Brevet FR2903536A1 — publié le 20080111

La présente invention concerne un rotor de machine tournante électrique de forte puissance, encore appelé roue polaire. La publication FR 2 842 666 divulgue un rotor comportant des pôles saillants ayant des bobines sur lesquelles des radiateurs (encore appelés cales) sont plaqués par des tiges filetées ayant un pas de vis standard (coarse pitch). Lors de la fabrication, les tiges sont serrées une première fois à froid, puis le rotor est passé à l'étuve. Un nouveau serrage est ensuite effectué alors que la machine est encore chaude, de façon à accroître la force avec laquelle les radiateurs sont plaqués sur les bobines et assurer un bon contact thermique. Ce deuxième serrage oblige à une manutention de la machine qui peut s'avérer délicate compte tenu de son poids et de son encombrement. Afin de simplifier la fabrication, le deuxième serrage peut être omis mais le contact thermique est alors moins bon, amenant à réaliser la bobine avec davantage de cuivre pour réduire l'intensité de son courant donc son échauffement lors du fonctionnement, ce qui a pour inconvénient d'accroître le coût matière. Il existe également des rotors dans lesquels le serrage s'effectue par l'intermédiaire de rondelles Belleville. La présence de ces dernières est susceptible de nuire à la compacité de la machine et leur mise en place peut s'avérer difficile pour certaines configurations du rotor. De plus, ces rondelles sont susceptibles de perdre en élasticité lors du vieillissement de la machine, réduisant ainsi la fiabilité ou imposant une maintenance accrue. Il existe un besoin pour simplifier la fabrication des rotors bobinés sans que cette simplification n' entraîne une dégradation des performances thermiques ni n' amène à accroître la quantité de cuivre ou autre métal utilisé pour compenser un transfert thermique moins bon. La présente invention a pour objet une machine tournante électrique comportant un rotor comprenant des pôles saillants bobinés comportant des radiateurs maintenus plaqués contre les bobines par des tiges filetées, machine dans laquelle au moins une partie des tiges, et de préférence la totalité des tiges, présente un pas de vis plus fin que le pas de vis standard. Grâce à l'invention, les radiateurs peuvent être plaqués fortement et précisément contre les bobines à froid et un deuxième serrage à chaud n'est plus nécessaire 2903536 2 car la qualité du transfert thermique obtenu à froid est nettement supérieure à celle que l'on peut obtenir avec les tiges à pas de vis standard. La quantité de cuivre des bobines n'a ainsi pas à être augmentée pour compenser une dégradation du contact thermique. 5 L'invention offre également une fiabilité accrue en permettant d'éviter, si cela est souhaité, l'emploi de rondelles Belleville. La machine peut comporter des écrous engagés sur les tiges filetées et des rondelles s'interposant entre les écrous et les radiateurs de façon à répartir l'effort de serrage sur une surface plus grande et éviter d'endommager la matière des radiateurs, 10 lesquels peuvent être réalisés en aluminium. Les tiges filetées présentent par exemple un pas fin donné par le tableau suivant, en fonction du diamètre. 0 vis (mm) 5 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Pas standard 0,8 1 1,25 1,5 1,75 2 2 2,5 2,5 2,5 3 Pas fin 1 1 1,25 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 2 La machine peut comporter entre deux pôles adjacents une rangée de tiges ou 15 deux rangées de tiges filetées, de préférence décalées selon l'axe longitudinal de la machine, notamment une première rangée, extérieure, de tiges filetées relativement longues et une deuxième rangée, intérieure, de tiges filetées plus courtes. Le nombre de pôles est par exemple compris entre 4 et 16 ou plus. La première rangée comporte par exemple entre 0 et 24 tiges filetées et la 20 deuxième rangée entre 0 et 25 tiges filetées. La répartition des tiges de chaque rangée peut être non uniforme le long de l'axe du rotor. Les tiges d'au moins une rangée peuvent notamment présenter un écartement moindre à proximité des extrémités axiales du rotor. En présence de deux rangées de tiges, ce sont les tiges de la rangée extérieure 25 qui peuvent être moins écartées vers les extrémités axiales du rotor tandis que les tiges les plus courtes sont plus rapprochées entre elles vers la mi-longueur du rotor. Les radiateurs peuvent être identiques ou non. Les radiateurs peuvent comporter ou non des ailettes. 2903536 3 Les radiateurs peuvent être ou non chacun d'un seul tenant. Un radiateur au moins peut comporter plusieurs parties disposées côte à côte le long de l'axe du rotor. L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un rotor de machine tournante électrique comportant des pôles saillants bobinés, ces pôles saillants 5 comprenant des bobines sur lesquelles sont maintenus plaqués des radiateurs par des tiges filetées à pas de vis plus fin que le pas de vis standard, procédé dans lequel les tiges sont serrées à froid uniquement, à l'aide d'au moins une clé dynamométrique. Selon un tel procédé, le serrage des différentes tiges filetées peut être adapté facilement à leur emplacement sur le rotor de façon à produire un serrage permettant de 10 plaquer le radiateur contre la bobine et cette dernière contre le noyau polaire, de manière optimale avec interposition d'isolants éventuels. De préférence, le serrage s'effectue d'abord dans la région médiane du rotor puis les tiges sont serrées en allant vers les extrémités axiales. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée 15 qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif de celle-ci, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente de manière schématique, en perspective, un rotor conforme à l'invention, et -la figure 2 est une vue axiale, schématique et partielle, d'un détail de 20 réalisation du rotor. On a représenté sur la figure 1 un rotor 1 d'alternateur destiné à être entraîné en rotation autour d'un axe X, par exemple à une vitesse de 1800 tr/mn, pour fournir une puissance comprise par exemple entre 5 et 15 MW. Le rotor 1 comporte un arbre 2, dont l'axe longitudinal coïncide avec l'axe X, 25 sur lequel est monté un circuit magnétique 3, qui peut être massif ou non, ce circuit magnétique comportant des noyaux polaires 4 portant chacun une bobine 5 formée par l'enroulement d'au moins un conducteur électrique 6. Chaque noyau 4 est prolongé par un épanouissement polaire comportant deux cornes polaires 7 s'étendant longitudinalement parallèlement à l'axe X. 30 Des ensembles de doigts 8 servent à maintenir les têtes des bobines 5, ces doigts 8 pouvant être rapportés ou réalisés par usinage d'un seul tenant avec le circuit magnétique 3. 2903536 4 Le rotor 1 comporte, en outre, comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 2, entre deux noyaux polaires 4 consécutifs, des radiateurs 14 venant en appui respectivement sur des isolants 16 recouvrant les flancs adjacents de deux bobines 5 et servant au maintien de celles-ci. 5 Les radiateurs 14 sont reliés entre eux par deux rangées de tiges filetées 13 qui les maintiennent contre les isolants 16 et comportent des ailettes 18 qui contribuent au refroidissement du rotor. Les radiateurs 14 pourraient encore être réalisés sans ailettes. Les tiges 13 de l'une des rangées sont plus longues que celles de l'autre rangée et les vis des deux rangées sont décalées selon l'axe longitudinal de la machine. 10 Conformément à un aspect de l'invention, les tiges filetées 13 sont à pas de vis plus fin que le pas de vis standard. Les différents diamètres de vis sont généralement proposés par les fabricants soit avec le pas de vis standard (coarse), soit avec le pas fin (fine) ou extra-fin (extra fine). Des exemples de valeurs de pas ont été donnés dans le tableau plus haut. 15 Les tiges filetées 13 de la rangée extérieure peuvent présenter un diamètre différent de celui des tiges de la rangée intérieure, le cas échéant. La force de serrage de chaque tige filetée 13 est transmise aux radiateurs 14 par des écrous 20 engagés sur la tige 13, ces écrous 20 s'appuyant sur les radiateurs par l'intermédiaire de rondelles 21. Des trous sont réalisés dans les radiateurs pour recevoir les 20 extrémités des tiges 13 s'étendant au-delà des rondelles 21. Lors de la fabrication de la machine, les écrous 20 sont serrés à l'aide de clés dynamométriques afin d'avoir un serrage relativement uniforme des radiateurs 14 sur les bobines 5. Le serrage est de préférence effectué à partir de la région médiane vers les extrémités axiales. 25 Le serrage peut ainsi être précis et de meilleure qualité qu'avec les tiges à pas de vis standard, ce qui permet d'éviter une opération de serrage à chaud. L'invention n'est pas limitée à l'exemple qui vient d'être décrit. Les tiges filetées peuvent être réalisées avec une tête à une extrémité, par exemple. Le filetage des tiges filetées peut ne s'étendre que sur une partie de leur longueur. Les tiges filetées 30 peuvent être réalisées par exemple avec des vis sans tête six pans creuses à bout plat ou à bout pointu. 2903536 5 Un marquage peut être effectué à mi-longueur de la tige filetée par exemple par un écrasement de filetage ou avec de la peinture, afin d'indiquer à l'opérateur le milieu de la tige et éviter que l'opérateur n'amène par un mauvais serrage la tige à traverser le radiateur, ce qui pourrait endommager le rotor. 5 L'expression comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS 1. Machine tournante électrique (1) comportant un rotor comprenant des pôles saillants bobinés comportant des radiateurs (14) maintenus plaqués contre les bobines (5) par des tiges filetées (13), caractérisée par le fait qu'au moins une partie des tiges (13) présente un pas de vis plus fin que le pas de vis standard. 2. Machine selon la revendication 1, dans laquelle toutes les tiges (13) présentent un pas de vis plus fin que le pas de vis standard. 3. Machine selon les revendications 1 ou 2, comportant des écrous (20) engagés sur les tiges (13) et des rondelles (21) s'interposant entre les écrous et les radiateurs (14). 4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, les tiges filetées (13) présentant un diamètre choisi parmi 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24 mm et des pas de vis respectivement inférieurs à 0,8 ; 1 ; 1,25 ; 1,5 ; 1,75 ; 2 ; 2 ; 2,5 ; 2,5 ; 2,5 ; 3mm. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comportant entre deux pôles adjacents deux rangées de tiges filetées (13) décalées selon l'axe longitudinal (X) de la machine. 6. Machine selon la revendication 5, comportant une première rangée, 20 extérieure, de tiges filetées relativement longues et une deuxième rangée, intérieure, de tiges filetées plus courtes. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, la répartition des tiges de chaque rangée étant non uniforme le long de l'axe du rotor. 8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, au moins 25 une rangée présentant un écartement moindre à proximité des extrémités axiales du rotor. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'en présence de deux rangées de tiges, les tiges de la rangée extérieure sont moins écartées vers les extrémités axiales du rotor. 10. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, les tiges 30 filetées présentant un marquage à mi-longueur. 11. Procédé de fabrication d'un rotor de machine tournante électrique comportant des pôles saillants bobinés, ces pôles saillants comprenant des bobines (5) sur 2903536 7 lesquelles sont maintenus plaqués des radiateurs (14) par des tiges filetées (13) à pas de vis plus fin que le pas de vis standard, procédé dans lequel les tiges sont serrées à froid uniquement, à l'aide d'au moins une clé dynamométrique. 12. Procédé selon la revendication précédente, le serrage s'effectuant d'abord 5 dans la région médiane du rotor puis les tiges étant serrées en allant vers les extrémités axiales.