Brevet FR2525830A1 — publié le 19831028

Machine électrodynamique refroidie par un liquide. La présente invention a pour objet une machine électrodynamique refroidie par un liquide contenu dans un carter dans lequel est monté un stator dont la paroi périphérique interne coopère avec la paroi périphérique externe d'un rotor immergé monté tournant dans le carter pour définir entre elles un entrefer. La présente invention vise plus particulièrement les moteurs électriques synchrones à aimants, et plus particulièrement les moteurs dont le rotor est immergé dans un liquide de refroidis- sement. Les machines électrodynamiques consistent essentiellement en un rotor et un stator qui comportent des éléments conducteurs qui dégagent de la chaleur Pour augmenter le courant circulant dans le rotor et/ou le stator et améliorer le rendement de ces machi- nes, il est nécessaire d'assurer l'évacuation de la chaleur dé- gagée par la résistance des conducteurs à la circulation du cou- rant et des pertes fer Dans ce but, on a proposé de refroidir les machines par refoulement d'air dans les encoches du rotor et autour de la périphérie de ce dernier L'inconvénient de ces systèmes est que le transfert de chaleur entre les conducteurs qui dégagent de la chaleur et l'air est insuffisant pour assurer un refroidissement convenable. On a également proposé d'effectuer le refroidissement à l'aide d'un liquide, mais les solutions adoptées n'ont pas donné les résultats attendus pour les raisons suivantes: lorsque le li- quide de refroidissement pénètre dans l'entrefer séparant le ro- tor et le stator, il en résulte une amélioration de l'efficacité du refroidissement, mais les pertes par freinage de la rotation sont importantes et sont la cause de pertes de puissance Les systèmes qui empêchent le liquide de pénétrer dans l'entrefer compris entre le rotor et le stator le font en canalisant le fluide de refroidissement sur une partie restreinte du rotor et 4 m 3 m O 2 - utilisent le transfert de la chaleur des conducteurs vers le liquide de refroidissement par la structure de fixation de ces conducteurs Dans ces systèmes, les pertes de puissance sont réduites mais l'efficacité du refroidissement est faible sion la compare avec celle obtenue lorsque le liquide est en contact avec l'ensemble des corps chauds. Le refroidissement des parties internes par des agents liquides ou gazeux nécessite également le plus souvent des dispositions géométriques particulières telles que rainures, fentes, conduc- teurs creux, arbres creux, de façon à obtenir l'effet de refroi- dissement le plus efficace, qui sont fort couteuses à réaliser. De plus, à ces dispositions géométriques, on associe générale- ment des dispositifs de mise en mouvement du liquide de refroi- dissement et des appareillages de surveillance et de régulation. L'invention a pour but de proposer une machine électrodynamique refroidie par liquide dans laquelle les pertes de puissance utiles sont rendues négligeables ou maintenues à une valeur souhaitée. Dans ce but, l'invention propose ure machine électrodynamique du type décrit plus haut, caractérisée en ce que les parois périphé- riques interne et externe du stator et du rotor sont cylindriques et leur surface en contact avec le liquide de refroidissement est continue et lisse. On comprend que grâce à une telle caractéristique, les pertes énergétiques dues au laminage du liquide de refroidissement sont réduites à un niveau négligeable et que le contact de ce dernier avec les corps chauds à refroidir est grandement amélioré. On décrira maintenant à titre d'exemple un mode de réalisation de la présente invention en se référant aux dessins annexés dans lesquels 493 S1676 -3- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine électro- dynamique selon la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe axiale du rotor de la machine représentée à la figure 1; la figure 3 est une vue en coupe selon la ligne 3-3 de la figure 2 la figure 4 est une vue en coupe'axiale du stator de la machine représentée à la figure 1; et la figure 5 est une vue en coupe selon la ligne 5-5 de la figure 4. La machine électrodynamique 10, représentée à la figure 1, com- prend un carter 12 dans lequel est monté un stator 14 dont la rerei réripb Aririe interne 16 coopère avec la paroi périphérique externe 20 d'un rotor 18 monté dans le carter 12 pour définir entre elles un entrefer 22 Le rotor 18 est monté tournant dans le carter 12 au moyen de deux paliers 24 et 26 comportant chacun un roulement. La cavité interne 32 du carter 12 dans laquelle sont montés le stator 14 et le rotor 18 est remplie avec un liquide de refroi- dissement qui peut être par exemple de l'huile ou de l'eau Le rotor 18 ainsi que l'ensemble du stator 14 sont ainsi complètement immergés dans le fluide de refroidissement qui peut être intro- duit dans la cavité 32 grâce à des conduits 34. Le stator 14 représenté aux figures 4 et 5 comprend un enroulement principal de stator 36 disposé dans des encoches 38 et des canaux de refroidissement axiaux 40 dans lesquels le liquide de refroi- dissement peut circuler. 4 _ Selon l'invention, la paroi périphérique interne 16 dll stator A 4 est cylindrique et sa surface est lisse et continue Dans le mode de réalisation représente, et comme on peut le constater à la figure 5, la paroi interne 16 est obtenue par surmoula(e d'un matériau 42 qui vient remplir les parties débouchantes des enco- ches 38 A titre de variante possible et comme on l'a représenté, sur un quart de la circonférence le matériau de surmoulage peut recouvrir la totalité de la paroi périphérique interne du stator. Si l'état de la surface ainsi obtenue par surmoulage n'est-pas parfait, il peut être amélioré par une reprise d'usinage du sta- tor 14 à l'aide de tous moyens appropriés. Le rotor 18 représenté aux figures 2 et 3 est constitué par un empilement de tôles magnétiques 44 enfilées sur un arbre 46 et maintenues serrées par des tirants 48 entre deux flasques amagnétiques 50 et 52 Comme représenté, le flasque 50 peut être venu de matière avec l'arbre 16 Le rotor 18 comprend également des aimants 51 montés dans des encoches 53 Le main- tien des aimants 51 dans les encoches 53 est obtenu grâce à des éléments 54 rapportés dans des évidements 56 formés aux extrémi- tés des encoches 53. Selon l'invention, la paroi périphérique externe 20 du rotor 18 est cylindrique et sa surface est lisse et continue Dans lemode de réalisation représenté, la paroi externe 20 lisse et continue a été obtenue par surmoulage d'un matériau notamment dans les évidements 56, le matériau de surmoulage étant dans ce cas cons- titutif des éléments 54 La parfaite continuité de la surface a en outre été assurée par une reprise d'usinage de la surface externe du rotor après surmoulage. Selon une autre caractéristique de l'invention, et afin d'amélio- rer encore le refroidissement du moteur, les deux faces radiales 58, 60 latérales, délimitant axialement le rotor 18, sont lisses et continues Dans le mode de réalisation représenté, les faces latérales 58 et 60 sont constituées par les faces externes des flasques latéraux 50 et 52. -5- La disposition des formes et des surfaces définissant l'entrefer et en contact avec le liquide est ainsi calculée pour que L,'éner- gie absorbée par frottement visqueux entre le liquide et les par- ties tournantes soient inférieures à une valeur souhaitée, géné- ralement imposée par le cahier des charges, et ce pour des hautes vitesses de rotation y compris la vitesse maximum. Afin d'assurer un meilleur refroidissement de la machine élec- trodynamique 10, il est souhaitable que le liquide de refroidis- sement remplisse complètement la cavité 32 et que celle-ci soit parfaitement purgée de l'air qu'elle pourrait contenir Etant données les bonnes performances de refroidissement obtenues dans les machines réalisées selon les enseignements de la présente invention, il n'est généralement pas nécessaire de prévoir une circulation du fluide à l'extérieur du carter dans un échangeur thermique, il suffit que les conduits 34 soient reliés à un dis- positif tampon (non représenté) permettant d'absorber les dila- tations du liquide de refroidissement Toutefois, dans certaines applications, un échangeur externe peut s'avérer nécessaire Dans ce cas, la circulation du liquide peut être obtenue par tout dis- positif permettant d'engendrer une vitesse suffisante de la cir- culation du liquide. 493 " -6 6 REVENDICATIONS 1 Machine électrodynamique ( 10) refroidie par un liquide con- tenu dans un carter ( 12) dans lequel est monté un stator ( 14) dont la paroi périphérique interne ( 16) coopère avec la paroi périphérique externe ( 20) d'un rotor( 18) montétournant dans ledit carter ( 12) pour définir entre elles un entrefer ( 22), caracté- risée en ce que lesdites parois périphériques ( 16, 20) dont cylindriques et en ce que leur surface en contact avec le liquide de refroidissement est continue et lisse afin de minimiser les pertes énergétiques dues au laminage du liquide de refroidisse- ment. 2 Machine électrodynamique selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que ladite paroi périphérique interne ( 16) du stator ( 14) est obtenue par surmoulage. 3 Machine électrodynamique selon la revendication 1, caractéri- sée en ce que ladite paroi périphérique externe ( 20) du rotor ( 18) est obtenue par surmoulage. 4 Machine électrodynamique selon la revendication 1 ou 2, carac- térisée en ce que ladite paroi périphérique interne ( 16) du sta- tor ( 14) est obtenue par reprise d'usinage. Machine électrodynamique selon la revendication 1 ou 3, carac- térisée en ce que ladite paroi périphérique externe ( 20) du rotor ( 18) est obtenue par reprise d'usinage. 6 Machine électrodynamique selon l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisée en ce que les deux faces radiales latérales ( 58 -60) délimitant axialement ledit rotor sont lisses et continues. 4595 i 17 n