Brevet FR2517136A1 — publié le 19830527

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE A MONOPALIER La présente invention concerne une machine électrique tournante à monopalier. Au cours de son fonctionnement, une machine électrique tournante dégage habituellement une quantité importante de chaieur. Une insuffisance de refroidissement de la machine risque de la détériorer prématurément. Jusqu'à présent les solutions connues de refroidissement des machines électriques tournantes n'ont pas apporté tous les résultats attendus. Cela est dû principalement à une mauvaise évacuation de la chaleur consécutive à une mauvaise circulation de l'air de refroidissement. Certaines de ces solutions connues entraînent en outre une augmentation de l'encombrement axial de la machine. La présente invention ayant pour but d'éviter ces inconvénients permet de réaliser une machine électrique tournante économique à moopalier ayant une structure perfectionnée favorisant une évacuation efficace de la chaleur, présentant un encombrement axial réduit et un faible entrefer rotorique donnant un bon rendement. Une machine électrique tournante à monopalier réalisée selon l'invention comprend des moyens réalisant d'une part une isolation spatiale entre les courants d'air frais aspirés et les courants d'air chaud expulsés, effectuant son refroidissement, et d'autre part une grande surface d'échange thermique et une longue durée de contact entre cette surface et ces courants d'air frais, aspirés et un temps réduit de contact entre cette surface et ces courants d'air chaud expulsés. Pour mieux faire comprendre l'invention on décrit ci-après un certain nombre d'exemples de réalisation de l'invention, illustrés par des dessins ci-annexés dont - la figure I représente une vue schématique en coupe verticale d'une machine électrique tournante à monopalier selon un exemple de réalisation de l'invention, et montrant des canaux de refroidissement ouverts, - la figure 2 représente une vue schématique en coupe verticale d'une machine électrique tournante à monopalier selon un autre exemple de réalisation de l'invention, et -la figure 3 représent une vue partielle en perspective du corps de la machine de la figure 2. Une machine électrique tournante à monopalier 1 réalisée selon l'invention comprend un stator 2, un rotor 3, un corps 4 en forme d'une cuvette constituant à la fois une carcasse 5 pour le montage du stator 2, un flasque intégré d'extrémité 6 et un long palier intégré 7 formant un monopalier qui supporte un arbre s du rotor 3. Le rotor 3 porte des ailettes de refroidissement 9 à son extrémité avoisinant le flasque intégré 6 et le monopalier 7 et une turbine de refroidissement 10 à son extrémité opposée à celle portant le monopalier 7. Durant son fonctionnement, la machine tournante I s'échauffe.Pour la refroidir, les ailettes 9 et la turbine 10 de son rotor 3 font circuler de i:air à l'intérieur de la machine en creant une pression à l'intérieur, au niveau des têtes des bobinages 11 de son stator 2 et par conséquent une depression à l'entrée axiale du corps 4, qui appelle de l'air frais. Afin d'obtenir une évacuation efficace et rapide de la chaleur, la machine tournante 1 comprend selon une caracteristique importante de l'invention, des moyens réalisant d'une part une isolation spatiale entre les courants d'air frais aspirés et les courants d'air chaud expulsés, effectuant son refroidissement, et d'autre part, une grande surface d'échange thermique entre la machine 1 et le milieu extérieur, une longue durée de contact entre cette surface et ces courants d'air frais aspirés, et un temps réduit de contact entre cette surface et ces courants d'air chaud expulsés. Selon une autre caractéristique de l'invention, la machine tournante 1 comprend des moyens assurant une alimentation axiale en air frais de la turbine de refroidissement 10 du rotor 3 tout en donnant un encombrement axial réduit à la machine tournante 1.Pour cet effet, dans l'exemple illustré, le corps 4 de la machine 1 comprend sur sa surface extérieure des canaux longitudinaux destinés respectivement les uns 12 à la circulation des courants d'air frais aspirés et les autres 13 à la circulation des courants d'air chaud expulsés. Ces courants d'air frais et d'air chaud sont ainsi isolés spatialement les uns des autres par des cloisons radiales longitudinales espacées 14 qui définissent ces canaux et par au moins un bord transversal extérieur circulaire d'extrémité 15. Les canaux 12 pour courants d'air frais sont ouverts à leurs deux extrémités soit à travers des fenêtres 17 percées dans les deux bords transversaux d'extrémité 15 du corps 4, soit sur un côté à travers des fenêtres 17 percées dans un bord d'extrémité 15 et sur le côté opposé à travers des espaces laissés libres entre les cloisons longitudinales 14, par une absence de bord d'extrémité 15 du corps 4. Les canaux 13 pour courants d'air chaud sont d'une part fermés au moins à l'une de leurs extrémités, par le bord transversal d'extrémité du corps 4, et d'autre part ouverts vers l'intérieur de la machine tournante 1, au niveau des têtes de bobinages 11 du stator 2 et des ailettes 9 et turbine de refroidissement 10 respectivement par des fenêtres 18 et 19 percées dans la paroi du corps 4. Le corps 4 est fermé du côté de son ouverture 16, opposé à celui de son flasque intégré 6, d'une part par un capot 30 et/ou un bâti 32 d'un appareil sur lequel est montée cette machine électrique et d'autre part par un couvercle 20 muni d'un trou central 21. Un déflecteur 22 ayant une dimension plus grande que celle du trou 21 tournant avec l'arbre 8 permet de renvoyer à la périphérie du couvercle 20 ou corps 4 de la machine, les liquides ou corps étrangers qui pénètrent éventuellement dans celle-ci à travers l'espace libre 31 défini par le capot 30 et le bord transversal 15 du corps 4.Le couvercle 20 le déflecteur 22 et le capot 30 sont axialement espacés les uns par rapport aux autres pour former un passage circulaire 23 pour une entrée axiale d'air frais par le trou 21 dans la turbine de refroidissement 10, fixée sur le rotor 3 à proximité de ce couvercle 20. Quand la machine tournante 1 fonctionne la turbine 10 aspire de l'air frais qui entre dans la machine 1 par le passage circulaire 23. Cet appel d'air crée des courants d'air frais non seulement dans la zone immédiate enveloppant le couvercle 20 et le capot 30 mais également à travers les fenêtres 17 du bord 15 et sur le long des canaux longitudinaux 12. L'air frais aspiré et refoulé par la turbine 10 sur les différentes parties échauffées de la machine tournante 1 et notamment sur les bobinages chauds 1 1 du stator 2, leur enlève de la chaleur et forme ensuite des courants d'air chaud qui sont expulsés radialement à travers les fenêtres 19 des canaux longitudinaux 13 pour courants d'air chaud. En même temps les ailettes de refroidissement 9 aspirent de l'air frais par les ouvertures 24 du flasque intégré 6, le refoulent sur les bobinages 11 et créent des courants d'air chaud qui sont expulsés radialement à travers les fenêtres 18 des canaux longitudinaux 13 pour courants d'air chaud. Les cloisons longitudinales 14 et le ou les bords d'extrémité 15 du corps 4 séparent ainsi les courants d'air frais et les courants d'air chaud. L'efficacité du refroidissement de la machine tournante 1 est ainsi fortement augmentée par rapport à celle réalisée dans des machines tournantes connues où les courants d'air chaud refoulés se mélangent facilement aux courants d'air frais aspirés. En outre dans la machine tournante 1, les courants d'air frais se déplaçant le long des canaux longitudinaux 12 ont une durée de contact d'échange thermique relativement longue avec le corps 4, son bord d'extrémitél5et les cloisons longitudinales 14 qui jouent en même temps le rôle d'aillettes de radiation thermique tandis que les courants d'air chaud projetés radialement à travers les fenêtres 18 et 19 ont un contact assez bref avec ces derniers. Une longue durée de contact d'échange thermique entre la machine et les courants d'air frais, renforce l'efficacité et augmente la rapidité de l'évacuation de la chaleur dégagée par la machine tournante 1. Les nombreuses cloisons longitudinales 14, les bords transversaux 15 et le corps 4 forment d'ailleurs une grande surface d'échange thermique entre la machine et le milieu extérieur. Selon un premier exemple de réalisation de l'invention illustré dans la figure 1, dans le corps 4 les canaux longitudinaux 12 et 13 sont ouverts sur toute leur longueur. Les canaux 12 pour courants d'air frais sont ouverts également à leur extrémité tandis que les canaux 13 pour courants d'air chaud sont fermés à une de ses extrémités par le bord 15 du corps 14. Le corps 4 est muni de pattes de fixation 26. Dans un deuxième exemple de réalisation de l'invention, illustré dans les figures 2 et 3, les canaux 12 pour courant d'air frais sont ouverts aux deux extrémités comme ceux du premier exemple mais fermés latéralement à partir du bord 15 sur une partie 25 de leur longeur. La partie fermée latéralement 25 contribue non seulement à isoler davantage spatialement les courants d'air chaud expulsés et les courants d'air frais aspirés mais permet également d'augmenter la surface d'échange thermique de la machine avec ces courants d'air frais aspirés. L'efficacité du refroidissement de la machine 1 est ainsi encore renforcée. Dans ce deuxième exemple, les canaux pour air chaud 13 sont comme ceux du premier exemple, ouverts latéralement sur toute leur longueur et à l'une de leurs extrémités et fermés à l'autre de leurs extrémités par le bord 15 du corps 4. Dans une variante de réalisation non représentée, les canaux 13 pour courants d'air chauds expulsés sont ouverts latéralement sur toute leur longueur mais fermés à leurs deux extrémités respectivement par le bord d'extrémité 15 et un bord d'extrémité non représenté du corps 4 interrompu aux endroits occupés par les canaux 12 pour les courants d'air frais aspirés. Dans cette variante de réalisation de l'invention, les courants d'air chaud expulses sont séparés des courants d'air frais aspirés empruntant les canaux 12 et ceux aspirés par des ailettes 9 et de turbine 10 du rotor 3. L'efficacité du refroidissement de la machine tournante 1 est ainsi encore renforcée. Grâce à la structure de la machine 1 décrite ci-dessus et notamment celle du corps 4 et de ses couvercles 20 et capot 30, la machine tournante 1 dont le rotor 3 est munie d'une turbine d'air de refroidissement 10 a un encombrement axial nettement plus faible que celui des machines tournantes connues à turbine d'air de refroidissement alimenté par une entrée axiale d'air. En effet la machine tournante 1 ne comporte à proximité de sa turbine 10 ni dispositif encombrant connu de canalisation d'air vers le centre de cette turbine ni deuxième palier qui augmente son encombrement axial, le couvercle 20 servant de déflecteur pouvant être rapproché au maximum de la turbine 10. La structure du corps 4 de la machine tournante à monopalier 1 permet en outre d'obtenir facilement par un usinage effectué dans une même pièce, une grande précision de centrage du stator 2 et du rotor 3 autrement dit un entrefer rotorique minimal, et par conséquent un excellent rendement de la machine tournante 1. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante à monopalier ayant un corps (4) en forme de cuvette constituant à la fois une carcasse (5) pour le montage d'un stator (2), un flasque intégré d'extrémité (6) et un long palier (7) pour l'arbre (8) d'un rotor (3), caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens (12, 13, 14, 15, i6, 17, 18,19, 24) réalisant d'une part une isolation spatiale entre les courants d'air frais aspirés et les courant5d'air chaud expulsés, effectuant son refroidissement, et d'autre part une grande surface d'échange thermique entre la machine (1) et le milieu extérieur, une longue durée de contact entre cette surface et ces courants d'air frais aspirés et un temps réduit de contact entre cette surface et ces courants d'air chauds expulsés. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce quelle comprend un corps (4) ayant des canaux longitudinaux destinés respectivement les uns (12) à une circulation des courants d'air frais aspirés et les autres (13) à une circulation des courants d'air chaud expulsés. 3. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'elle comprend sur la surface extérieure de son corps (4), des cloisons radiales longitudinales espacées (14) et au moins un bord transversal, extérieur, circulaire d'extrémité (15) définissant des canaux longitudinaux (12, 13) et assurant une isolation spatiale des courants d'air frais aspirés et des courants d'air chaud expulsés effectuant le refroidissement de la machine (1). 4. Machine selon l'une des revendlcations 2 et 3, caractérisée en ce qu'elle comprend dans son corps (4) des canaux longitudinaux (12) ouverts latéralement sur toute leur longueur et à leurs deux extrémités, destinés à la circulation des courants d'air frais aspirés, et des canaux longitudinaux (13) qui, ouverts latéralement sur toute leur longueur, fermés au moins à l'une de leurs extrémités, et ouverts vers l'intérieur de la machine (1), au niveau des têtes des bobinages (11) du stator (2) et des ailettes (9) et turbine (10) de refroidissement, par des fenêtres (18, 19) percées dans la paroi de ce corps (4), sont destinés à la circulation des courants d'air chaud expulsés. 5. Machine selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce qu'elle comprend dans son corps (4) des canaux longitudinaux (12) fermés latéralement sur une partie (25) de leur longueur et ouverts à leurs deux extrémités, destinés à la circulation des courants d'air frais aspirés, et des canaux longitudinaux (13) fermés au moins à une de leurs extrémités et ouverts latéralement sur toute leur longueur, destinés à la circulation des courants d'air chaud expulsés. 6. Machine selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisée en ce qu'elle comprend dans l'extrémité du corps (4) opposée au flasque intégré (6) un couvercle (20) à trou central (21) un déflecteur (22) et un capot (30), axialement espacés, fermant l'ouverture (16) de ce corps (4) et définissant une entrée axiale (23) pour courants d'air frais, dans une turbine (10) adjacente, portée par le rotor (3).