Brevet FR2407597A1 — publié le 19790525

La présente invention a pour objet un moteur fermé à refroidissement par eau. On sait que les moteurs électriques usuels, de type non hermétiquement fermé, comportent en général un système de refroidissement par ventilation axiale. Un ventilateur monté sur l'arbre aspire l'air extérieur à travers un flasque convenablement découpé à cet effet et il le refoule axialement de manière à le faire passer dans l'entrefer ainsi éventuellement que dans des canaux prévus dans le stator et/ou le rotor, pour le faire finalement sortir à travers le second flasque lui aussi pourvu d'ouvertures appropriées. Lorsqu'il est nécessaire que le moteur soit fermé, ce procédé de ventilation ne convient plus. On peut alors prévoir simplement des ailettes extérieures sur la carcasse et agencer éventuellement un ventilateur externe pour les refroidir. Mais évidemment l'on se heurte à l'inconvénient d'un gradient de température élevé entre les zones de dégagement de chaleur (notamment les enroulements) et les ailettes. Une solution consiste à maintenir la ventilation axiale interne en prévoyant un circuit de retour à travers le stator ou la carcasse, ce qui améliore le transfert de la chaleur à cette dernière. On a également songé à réaliser ce circuit de retour par le moyen de tubes longitudinaux disposés extérieurement à la carcasse et susceptibles de recevoir un courant d'air de refroidissement. Enfin l'on a combiné la disposition de tubes extérieurs de retour avec celle des ailettes solidaires de la carcasse en soudant éventuellement les tubes aux bords libres de certaines au moins des ailettes de manière à obtenir une surface aussi grande que possible pour l'échange de chaleur avec l'atmosphère ambiante. On peut ainsi établir des moteurs à double ventilation interne et externe qui comportent une puissance massique satisfaisante, mais à condition, bien entendu, qu'ils se trouvent dans un espace assez vaste et à température assez modérée pour assurer l'évacuation ou le refroidissement de l'air échauffé au contact des ailettes et des tubes, ce qui n'est pas toujours le cas.En outre ces moteurs restent bruyants en raison de la présence du ventilateur extérieur dont le bruit est directement transmis à l'air ambiant, ainsi d'ailleurs que du ventilateur intérieur lui-meme, la carcasse agissant à la façon d'une paroi de transmission du son. Il est évidemment possible d'6liminer ces inconvénients en ayant recours au refroidissement par eau, mais les moteurs connus comportant ce genre de refroidissement sont relativement compli qués et comme en outre ils ne sont pas fabriqués en grande série, leur prix de revient est très élevé, de sorte qu'en dépit de leurs avantages, ils ne se sont pas répandus dans la pratique. On connait également des moteurs à chemise d'eau. Cette dernie- re, qui entoure la carcasse du stator, permet de refroidir celui-ci d'une façon efficace lorsque la puissance du moteur n'est pas trop élevée. Par contre, lorsqu'il s'agit de moteurs de puissance relativement forte, l'intérêt de ce mode de refrddissement diminue car l'évacuation des pertes du stator et à fortiori du rotor n'est pas satisfaisante. De plus, les moteurs connus comportant ce genre de refroidissement ne sont pas fabriqués en série, ils sont coûteux et, malgré leurs avantages, peu répandus dans la pratique. L'invention a pour but un procédé pour réaliser un moteur fermé à refroidissement par eau pour des moteurs de puissance importante qui présentent toutes garanties au point de vue échauffement, valable pour les moteurs à rotor en court-circuit et à rotor bobiné, et dont le prix de revient soit comparable à celui des moteurs ouverts à refroidissement par air. Selon l'invention, le procédé pour réaliser un moteur fermé à refroidissement par eau est caractérisé en ce qu'au dispositif de refroidissement primaire interne identique à celui d'un moteur à double ventilation, qui comprend essentiellement un stator et un rotor dont la tôlerie est munie de canaux de ventilation, le rotor portant d'un c6té un ventilateur destiné à créer une circulation d'air interne axiale intense, une carcasse ailetée et supportant en outre des tubes longitudinaux extérieurs débouchant par leurs deux extrémités permettant le retour de l'air de ventilation interne, et fermée de façon étanche par deux flasques portant les paliers du rotor, on associe un système de refroidissement secondaire externe constitué par une chemise d'eau dans laquelle on fait passer lesdites ailettes et lesdits tubes longitudinaux. On comprend que le procédé sus-défini n'exige comme pièces particulières que l'enveloppe formant chemise, avec ses entrées de sortie d'eau et qu'il ne nécessite en guise d'opération spéciale que le montage de cette enveloppe sur la carcasse. I1 est donc possible d'avoir en stock les éléments de fabrication du moteur à double ventilation pour obtenir les deux variantes de construction, à savoir moteur de refroidissement par air et moteur à refroidissement par eau dans les conditions les plus économiques de fabrication. L'invention vise en outre les moteurs à refroidissement par eau ainsi équipés d'une circulation d'air interne avec tubes de retour extérieurs, d'ailettes solidaires de la carcasse ou du stator Si celui-ci constitue carcasse, et d'une enveloppe formant chemise de refroidissement par eau qui entoure les tubes et les ailettes en se raccordant de façon étanche à la carcasse ou au stator. Le dessin annexé, donné à titre d'exemple, permettra de mieux comprendre l'invention, les caractéristiques qu'elle présente et les avantages qu'elle est susceptible de procurer Fig. 1 est une vue en coupe longitudinale quelque peu schématisée d'un moteur fermé à refroidissement par air à double ventilation. Fig. 2 est une coupe partielle suivant II-II (fig. 1). Fig. 3 est une coupe longitudinale d'un moteur à refroidissement par eau suivant l'invention. Le moteur à double ventilation représenté en fig. 1 et 2 comprend une carcasse I reposant sur des pieds 2. Cette carcasse est solidaire d'ailettes extérieures de refroidissement la réparties sur toute sa périphérie. Elle est fermée à ses deux extrémités par des flasques pleins 3 qui supportent à rotation l'arbre 4 par l'intermédiaire de roulements 5, des joints 6 assurant l'étanchéité au passage de celui-ci. L'arbre 4 porte le rotor 7 du moteur tandis que le stator correspondant 8 est fixé à la carcasse 1. On aperçoit en 9 et 10 les enroulements rotorique et statorique (l'enroulement rotorique pouvant être réalisé sous la forme classique de la "oage d'écureuil"). Les paquets de les du rotor et du stator sont percés de canaux longitudinaux 7a et '8a destinés au passage de l'air de refroidissement.L'entrefer a été reférencé il. La ventilation interne est assurée par un ventilateur centrifuge 12 calé sur l'arbre 4 entre le rotor et l'un des flasques 3. Il aspire l'air à travers les canaux '7a, -8a et l'entrefer 11 pour le refouler radialement. Le retour de cet air est assuré par des tubes longitudinaux extérieursl3 dont les extrémités s'ouvrent à travers la carcasse et qui ramenent ainsi -l'air sur l'autre cté de l'en- semble rotor-stator à l'intérieur de celle-ci. Dans l'exemple représenté il y a autant de tubes 13 que d'ailettes la et chaque tube est soudé au bord extérieur d'une ailette ; mais on peut prévoir des nombres différents de tubes et d'ailettes et l'association des uns aux autres, -si elle comporte des avantages, n'est nullement obligatoire. La ventilation externe est réalisée par le moyen d'un second ventilateur 14, monté sur l'arbre 4 au delà de l'un des flasques 3 adjacents (de préférence celui opposé au ventilateur intérieur 12 > . Le ventilateur 14 est coiffé par un ensemble comprenant un capot 15 qui se prolonge par une virole ou enveloppe cylindrique 16 à extrémité libre ouverte à l'atmosphère, entourant la plus grande partie de la longueur des tubes 13 et des ailettes la. Cette virole peut entre échancrée pour pouvoir s'engager autour des pieds 2. On comprend que le courant d'air engendré par le ventilateur 14 lèche les tubes et les ailettes en assurant ainsi un refroidissement forcé de la carcasse et de l'air intérieur sur son circuit de retour. Dans une variante de ce moteur à double ventilation l'on supprime la carcasse 1, l'on soude directement les ailettes la au stator et l'on prolonge les flasques 3 par des viroles ou manchons de manière qu'ils se raccordent directement à celui-ci. Le fonctionnement reste identiquement le méme. Fig. 3 montre un moteur fermé à refroidissement par eau suivant l'invention. I1 est établi à partir des pièces constitutives de celui de fig. 1 et 2 à l'exception du ventilateur extérieur 14, du capot 15 et de la virole 16. Cette dernière a été remplacée par une enveloppe 17 qui se raccorde de façon étanche à la carcasse 1 de façon à délimiter un espace intermédiaire 18 propre à constituer chemise à eau. A cet espace sont associées une tubulure d'entrée 19 et une autre de sortie 20. Dans l'exemple représenté on a supposé que l'enveloppe 17 était cylindrique sur toute sa longueur et pour assurer son raccordement avec la carcasse 1 l'on a prévu des anneaux d'extrémité 21 et 22 traversés par les tubulures 19, 20, le tout étant assemblé par soudure.En ce qui concerne la présence des pieds 2, l'enveloppe 17 peut être établie de façon à entre traversée par eux de façon étanche, par exemple par soudure. En variante on peut ne pas la prévoir sur toute la périphérie de la carcasse en laissant à découvert la partie inférieure de celle-ci qui comporte les pieds. On comprend qu'on réalise ainsi un moteur à ventilation interne dans lequel l'air en circulation est énergiquement refroidi à son passage dans les tubes 13. Ce moteur comporte sur celui de fig. 1 et 2 l'avantage de pouvoir fonctionner meme dans des locaux confinés ou dans lesquels il règne une température élevée. Sa puissance massique est plus importante en raison de la plus grande efficacité du refroidissement par eau. Comme il ne comporte pas de ven tilateur extérieur et que d'autre part l'espace de ventilation interne est entouré par la chemise d'eau 18 qui constitue amortisseur sonique efficace, il est beaucoup moins bruyant.Ses avantages ne sont pas d'autre part contre-balancés par un prix de revient anormalement élevé, car à part l'enveloppe 17, il peut étire établi à partir des memes pièces que le moteur de fig. 1 et 2, de sorte qu'on peut le considérer comme déroulant d'une simple transformation de celui-ci, transformation qui se limite finalement à l'adjonction de 1 'envelop- pe 17 sur la carcasse 1 existante, sans aucune modification de cette dernière. I1 doit d'ailleurs être entendu que la description qui precède n'a éte donnée qu'à titre d'exemple, et qu'elle ne limite nullement le domaine de l'invention, dont on ne sortirait pas en remplaçant les détails d'exécution décrits par tous autres équivalents. On comprend notamment que l'invention pourrait etre mise en oeuvre avec un moteur sans carcasse proprement dite à condition que le paquet statorique soit étanche et que les viroles le raccordant aux flasques soient appliquées contre lui de façon également étanche. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour réaliser un moteur fermé à refroidissement par eau, caractérisé en ce qu au dispositif de refroidissement primaire interne identique à celui d'un moteur à double ventilation, qui comprend essentiellement un stator et un rotor dont la galerie est munie de canaux de ventilation, le rotor portant d'un côté un ventilateur destiné a créer une circulation d'air interne axiale intense, une carcasse ailetée et supportant en outre des tubes longitudinaux extérieurs débouchant par leurs deux extrémites permettant le retonr de l'air de ventilation interne, et fermée par deux flasques portant les paliers du rotor, on associe un système de refroidissement secondaire externe constituée par une chemise & circulation d'eau entourant lesdites ailettes et lesdits tubes longitudinaux. 2. Moteur fermé à refroidissement par eau comportant des tubes longitudinaux extérieurs qui débouchent à l'intérieur du moteur par leurs deux extrémités en vue de former circuit de retour pour une ventilation interne assurée par un ventilateur intérieur, ces tubes pouvant entre associés thermiquement par soudure ou autrement à des ailettes périphériques longitudinales solidaires de la carcasse ou du stator lui-méme, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une chemise à circulation d'eau délimitée par une enveloppe entourant les tubes ainsi que les ailettes éventuelles et par la carcasse du moteur sur laquelle elle est rapportée de façon étanche.