Brevet FR2482378A1 — publié le 19811113

à -2482378 L'invention concerne un rotor avec dispositif de refroidis- sement notamment du collecteur pour moteurs électriques, son procédé et ses moyens de réalisation. L'objet de l'invention se rattache notamment au secteur technique des moteurs électriques à collecteurs plats ou en for- me de disques. Suivant l'invention, an a voulu réaliser le refroidissement du rotor et du collecteur d'un moteur électrique par transfert des calories dégagées par le collecteur vers l'extérieur du moteur, en passant par la douille conductrice du rotor, cela au moyen d'un dispositif simple, intégré à la fabrication du rotor. Suivant une première caractéristique, le transfert Aes calo- ries du collecteur à la douille du rotor est obtenu par un pont thermique établi entre la douille intérieure conductrice et le collecteur par un ou des moyens conducteurs solides ou fluides, ou inclus noyés/au moulage et dont une partie est positionnée à proximité immédiate du collecteur mais sans aucun contact avec lui, l'autre partie étant en contact étroit avec la douille conductrice. Ces caractéristiques et d'autres encore ressortiront de la description qui suit. Pour fixer l'objet de l'invention sans toutefois le limiter, dans les dessins annexés: La figure 1 est une vue en coupe illustrant un moteur élec- trique équipé d'un rotor selon une forme de réalisation conforme à l'invention. La figure 2 est une vue en coupe partielle du rotor selon la figure l.a La figure 3 est une vue partielle en perspective de l'élément de transfert de calories selon les figures 1 et 2.- La figure 4 est une vue en coupe partielle d'un rotor avec un élément de transfert de calories selon une autre forme de réalisa- tion. La figure 5 est une vue partielle en perspective de l'élément de transfert de calories selon la figure 4. La figure 6 est une vue en coupe partielle illustrant la' première partie du moulage d'un rotor avec un élément de transfert de calories directement formé.au moulage. La figure 7 est une vue en coupe partielle considér4 suivant la ligne 7-7 de la figure 6. La figure 8 est une vue en coupe partielle illustrant la deu- 2- xième partie du moulage du rotor selon la figure 6. La figure 9 est une vue en coupe partielle considérée sui- vant la ligne 9-9 de la figure 8. La figure 10 est une vue en perspective illustrant une par- tie de l'élément de transfert de calories selon les figures 6 à 9. Afin de rendre plus concret l'objet de l'invention, on le décrit maintenant sous des formes non limitatives de réalisation illustrées aux figures des dessins. On voit à la figure 1 un exemple de réalisation de moteur électrique M comportant un rotor R plat, en forme de disque, comprenant un ensemble moulé incorporant un collecteur, une douil- le, des enroulements et un Dispositif de refroidissement selon 1' invention, considéré dans une des.formes de réalisation possible. Selon cette première forme de réalisation illustrée aux fi- gures 1, 2 et 3, le pont thermique entre le collecteur et la douille du rotor est obtenu par une pièce métallique 1 qui com- prend une portée intérieure la montée serrée sur une portée de la douille intérieure 2 du rotor, une paroi lb sensiblement per- pendiculaire à la portée la et une portée extérieure lc s'éten- - dant dans le m&me sens que la portée la ou différemment, disposée à proximité immédiate du.collecteur 3 mais sans contact avec lui. La pièce 4z est mise en place sur la douille 2 avant moulage de 1' ensemble et elle est noyée dans la matière isolante 4 enrobant le collecteur 3 et les enroulements ou bobinage 5 à la manière con- -- nue. Au préalable, la pièce 1 a été isolée électriquement, cela principalement à proximité du collecteur, par tous moyens connus tels que fibre de verre ou enduction de revêtement epoxy ou si- milaire. Pour-éviter de couper le moulage en deux parties distinctes et pour assurer une continuité de la résine moulée, la pièce 1 présente dans sa paroi lb une pluralité d'orifices Id dans les- quels peut passer la résine. - D'autre part, la portée cylindrique extérieure Ic présente de préférence à son extrémité, un bord relevé le pour augmenter la rigidité de la pièce 1 et participer efficacement au renforcement du collecteur. Ainsi réalisé, on comprend que les calories dégagées par le collecteur 3 sont captées par la pièce métallique 1 et transmises par conduction vers la douille 2 du rotor et l'arbre moteur 6 -3 - d'o elles sont évacuées vers l'extérieur du moteur (flèche fi, figure 1). Le transfert des calories par pont thermique peut &tre sensiblement augmenté en remplaçant la pièce métallique 1 par un élément appelé communément ncaloduc". Cet élément bien connu de la technique, comprend un premier volume extérieur placé vers une partie chaude et un deuxième vo- lume intérieur placé vers une partie froide ou moins chaude. En- tre ces deux volumes, des- liaisons étanches permettent la circu- lation d'un fluide gazeux ou liquide. Le caloduc est partiellement rempli d'un fluide qui puisse se vaporiser lorsqu'il est dans le volume chaud et se liquéfier lorsqu'il est dans le volume froid ou moins chaud. Si la construction et le fonctionnement du caloduc sont pré- vus pour que le fluide en phase liquide se déplace vers la partie chaude en chassant le fluide en phase gazeuse vers la partie froi- de ou moins chaude, on conçoit bien le fonctionnement du caloduco En effet, la phase liquide placée à la partie chaude va passer en phase gazeuse en absorbant les calories de la partie chaude nécessaires à cette transformation (chaleur de vaporisation) Le fluide étant sous forme gazeuse va être chassé vers la partie froide ou moins chaude o il pourra se condenser en phase liquide en cédant autant de calories qu'il en a absorbé pour se vaporiser. Le fluide revenu en phase liquide va se déplacer vers la partie chaude et un nouveau cycle peut recommencero On a illustré aux figures 4 et 5 une première forme de réa- liation de ce caloduc Ci Les volumes intérieur et extérieur 7 et 8 sont constitués par des anneaux tubulaires métalliques de sec- tion quelconque et par exemple ovoldes. L'anneau intérieur 7 est en contact étroit avec une des portées de la douille 2 du rotor, tandis que l'anneau extérieur 8 est disposé à proximité immédiate du collecteur 3, mais sans contact avec lui. Des branches tubulai- res radiales 9 relient les deux volumes 7 et 8 pour assurer les communications internes et l'ensemble étanche est noyé dans la résine lors du moulage. On remplit alors partiellement ce cirquit de vaporisation avant de le fermer, avec un fluide dont la température/a été judi- cieusement choisie en fonction de la température atteinte par le collecteur. Pour éviter que de l'air soit enfermé au remplissage, on va- porise partiellement le fluide à l'aide d'une source chaudeo 2482378- Par exemple, si le rotor doit fonctionner entre 30 et 800C, on remplit le circuit avec unfluJie vaporisable à 70/80 C (toluène notamment); on porte le circuit à température de 80 C par exemple (température o 1'alcool bout), ce qui chasse l'air. Il reste donc seulement du fluide en partie liquide et en partie gazeux et on peut obturer le circuit. d'autres A noter que si l'on doit fonctionner à./ températures -' -:, le fluide d'échange thermique devra être adapté; Quand le rotor ainsi équipé est placé dans un moteur et qu' il tourne, la force centrifuge fait déplacer le fluide liquide - vers l'anneau extérieur 8, c'est-à-dire vers le collecteur 3 ou partie chaude, tandis que le fluide gazeux est refoulé vers 1' anneau intérieur 7 c'est- à-dire vers la douille ou partie froide (ou moins chaude). Dès que le collecteur atteint la température de vaporisation du fluide,' le cycle d'échange thermique s'amorce et les calories sont transférées vers la douille 2 et l'arbre moteur 6 puis vers l'extérieur. Selon une autre forme de réalisation illustrée aux figures 6 à 10, le caloduc (C2) est réalisé directement dans la résine par moulage du rotor en deuxparties. On voit aux figures 6 et 7 que l'on positionne dans un moule inférieur 10 la douille intérieure 2 du rotor et le collecteur 3, ainsi que s'il y a lieu, un anneau de renforcement Il dans la gor- ge 3a du collecteur. Un moule supérieur 12 est mis en place contre - la douille et autour du collecteur. Ce moule présente au niveauci la gorge 3a du collecteur une saiie annulaire 12a à proximité d'une portée 2a de la douille 2 une autre saillie annulaire l2b et radialement des barrettes ou tenons 12c reliant les saillies 12a - 12b. La résine de moulage 13 est introduite dans l'espace laissé libre entre le moule inférieur 10,- la douille 2, le moule supérieur 12 et le collecteur 3. Lorsqu'on enlève le moule supérieur 12, la résine de ce premier moulage présente en creux, les formes complé- mentaires aux saillies 12a - 12b et aux tenons-12c. Avant de réaliser avec des moules 19 - 20 le deuxième moula- ge destiné principalement à 'enrober les enroulements ou bobines 5 reliés au collecteur et à donner la forme définitive du rotor, on met en place contre-le premier moulage une pièce métallique 14 qui comprend à cet effet une portée 14a d'emmanchement serrésur - 5 - la portée 2a de la douille, suivi d'une portée conique 14b des- tinée à recouvrir et obturer les formes en creux complémentaires aux teaions 12c de la résine, puis une collerette d'extrémité 14c qui prend appui contre un évidement 13a de la résine (figure 8). Des orifices 14d sont exécutés sur la portée conique 14b afin d' autoriser une bonne liaison de la résine 15 du deuxième moulage avec la résine 13 du premier moulage, ces orifices étant bien entendu positionnés entre les formes complémentaires aux tenons 12c. Un tube 14e piqué dansla pièce 14 et débouchant à l'extérieur de la résine 15, est prévu pour opérer le remplissage comme pre- cédemment du caloduc étanche, ainsi constitué, par la gorge ex- térieure 16 (complémentaire à la saillie 12a du moule supérieur 12), la gorge intérieure 17 (complémentaire la saillie 12b du moule supérieur 12) et par les canaux 18 (complémentaires aux tenons 12c du moule supérieur 12). Les avantages ressortent bien de la description. L'invention ne se limite aucunement à celui de ses. modes d' application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses di- verses parties ayant plus spdcialement été indiquées; elle en embrasse au contraire toutesles variantes. -6- REVENDICATIONS -1- Rotor avec dispositif de refroidissement notamment du collec- teur, pour moteurs électriques, son procédé et ses moyens de réa- lisation du type comprenant un ensemble moulé incorporant une douille intérieure (2) de calage sur l'arbre moteur (6), un col- lecteur de courant (3) et des enroulements ou bobinage (5) reliés au collecteur (3), caractérisé en ce que le refroidissement s'opè- re par un pont thermique établi entre la douille intérieure con- ductrice (2) et le collecteur (3) par un ou des moyens conducteurs - uu inc us (1 - C1 - C2) solides ou fluides noyés/au moulage et dont une par- tie est positionnée à proximité immédiate du collecteur (3) mais sans aucun contact avec lui, i'autre pattie étant en contact étroit avec la douille conductrice (2). -2- Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pont thermique entre le collecteur (3) et la douille (2) est obtenu par une pièce métallique (1) mise en place avant moulage et qui comprend une portée int4ieure (la) montée en contact étroit avec la douille intérieure (2), une paroi (lb) sensiblement per- pendiculaire à la portée (la), et une porté extérieure (lc) s' étendant à proximité immédiate du alecteur, sans aucun contact avec lui; des orifices (ld) exécutés sur la paroi (lb) assurant la cohtinuité de moulage. -3- Rotor suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce métallique (1) est isolée électriquement avant moulage, par tous moyens tels que fibre de verre, revêtement e-poxy.. au moins à proximité du collecteur (3). -4- Rotor suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la pièce métallique (1) présente à l'extrémité de sa portée exté- rieure (lc), un bord relevé (le) destiné à renforcer le collec- teur (3) et à rigidifier la pièce (1). -5- Rotor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le pont thermique entre le collecteur (3) et la douille (2) est ob- tenu par un organe (C1) appelé communément "caloduc", qui est noyé au moulage et qui comprend un volume intérieur (7) en con- tact étroit avec la douille (2), un volume extérieur (8) posi- tionné à ptoximité immédiate du collecteur (3) mais sans contact -: / - 7 - avec lui et des branches tubulaires radiales (9) communiquant avec les volumes (7) et (8); l'ensemble étant étanche et rempli partiellement, avant fermeture, d'un fluide déterminé en fonction des températures de fonctionnement du rotor pour se vaporiser ' lorsqu'il est dans le volume chaud (8) et se Iquéfier lorsqu'il est dans le volume (7) froid ou moins chaud, la force entriffge ëntraInantoioUjours la partie liquide du fluide vers le collecteur ou volume chaud. -6- Rotor suivantla revendication 1, caractérisé en ce que le pont thermique entre le collecteur (3) et la douille (2) est ob- tenu par un caloduc (C2) qui est constitué par-des volumes (16 - 17) et des canaux radiaux.(18) formés directement par moulage d'une première partie (13) du rotor et par une pièce métallique.(14) de fermeture, avec tube de remplissage (14e) et orifices (14d) de communication de la résine (15) d'un deuxième moulage avec la ré- sine (13) du premier moulage, les dits orifices (14d) étant posi- tionnés entre les canaux (18). -7- Rotor suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la pièce métallique (14) présente une portée (14a) en contact étroit avec la douille (2), une portée conique (14b) de fermeture des canaux (18) équipée des orifices (14d) et une collerette d'extré- mité (14c) d'appui sur un évidement (13a) de la résine (13) à proximité immédiate du collecteur (3) mais sans-contact avec lui. -8- Procéde de fabrication du rotor selon les revendications t et 6 ensemble, caractétisé en ce que l'on positionne la douille (2) et le collecteur (3) sur un moule inférieur (10), on positionne un moule supérieur (12) contrela douille (2) et autour-du collecteur (3), on injecte ou on coule la matière isolante (13) dans l'espa- ce formé par le moule (10), la douille (2), le moule (12) et le collecteur (3), on remplace le moule (12) par la pièce métallique (14) positionnée autour de la douille (2) et en appui contre la matière isolante (13) en orientant les ìfices (14d) entre.les canaux (18), on positionne les moules (19 - 20) de chaque côté du rotor préformé, on introduit le fluide de transfert de calories dans le caloduc (C2) et on injecte ou-on coule la matière isolante (15) d'enrobage des enroulements (5) et de finition du rotor. - -8- -9- Moyens de réalisation du rotor suivant les revendkations 1 et 6 ensemble, et suivant le procédé de la revendication 8, carac- térisés en ce que le moule supérieur (12) présente du côté en regard de la douille (2) et du collecteur (3), des saillies an- nulaires (12a - 12b) reliées par des tenons radiaux (12c),-qui constituent après enlèvement du moule (12), les volumes ou gorges extérieure (16) et intérieure (-17) ainsi que les canaux (18) for- mant avec la pièce métallique (14), le caloduc (C2) de transfert descalories. -10- Procédé de réalisation du rotor suivant les revendications 1, 5 et 6 ensemble, dans lequel on remplit partiellement les calo- ducs (CI - C2) d'un fluide d'échange thermique dont la température de vaporisation est fonction de la température maximum que le collecteur (3) doit atteindre, caractérisé en ce qu'on opère le remplissage partiel des caloducs, on porte la température des ca- loducs à une valeur à laquelle le fluide d'échange thermique se transforme (ébullition par exemple), ce qui chasse l'air contenu dans le circuit et on obture le circuit lorsqu'il ne reste plus que du fluide en partie liquide et en partie gazeux.