Brevet FR2899037A1 — publié le 20070928

La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes, et plus particulièrement celles dont le rotor comporte un arbre longitudinal ayant au moins une extrémité montée sur un roulement, voire deux extrémités opposées montées sur des roulements. Lors de l'utilisation des machines électriques tournantes, et plus particulièrement lors de la montée en puissance et en température, le rotor peut subir un échauffement plus grand que le stator et donc subir une dilatation thermique plus importante. Dans ce cas, le rotor peut s'allonger davantage que le stator. Lorsque l'arbre de la machine repose sur le stator par des roulements à billes, les phénomènes décrits ci-dessus peuvent provoquer la destruction du ou des roulements. Une solution face à ce problème est d'employer des roulements à rouleaux cylindriques, de sorte que la bague extérieure du roulement puisse bouger axialement par rapport à la bague intérieure du roulement. Cependant, l'emploi de tels roulements peut ne pas être possible en raison par exemple de la fragilité des roulements à rouleaux, qui peuvent risquer d'être endommagés par des vibrations subies par la machine lors du transport ou à l'arrêt par exemple. Le brevet US 4 480 380 enseigne, dans le cas d'un moteur de faible puissance dépourvu de roulement à billes et utilisé dans le domaine de l'automobile, par exemple pour entraîner des essuie-glaces, d'appuyer un palier sur une paroi déformable pour rattraper un jeu axial. Il est également connu d'utiliser une boîte à roulement qui glisse dans un palier en étant montée dans celui-ci avec un jeu supérieur à celui nécessaire au montage, de manière à permettre son déplacement sous l'effet de la dilatation thermique du rotor. Toutefois, un tel montage peut s'avérer complexe et insuffisamment sûr, à cause des risques de grippage entre la boîte à roulement et le palier. Il existe donc un besoin pour remédier aux inconvénients ci-dessus et bénéficier d'une machine permettant un déplacement du rotor par rapport au stator en cas d'échauffement et d'allongement du rotor. L'invention répond à ce besoin en proposant une machine électrique tournante comportant un rotor comportant un arbre monté sur au moins un premier roulement reposant sur un premier palier élastiquement déformable dans le sens axial, de manière à accompagner une dilatation de l'arbre. Le palier élastiquement déformable permet en se déformant un allongement de l'arbre non destructeur pour le roulement. L'invention permet de réduire le coût d'entretien de la machine, d'améliorer sa fiabilité et de simplifier sa fabrication. La puissance de la machine peut être supérieure ou égale à 0,5 MW (ou MVA), notamment allant de 0,5 MW à 15 MW (ou MVA), étant par exemple d'environ 3 MW. Le premier roulement peut être un roulement à billes, ou en variante, un roulement à rouleaux, par exemple coniques ou biconiques. Le premier roulement peut être fixe axialement dans une boîte à roulement, cage, notamment une boîte à roulement comportant deux fonds de cage réunis par une pièce intermédiaire. Le mouvement axial de la boîte et du roulement par rapport au stator peut être autorisé par la déformation élastique du palier. Le premier palier peut ainsi permettre au premier roulement de se déplacer axialement par rapport à une position de repos d'au moins 2 mm. La machine peut comporter un deuxième roulement reposant sur un deuxième palier, non déformable élastiquement. Le premier palier peut comporter plusieurs tôles flexibles superposées, par exemple trois tôles. Chaque tôle peut par exemple avoir une épaisseur comprise entre 3 et 10 mm. Les tôles peuvent travailler dans le domaine élastique. Le premier palier peut comporter au moins une tôle flexible non entièrement plane, afin de faciliter la déformation élastique lors de la dilatation du rotor et permettre de réduire les oscillations de la boîte à roulement. La tôle flexible peut par exemple comporter une ou plusieurs nervure(s) radiale(s) ou des ondulations. Les portions radialement intérieure et radialement extérieure peuvent être sensiblement perpendiculaires à l'axe longitudinal. La portion intermédiaire peut s'étendre obliquement vers l'extérieur et vers l'arbre. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de réalisation non limitatif de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une coupe axiale partielle et schématique d'une machine conforme à l'invention, et - la figure 2 représente un détail de la machine de la figure 1. La machine électrique tournante 1, illustrée sur les figures, comporte un stator 2 et un rotor 3 comportant un arbre 4 tournant autour d'un axe longitudinal X. Le stator 2 comporte, dans l'exemple décrit, un carter 24 dans lequel est fixée une culasse 21 comprenant des dents sur lesquelles sont bobinés des conducteurs électriques 22. Le rotor 3 est celui d'une machine synchrone à bobines, mais pourrait sans que l'on sorte du cadre de l'invention être à aimants permanents, ou d'une machine asynchrone à cage d'écureuil ou à bobine, ou encore d'une machine homopolaire à rotor massif. L'arbre 4 comporte deux extrémités 41, 42, dont l'une au moins peut servir à l'accouplement avec une machine à entraîner ou entraînante. Dans le cas par exemple où la machine 1 est une génératrice, celle-ci peut être accouplée à un moteur thermique ou à une éolienne, ou encore à une machine hydraulique par exemple. En variante, la génératrice peut fournir un courant réactif sans être accouplée à 15 un moteur. L'extrémité 41 de l'arbre 4 est montée sur un premier roulement à billes 5 reposant sur un palier 6 élastiquement déformable dans le sens axial, de manière à accompagner une dilatation de l'arbre 4. L'arbre 4 est bloqué axialement au niveau de l'autre extrémité 42 sur le palier 8. 20 Le premier roulement 5 est, dans l'exemple décrit, un roulement à billes 51, ces dernières tournant entre deux bagues 52, 53, la bague 52 radialement la plus intérieure étant au contact de l'arbre 4 et la bague 53 radialement la plus extérieure étant placée dans une boîte à roulement 54 disposée entre un fond de cage intérieure 55 à la machine et un fond de cage extérieure 56 à la machine. Les deux fonds de cage 55, 56 et la boîte à 25 roulement 54 constituent une cage abritant le roulement 5. La structure de la cage et la lubrification du roulement 5 peuvent être par exemple telles que décrites dans le brevet US 6 896 412, dont le contenu est incorporé ici par référence. Les deux fonds de cage 55, 56 peuvent comporter des rainures hélicoïdales 30 faisant face à l'arbre et destinées à s'opposer à un départ de lubrifiant, et des canaux intérieurs pour la circulation du lubrifiant, comme décrit dans ce brevet US 6 896 412. L'extrémité 42 de l'arbre 4 repose sur un deuxième roulement 7 disposé de l'autre côté du stator. Le roulement 7 peut être de tout type, étant par exemple identique au roulement 5 ou différent. Le roulement 7 peut par exemple être un roulement à billes sphériques, un roulement à rouleaux cylindriques, coniques ou biconiques, ou d'un autre type encore. Le roulement 7 fait effet de butée axiale. Le deuxième roulement 7 vient en appui sur le carter 24 par un deuxième palier 8 qui peut être identique au premier palier 6 ou différent. Le deuxième palier 8 peut par exemple ne pas être déformable mais être rigide. Le deuxième palier 8 peut par exemple être réalisé en fonte. Le deuxième roulement 7 peut par exemple être disposé dans une cage semblable à celle associée au premier roulement 5. Le palier 6 comporte dans l'exemple décrit une superposition de tôles flexibles 10, notamment trois tôles, disposées sensiblement perpendiculairement à l'axe X. Les tôles 10 peuvent par exemple avoir chacune une épaisseur comprise entre 3 et 10 mm. Dans l'exemple considéré, les tôles 10 sont toutes sensiblement identiques. Elles peuvent être non entière planes, ce qui favorise la déformation ultérieure du palier dans le sens axial en cas de dilatation axiale du rotor par rapport au stator 2. Chaque tôle pourrait comporter une déformation autre, par exemple concave ou 20 convexe, par exemple au moins une ondulation ou nervure afin de limiter les oscillations de la boîte à roulement par rapport au carter sans que l'on sorte du cadre de la présente invention. Les tôles 10 peuvent être fixées par des vis 15, 16 et 17 en bout de carter 24 et à la pièce intermédiaire 54 de la cage du premier roulement 5. Les vis 15, 16, 17 viennent, 25 dans l'exemple considéré, en appui sur des pièces intermédiaires 18, 19. Bien entendu, le premier palier 6 pourrait être fixé autrement au reste de la machine. Les tôles 10 peuvent être pleines ou ajourées. La présence d'ajours peut favoriser la déformation élastique du palier 6. Des 30 tôles pleines peuvent être préférées lorsqu'on souhaite confiner la circulation d'un fluide de refroidissement à l'intérieur de la machine. La longueur de l'arbre 4 entre les roulements 5 et 7 est par exemple comprise entre 1 et 5 mètres. La déformation axiale de l'arbre en cours de fonctionnement peut par exemple être au maximum de 3 mm. Le palier 6 peut par exemple être configuré pour permettre un déplacement axial de l'extrémité 41 de l'arbre d'au moins 3 mm, tandis que l'extrémité 42 de l'arbre au droit du deuxième palier 8 demeure sensiblement fixe, et se déplace de moins de 1 mm. En cours de fonctionnement, le premier roulement 5 vient en butée contre un épaulement 9 de l'arbre 4, de sorte que le roulement 5 est entraîné par la déformation axiale de l'arbre 4. Lorsque l'arbre 4 refroidit, l'élasticité du palier 6 peut permettre d'éviter un jeu axial entre le roulement 5 et l'épaulement 9 de l'arbre 4, et peut assurer le maintien du roulement en butée contre l'épaulement 9. La bague intérieure 52 du roulement peut être frittée sur l'arc. Un anneau élastique métallique, autrement dit un circlips, placé dans une gorge sur l'arbre peut également assurer un blocage axial du roulement sur l'arbre. Le premier palier 6 est de préférence dimensionné de telle sorte que sa déformation reste dans le domaine de la déformation élastique du matériau. La machine peut être par exemple une machine asynchrone ou en variante une 20 machine synchrone, et être sans balais. L'expression comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante, comportant un rotor (3) comportant un arbre (4) monté sur au moins un premier roulement (5) reposant sur un premier palier (6) déformable élastiquement dans le sens axial, de manière à accompagner une dilatation de l'arbre. 2. Machine selon la revendication 1, le roulement étant un roulement à billes. 3. Machine selon la revendication précédente, de puissance supérieure ou égale à 0,5 MW, notamment allant de 0,5 MW à 15 MW. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant un deuxième roulement (7) reposant sur un deuxième palier (8) non déformable élastiquement. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier palier permet au premier roulement de se déplacer axialement par 15 rapport à une position de repos, d'au moins 3 mm. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le palier (6) comporte plusieurs tôles flexibles (10) superposées.