CH518026A - Machine électrique tournante à grande puissance - Google Patents

Description

  
 



  Machine électrique tournante à grande puissance
 La présente invention a pour objet une machine électrique tournante à grande puissance, qui comprend un stator dont les conducteurs peuvent être logés dans l'entrefer ou dans des encoches, et un rotor comportant un noyau magnétique et un enroulement d'excitation
 Les rotors des machines synchrones sont traditionnellement réalisés suivant   l'une    des techniques dites à pôles saillants ou à rotors lisses.



   Dans les machines qui comportent des pôles   sail    lants, les bobines entourent les pôles et sont tenues par un élargissement de la parte en regard de l'induit; de plus, sur trois de leurs côtés, elles sont pressées contre une paroi. De ce fait, elles résistent mal à la force centrifuge engendrée par la rotation du rotor et ne sont pas susceptibles d'être refroidies efficacement.



   Dans les machines rapides, on utilise la technique des rotors lisses qui permettent de mieux résister à la force centrifuge: les conducteurs sont disposés dans des encoches fraisées dans le tambour magnétique, mais alors, ils sont entourés de tous les côtés et le refroidissement de telles machines est encore plus difficile à réaliser. Le maintien des parties des spires situées aux extrémités exige la présence d'un manchon qui a pour rôle de terminer l'enroulement de chaque côté d'un pôle. Cette disposition présente   fluconvénient    d'introduire un point faible, en   l'occurence    le manchon, qui s'oppose dans des conditions difficiles aux effets de la force centrifuge.



   La présente invention pallie les inconvénients précités et permet de transmettre un flux plus grand tout en laissant une grande place pour leur refroidissement. Elle assure, en outre, une tenue améliorée à la force centrifuge et autorise ainsi soit une augmentation de vitesse, soit une augmentation de diamètre, soit les deux.



   A cet effet, elle a pour objet une machine électrique tournante à grande puissance comportant un stator et un rotor inducteur comprenant au moins deux pôles et dont l'enroulement est constitué par au moins une bobine pour chaque pôle formée par un empilage de conducteurs séparés les uns des autres par un isolant, ledit enroulement étant disposé sur la surface extérieure d'un noyau magnétique en forme de tambour concentrique à l'axe du rotor comportant un circuit de refoidissement comprenant des conduits ménagés dans ou entre les conducteurs du rotor et alimentés en fluide de refroidissement par un canal collecteur, caractérisée en ce que chaque conducteur du rotor est constitué par une bande plate   conducttrice    et électriquement continue qui, d'une part, est enroulée autour d'un pôle qui fait saillie sur ledit tambour,

   les différentes couches de conducteurs superposées constituant des cylindres concentriques, et qui, d'autre part, est fixée sur le tambour par des boulons radiaux ou légèrement inclinés par rapport au rayon dudit tambour magnétique, et en ce que les conduits pour le passage du fluide de refroidissement sont ménagés transversalement par rapport à la   lon-    gueur du conducteur.



     Autres    détails et particularités d'une forme d'exécution de l'invention ressortiront de la description donnée ci-dessous à titre d'exemple et en se référant aux dessins annexés sur lesquels:
 - la fig. 1 est une vue en perspective schématique du rotor d'une machine électrique;
 - la fig. 2 est une vue en perspective d'une liaison entre deux portions de bandes longitudinale et transversale;
 -- la fig. 3 est une vue développée de deux couches superposées de conducteurs;
 - la fig. 4 est une vue en coupe, suivant AA, de la fig. 1:
 - la fig. 5 est une vue en coupe agrandie, suivant
BB, de la fig. 4; et
 - la fig. 6 est une vue partielle en perspective avec arrachement du rotor.



   Le stator non représenté, qui est associé au rotor inducteur representé à la fig. 1, peut comporter un enroulement logé dans des encoches comme dans les  machines traditionnelles, ou dans l'entrefer comme c'est le cas dans des machines tournantes plus récentes.



   Le rotor inducteur comporte un noyau massif en forme de tambour 1 présentant des renflements 2 disposés au niveau des pôles, de manière à diminuer l'entrefer au niveau des pôles pour ne pas avoir une trop grande puissance consommée dans l'inducteur. Ces renflements 2 peuvent être, soit venus directement de fabrication avec le corps du tambour, soit rapportés sur ledit corps de tambour.



   Sur le corps du tambour, sont disposés des conducteurs 3 dont chacun est constitué par une bande plate conductrice et électriquement continue enroulée autour d'un pôle 4 qui fait saillie, les différentes couches superposées 5 de conducteurs pour un même pôle constituant des cylindres concentriques.



   Chaque bande plate conductrice et électriquement continue est constituée par des portions de bande longitudinales 6 disposées parallèlement à   l'axe    du tambour 1 et par des portions de bande transversales et arquées 7, qui relient deux à deux les portions de bandes longitudinales 6, de manière à terminer l'enroulement autour de chaque pôle 4 (fig. 1).

  Pour obtenir une bobine associée à un pole 4, on superpose les bandes plates conductrices en interposant entre elles une couche d'isolant 8 (fig. 5 et 6) sauf, par exemple, sur la partie Sa de la couche de gauche de la fig. 3, si   l'on    a commencé l'enroulement tel que représenté à la fig. 3, avec un courant qui circule suivant la flèche F, et sauf sur la partie   5b    de la couche de droite de niveau immédiatement supérieur et qui est enroulée de telle manière que le courant circule toujours dans le même sens. Dans le cas de la fig. 3, les couches de niveau 2, 4,   6... identiques    à la couche de droite sont enroulées dans le sens trigonométrique, tandis que les couches de niveau 1, 3, S... sont enroulées dans le sens contraire.

  Ainsi, le contact entre les différentes spires est réalisé soit dans les parties 5a, soit dans les parties 5b.



   Chaque portion de bande conductrice 6 ou 7 est fixée directement sur le tambour 1 au moyen de boulons 9 (fig. 4 à 6). La tige 10 des boulons 9 est isolée par un isolant 11 des portions de bande conductrices 6 et 7 et joue le rôle de pont magnétique entre le corps du rotor et l'entrefer proprement dit à la partie superficielle des portions de bande conductrices. Cette fixation de l'enroulement rotorique permet de mettre en oeuvre une disposition de montage à la fois beaucoup plus robuste et beaucoup plus économique de la partie frontale dudit enroulement rotorique. De plus, cette fixation s'accommode d'une grande vitesse périphérique et permet d'augmenter le diamètre du rotor et de gagner encore
 sur la puissance.



   De préférence, chaque portion de bande conductrice 6 et 7 est constituée par deux rubans plats 12 et 13 (fig. 2). Pour obtenir un enroulement d'une couche dans un même plan, on décale latéralement les rubans 12 et
 13, comme représenté à la fig. 2. De ce fait, et dans le cas représenté, le ruban supérieur 12 de la portion de bande transversale 7 est en contact avec le ruban inférieur 13 de la portion de bande longitudinale 6, tandis que le ruban inférieur 13 de ladite portion de bande transversale 7, mais à l'autre extrémité, est en contact
 avec le ruban supérieur 12 de la portion de bande longitudinale 6 située de l'autre côté du pôle 4, la liaison
 entre les différents rubans pouvant être réalisée par les boulons 9.



   En outre, et pour autoriser leur dilatation, on prévoit, par exemple, entre les trous de passage des boulons 14, aussi bien dans les portions de bande longitudinales que transversales, des ondulations 15 qui présentent une direction parallèle pour toutes les portions de bande superposées.



   Lorsque les couches superposées 5 associées à chaque pôle saillant 4 du rotor inducteur sont en place sur le corps du tambour 1, on leur confère la forme dudit corps du tambour par des cales 16 (fig. 6). Ces cales 16,   paralilélépipédiques    et disposées dans l'axe du tambour 1, maintiennent les couches superposées 5 et servent de support aux boulons 9 dont les têtes sont partiellement noyées dans lesdites cales 16. Selon la puissance de la machine tournante, les cales 16 peuvent, soit être séparées les unes des autres, soit se toucher en délimitant avec les intervalles entre les bobines constituées par les couches de conducteurs superposées et associées à chaque pôle, un canal d'amenée du fluide de refroidissement.



   Il va de soi qu'on pourrait envisager une cale unique qui maintienne rigidement toutes les couches superposées sur le corps du tambour et dans laquelle seraient également noyées les têtes de boulons de fixation.



   Ces différentes dispositions font que le montage obtenu est beaucoup plus économique et plus robuste qu'avec les systèmes classiques dans lesquels les têtes de bobine sont maintenues par des frettes aux extrémités du rotor, et évite la présence d'un point faible susceptible de provoquer une détérioration de la machine par suite d'une rupture des éléments constitutifs de ladite machine tournante, sous l'effet des forces électromécaniques et dynamiques mises en jeu dans la machine tournante.



   Pour augmenter l'efficacité du refroidissement, on fait circuler à partir d'un canal collecteur, le fluide de refroidissement entre les portions de bande conductrices et perpendiculairement à leur longueur et non plus longitudinalement comme dans les machines fabriquées jusqu'à ce jour. De cette manière, on a une section et une surface d'échange aussi élevées qu'on le désire.



   Pour ce faire (fig. 5), on interrompt l'isolant 8 entre deux couches de bande superposées 5, de façon à créer des fentes transversales 17, le fluide provenant latéralement à une extrémité du tambour suivant la flèche F' (fig. 6), passe par lesdites fentes transversales 17 puis monte par des lumières radiales 18 ménagées dans des portions de bande. Afin d'augmenter le refroidissement, le canal d'amenée du fluide de refroidissement est constitué par une enveloppe en matière plastique armée 19, connue en soi, mais en ménageant entre elle et les bobines rotoriques un espace 20 dans lequel est admis le fluide de refroidissement. Ce dernier, après avoir circulé dans les fentes transversales 17 des lumières radiales 18 et dans des canaux 21 ménagés dans des entretoises 22 qui peuvent être en stratifié et qui supportent ladite enveloppe 19, s'échappe dans l'entrefer de la machine.

 

   Selon un autre mode de réalisation, sur les faces en regard des rubans 12 et 13 constituant les portions de bande 6 et 7, sont ménagées par fraisage des rainures 23 (fig. 2), de manière à obtenir des canaux transversaux 24, par rapport à la longueur des portions de bande 6 et 7. Il est évidemment possible, pour une bande conductrice donnée, de ne prévoir qu'une série de rainures 23 sur   l'un    des rubans 12 ou 13. 

Claims (1)

1. REVENDICATION

   Machine électrique tournante à grande puissance comportant un stator et un rotor inducteur comprenant au moins deux pôles et dont l'enroulement est constitué par au moins une bobine pour chaque pôle formée par un empilage de conducteurs séparés les uns des autres par un isolant, ledit enroulement étant disposé sur la surface extérieure d'un noyau magnétique en forme de tambour concentrique à l'axe du rotor, ledit rotor comportant un circuit de refroidissement comprenant des conduits ménagés dans ou entre les conducteurs du rotor et alimentés en fluide de refroidissement par un canal collecteur, caractérisée en ce que chaque conducteur du rotor est constitué par une bande plate conductrice et électriquement continue qui, d'une part, est enroulée autour d'un pôle qui fait saillie sur ledit tambour,

   les différentes couches de conducteurs superposées constituant des cylindres concentriques, et qui, d'autre part, est fixée sur le tambour par des boulons radiaux ou légèrement inclinés par rapport au rayon dudit tambour magnétique, et en ce que les conduits pour le passage du fluide de refroidissement sont ménagés transversalement par rapport à la longueur du conducteur.

   SOUS-REVENDICATIONS 1. Machine tournante selon la revendication, caractérisée en ce que la bande plate conductrice et électriquement continue est constituée par des portions de bande longitudinales, disposées parallèlement à l'axe du tambour et de part et d'autre du pôle et par des portions de bande transversales et arquées qui relient deux à deux lesdites portions de bande longitudinales.

   2. Machine tournante selon la sous-revendication 1, caractérisée en ce que chaque portion de bande conductrice électriquement continue est constituée par au moins deux rubans superposés, et en ce que la liaison entre les portions de bande longitudinales et transversa- les est réalisée par superposition alternée de ces rubans maintenus par au moins un boulon radial.

   3. Machine tournante selon la sous-revendication 2, caractérisée en ce que les portions de bande présentent des ondulations entre deux boulons de fixation propres à permettre leur dilatation.

   4. Machine tournante selon l'une des sous-revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les couches de conducteurs rotoriques sont maintenues par l'intermédiaire d'au moins une cale sur laquelle prennent appui les têtes des boulons de fixation.

   5. Machine tournante, selon l'une des sous-revendications 1 à 3, caractérisée en ce que chaque portion de bande conductrice comporte au moins une lumière radiale reliée aux conduits transversaux.

   6. Machine tournante selon la sous-revendication 5, caractérisée en ce que des renflements des pôles sont ménagés sur le tambour magnétique et sont constitués par des cales rapportées sur le corps du tambour.

   7. Machine tournante, selon la sous-revendication 5, caractérisée en ce que les conduits transversaux et les lumières radiales sont alimentés en fluide de refroidissement à partir d'un canal collecteur constitué par un espace délimité entre une enveloppe isolante et les couches de conducteurs rotoriques, ladite enveloppe étant maintenue écartée au-dessus desdites couches de conducteurs, au moyen d'entretoises isolantes.

   8. Machine tournante, selon la sous-revendication 5, caractérisée en ce que la cale de maintien des conducteurs délimite, avec les intervalles ménagés entre les empilages de conducteurs associés à chaque pôle, un canal d'amenée de fluide de refroidissement.