre les enroulements (27) faisant saillie au-delà d'une extrémité axiale d'un dit pôle (P) et une seconde partie (40) destinée à être fixée à la première partie (31) afin de maintenir en place les enroulements (27) par rapport à la première partie (31). 2. Support d'enroulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie (31) comporte un passage (34, 38 ; 59) destiné à recevoir de l'huile de refroidissement après que celle-ci soit passée entre les enroulements (27) pour permettre à l'huile de refroidissement de s'écouler pour venir en contact avec un élément adjacent du composant électrique tournant. 3. Support d'enroulement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la première partie (31 ; 57) présente un pourtour cylindrique. 4. Support d'enroulement selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la première partie (31) comprend un élément séparateur (32) qui porte les doigts écartés (30) et un élément de support (36) pour l'élément séparateur (32) qui est placé radialement vers l'extérieur de l'élément séparateur. 5. Support d'enroulement selon la revendication 4, dans lequel l'élément séparateur (32) et l'élément de support (36) sont en des matériaux différents. 6. Support d'enroulement selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'élément séparateur (32) comprend une plaque (33) en un matériau duquel font saillie les doigts écartés (30). 7. Support d'enroulement selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que l'élément séparateur (32) comporte un passage (34) pour de l'huile de refroidissement. 8. Support d'enroulement selon la revendication 7 quand celle-ci est rattachée à la revendication 6, caractérisé en ce que le passage (34) est formé dans la plaque (33). 9. Support d'enroulement selon l'une quelconque des revendications 4 à 8, caractérisé en ce que l'élément de support (36) comporte un passage (38) destiné à recevoir de l'huile de refroidissement qui traverse l'élément séparateur (32). 10. Support d'enroulement selon la revendication 9 quand celle-ci est rattachée à la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément de support (36), en fonctionnement, s'applique contre la plaque ci-dessus mentionnée (33) de l'élément séparateur (32). 11. Support d'enroulement selon les revendications 4 à 10, caractérisé en ce que la seconde partie (40) est fixée à l'élément de support (36). 12. Support d'enroulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la seconde partie (40) comprend une première section (42) servant à monter la seconde partie (40) sur la première partie (31) et une seconde section (44, 46, 47) conçue pour entourer des bords intérieurs radiaux des enroulements faisant saillie au-delà de l'extrémité du dit pôle. 13. Support d'enroulement selon la revendication 12, caractérisé en ce que la seconde section comprend une partie radiale (44) qui s'étend radialement transversalement à une extremité axiale des enroulements écartés (27), une partie (46) qui s'étend depuis la partie radiale dans l'axe du composant électrique tournant à l'intérieur des enroulements écartés (27), et une partie supplémentaire (47) qui s'étend dans un espace ménagé entre une surface d'extremité axiale du pôle (P) associé et les enroulements (27). 14. Support d'enroulement selon la revendication 11, 12 ou 13, caractérisé en ce que la seconde partie (40) est fixée à l'élément de support (36) au moyen d'un organe de fixation à vis. 15. Support d'enroulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de retenue (50), en fonctionnement, est placé radialement vers l'extérieur de la première partie (31) et en contact avec celle-ci, de façon à résister à un déplacement radial vers l'extérieur de la première partie (31). 16. Support d'enroulement selon la revendication 15, caractérisé en ce que le moyen de retenue (50), en fonctionnement, entoure circonférentiellement toutes les dites premières parties. 17. Support d'enroulement selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que le moyen de retenue (50) se présente comme une bande. 18. Support d'enroulement selon la revendication 17, caractérisé en ce que le moyen de retenue (50) est logé dans un canal (51). 19. Support d'enroulement selon la revendication 18, caractérisé en ce que le canal (51) comporte une base déterminée par une circonférence cylindrique de la première partie (31) et des première et seconde parois respectives (42a, Pw) déterminées par la dite seconde partie (40) et par une extrémité du dit pôle (P) axialement écartée de la première paroi. 20. Composant électrique tournant comportant des pôles (P) dirigés axialement et plusieurs enroulements (27) qui sont enroulés sur les pôles (P) de façon à faire saillie au-delà des extrémités axiales des pôles (P) écartées dans la direction d'un axe de rotation (A) du composant électrique tournant, chacun des enroulements (27) ayant un support d'enroulement selon l'une quelconque des revendications précédentes