Brevet FR2178791A1 — publié le 19731116

L'invention concerne une disposition de refroidissement de la cage rotorique de machines électriques asynchrones. Dans divers appareils et dans des centrales nucléaires, on utilise, pour le transport de grandes quantités de chaleur, des tubes de chaleur qui sont essentiellement constitués par un tube hermétiquement fermé, partiellement rempli d'un liquide relativement facilement vaporisable. Dans une portion de vaporisation du tube, celui-ci reçoit de la chaleur qui vaporise le liquide, et la vapeur ainsi formée s'écoule dans une portion de refroidissement du tube où de la chaleur est extraite de sorte que la vapeur s'y recondense. Le retour du liquide dans la portion de vaporisation peut entre produit, dans des tubes de chaleur immobiles, soit par gravité, soit par capillarité. Dans le premier cas, il faut une diffé rence de hauteur entre la portion de vaporisation et celle de refroidissement. Dans le deuxième cas, les parois internes des tubes sont munies d'un tissu à structure capillaire de sorte que la position du tube est sans importance pour le retour du liquide. I1 est également déjà connu d'utiliser de tels tubes pour extraire la chaleur du rotor d'une machine électrique dont l'arbre rotorique creux sert de tube de chaleur. La rotation permet de remplacer la gravité, qui serait autrement nécessaire pour le retour du liquide condensé, par la force centrifuge, et l'on peut ainsi se passer de tissus capillaires et de leurs effets de mèche. L'invention se propos de donner uns disposition encore plus efficace pour le refroidissement du rotor de machines électriques, notamment de machines asynchrones à rotor à cage. Pour cela, les barres de la cage et les anneaux de court-circuit forment un espace creux continu, rempli partiellement d'un liquide facilement vaporisable, et une extraction extérieure de chaleur est prévue sur les anneaux de courtcircuit. D'une part, le liquide est ainsi porté à ébullition par les conducteurs électriques chauds eux-memes (barres de la cage). et le dispositif de refroidissement se trouve donc directement inséré dans la source de chaleur. D'autre part, les anneaux de court-circuit se laissent facilement et largement refroidir de sorte que la chaleur peut y être extraite intensivement. L'extraction de chaleur avec un liquide vaporisable s'effectue ainsi de dix à cent fois plus rapidement que par la conduction de chaleur classique à travers le paquet de tôles. La transmission de chaleur du liquide vaporisé aux anneaux de court-circuit qui le refroidissent est améliorée si ceux-ci sont munis intérieurement de nervures de refroidissement. On peut également munir avantageusement les anneaux de court-circuit, axialement vers l'extérieur, de nervures de refroidissement ayant la forme de pales de ventilateur. Ainsi, l'extraction de chaleur est encore améliorée par le soufflage du milieu refroidisseur sur les anneaux de court circuit. Pour des raisons de comportement électrique de l'enroulement rotorique, il est particulièrement avantageux de donner à l'espace creux des barres de la cage une section triangulaire. En particulier avec des barres en forme de coins, par suite de la section du matériau conducteur, on obtient un état qui correspond à celui d'une division de la barre dans une double cage. A l'aide de la figure ci-jointe, on va décrire un exemple de mise en oeuvre de l'invention. La figure représente, en coupe suivant l'axe de la machine, une extrémité frontale d'une machine électrique asynchrone à rotor à cage. Sur l'arbre 8 de la machine est installé un paquet de tôles rotorique 7 à la périphérie duquel sont réparties les barres 1 qui portent les anneaux de courtcircuit 2 aux deux extrémités frontales de la machine et en dehors du paquet de tôles 7. Les barres 1 et les anneaux de court-circuit 2 forment, suivant l'inven- tion, un espace creux continu rempli partiellement d'un liquide 3 facilement vaporisable. La chaleur des anneaux de court-circuit est extraite par un courant d'air suivant la flèche 6. Pour donner une idée plus claire de l'inventioni la barre 1 en dehors du paquet de telles et l'anneau de court-circuit 2 ont été représentés coupés. Le liquide 3 est montré dans la position où il se trouve par suite de la force centrifuge lorsque le rotor tourne. Le liquide 3 doit être de nature telle qu'il se vaporise sous l'effet de la chaleur développée dans la barre 1 par les pertes électriques et qu'il se recendense dans l'anneau de court-circuit refroidi 2. La région de vaporisation du liquide 3 se trouve dans la portion de barre 1 située à l'intérieur du paquet de tôles 7. La condensation du liquide 3 est aidée par les nervures 4 disposées à l'intérieur de l'anneau de court-circuit 2. Pour améliorer la transmission de la chaleur au courant d'air de refroidissement représenté par la flàche 6, des nervures 5 ont été installées extérieurement sur l'anneau de court-circuit 2 et forment en même temps des pales de ventilation pour le courant d'air de refroidissement. La disposition de refroidissement suivant l'invention est utilisée de manière particulièrement avantageuse dans les rotors à cage des machines asynchrones triphasées à utilisation intensive, pour la haute tension et des puissances d'environ 1000 kW et plus. On peut ainsi soit réduire sensiblement les dimensions des machines, soit, avec des dimensions identiques, en pousser l'utilisation beaucoup plus loin. REVENDICATIONS 1/ Disposition de refroidissement d'une cage rotorique de machines électriques asynchrones, caractérisée en ce que les barres de la cage et les anneaux de court-circuit ferment un espace creux continu, partiellement rempli d'un liquide facilement vaporisable et en ce qu'une extraction extérieure de chaleur est prévue sur les anneaux de court-circuit. 2/ Disposition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que des nervures de refroidissement sont prévues dans l'espace creux des anneaux de court-circuit. 3/ Disposition suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les anneaux de court-circuit sont munis de nervures de refroidissement, disposées axialement vers l'extérieur. 4/ Disposition suivant la revendication 3, caractérisée en ce que les nervures de refroidissement extérieures forment des pales de ventilateur. 5/ Disposition suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'espace creux des barres de la cage a une section triangulaire.