Brevet FR2622064A1 — publié le 19890421

MACHINE lAhCrRIQUE A REPROIDISSEMENT PAR ElvlJlDE LIQUIDE. La présente invention concerne une machine électrique à refroidissement par fluide liquide. Une machine électrique telle qu'un moteur asynchrone s'échauffe habituellement au cours de son fonctionnement. Cet échauffement est dû aux pertes statoriques et rotoriques. La chaleur produite par cet échauffement peut entrainer des dégâts importants dans ce moteur et voire même sa destruction. Plusieurs solutions ont été proposées et utilisées pour une évacuation de cette chaleur. Les unes sont basées sur une conduction thermique des organes de ce moteur pour guider cette chaleur de l'intérieur du moteur vers sa carcasse extérieure afin de ltévacuer dans l'atmosphère ambiante. Les autres sont fondées sur une convection forcée de l'air à l'intérieur de ce moteur pour transférer cette chaleur Jusqu'à la carcasse de celui-ci et une convection naturelle ou forcée de l'air à l'extérieur pour évacuer cette chaleur de cette carcasse dans l'atmosphère ambiant. Cependant ces solutions connues se révèlent peu efficaces ou insuffisantes lorsque la quantité de chaleur devient trop importante. Te fonctionnement des machines électriques connues et leur durée de vie même, en subissent des mauvaises conséquences. La présente invention visant à éviter ces inconvénients, permet de réaliser une machine électrique à refroidissement par fluide liquide, économique et efficace dans l'évacuation de la chaleur produite par ses pertes statoriques et rotoriques. Selon l'invention, une machine électrique à refroidissement par fluide liquide, est caractérisée en ce qu'elle comprend d 'une part dans la partie inférieure de son carter, une réserve d'un liquide de refroidissement, et d'autre part deux disques de projection de ce liquide de refroidissement sur ses stator et bobinages statoriques, qui sont coaxialement fixés sur un arbre de cette machine électrique, à proximité des extrémités de ces bobinages statoriques, et dont les parties inférieures des bords sont plongées dans cette réserve de ce liquide de refroidissement. Pour mieux faire comprendre l'invention on en décrit ci-après un exemple de réalisation illustré par un dessin ci-annexé représentant un moteur électrique qui entraîne une pompe. La présente Invention est applicable à toute machine électrique à refroidissement par fluide liquide. Dans l'exemple illustré la machine électrique est un moteur électrique 1 qui entraîne une pompe haute-pression schématiquement représentée en 2 et destinée à des nettoyeurs haute-pression ou hydro-nettoyeurs non représentés. La pompe haute-pression 2 et les hydro-nettoyeurs qui sont ceux de types connus et qui ne font pas partie de la présente invention, ne sont pas décrits en détail dans la suite. Le moteur électrique 1 comprend un corps 3 muni d'une part sur une première face dans la périphérie, d'un rebord cyllndrique 4 et de pieds longitudinaux non représentés destinés à une fixation d'un stator 5, et dans le centre, d'un moyeu axial 6 dans lequel sont montes des roulements à rouleaux ou à billes ou des paliers 7, 8 d'un arbre 9 du moteur, dont une extrémité porte un rotor 10, et d'autre part sur une deuxième face, d'une chambre axiale tubulaire ouverte 13 servant de corps de pompe et renfermant des organes de la pompe 2 dont l'élément rotatif 12 est monté sur la deuxième extrémité de l'arbre 9. Sur le rebord cylindrique 4 du corps 3 est monté un carter cylindrique 15, rendu étanche par un joint d'étanchéité 14. Ce carter 15 protège le stator 5 et le rotor 10 du moteur 1.Le moteur électrique 1 fonctionne normalement en position horizontale ou en position inclinée suivant un angle inférieur à 45 degrés. Le stator 5 est pourvu de bobinages statoriques 20. La corps 3 du moteur électrique 1 est réalisé, en un matériau bon conducteur de la chaleur et résistant au fluide véhiculé par la pompe 2. Selon une caractéristique importante, la machine électrique ou moteur 1 comprend d'une part dans la partie inférieure de son carter 15, une réserve 17 d'un liquide de refroidissement 23 et d'autre part deux disques de projection 18, 19 de ce liquide de refroidissement 23 sur le stator 5 et les bobinages statoriques 20, et dont les parties inférieures des bords 21 sont immergées dans cette réserve 17 de ce liquide de refroidissement 23. Le carter 15 et les disques de projection 18,19 sont constitués en un matériau résistant au liquide de refroidissement 23 et bon conducteur de la chaleur, tel que acier, aluminium, cuivre, etc. La réserve 17 de refroidissement 23 comprend un niveau 22 qui se trouve de préférence au-dessous de la génératrice la plus basse du rotor 10 du moteur électrique 1. Une partie des bobinages statoriques 20 est ainsi complètement immergée dans cette réserve 17, de liquide de refroidissement. Dans l'exemple illustré, les disques de projection 18, 19 du liquide de refroidissement 23 ont une forme générale d'une coupelle à large bord retourné. Lors d'un fonctionnement du moteur électrique 1 l'arbre 9 tourne et entraîne les disques de projection 18, 19 qui, par leurs bords retournés 21, recueillent du liquide de refroidissement 23 dans la réserve 17, le projettent en pluie 24 sur le stator 5 et les bobinages statoriques 20 et créent en même temps un brouillard de fines gouttelettes 25 au-dessus de la réserve 17 de liquide de refroidissement 23. Le liquide refroidissement 23 est constitué par un liquide isolant électrique, bon conducteur de la chaleur, et non corrosif vis-à-vis des bobinages statoriques 20 et d'autres organes de ce moteur 1. Ce liquide de refroidissement 23 peut être une huile minérale pour moteur ou tout autre liquide approprié.Le liquide de refroidissement en pluie 24 projeté sur le stator 5 et les bobinages 20 se faufile dans les Interstices de ceux-ci, et enlève efficacement de la chaleur qui y est produite, avant de retomber dans la réserve 17, d'y laisser de la chaleur emportée qui s'évacue à travers le carter 15 et le corps 3, et de recommencer un autre cycle tandis que le liquide de refroidissement en brouillard 25, formé au-dessus de la réserve 17, complète l'action du liquide de refroidissement en pluie 24 et celle d'une évacuation par conduction thennique des pertes rotoriques A travers l'arbre 9, et en premier lieu à travers les disques de projection 18, 19, la réserve 17 de liquide de refroidissement et les corps 3 et carter 15 et en deuxième lieu à travers les roulements ou paliers 7 et 8 et les corps 13 et carter 15, en transférant efficacement par conduction, la chaleur produite par le moteur 1 vers les corps 3 et carter 15 de ce moteur 1. On constate en effet dans un moteur électrique 1 du type illustré, que les pertes statoriques sont de l'ordre de deux tiers en pertes "Joule" dans les bobinages ou enroulements statoriques 20 et de tordre d'un tiers en pertes "fer" dans le stator 5, et que des pertes rotoriques sont principalement des pertes par effet Joule. En outre dans les pertes "Jouie" statoriques, les deux tiers environ de celles-ci sont produites dans les chignons ou extrémités des bobinages statoriques 20. Une immersion d'une partie du stator 5 et des bobinages statoriques 20 dans la réserve 17 de liquide de refroidissement 23, et une projection de liquide de refroidissement 23 par les disques 18, 19 dans le moteur 1 pour former une pluie 24 sur les bobinages 20 et un brouillard 25 dans le carter 15 permettent une évacuation efficace de la chaleur produite par le moteur 1, et ne laissent qu'une Infime partie de cette chaleur, évacuée par conduction à travers l'arbre 9, les paliers 7, 8 et les corps 3 et carter 15 du moteur.Il en résulte que les roulements ou paliers 7 et 8 sont soumis à un très faible échauffement et ont vu allongée leur durée de vie et que le stator 5, le rotor 10 et les bobinages statoriques 20 qui sont largement et efficacement refroidis, ne sont sujets ni à des dommages thermiques ni à sa destruction, rencontrés dans des machines électriques connues rappelées dans un paragraphe précédent. Selon une autre caractéristique, dans la machine électrique 1, le liquide de refroidissement 23 sous ses formes de liquide 17, de pluie 24 et de brouillard 25 est refroidi par un courant de fluide refroidissant 26 venant d'une source extérieure à cette machine. Dans l'exemple illustré, ce courant de fluide refroidissant 26 est isolé du liquide de refroidissement 23 et guidé dans son trajet à l'intérieur du moteur électrique 1 par un élément tubulaire bon conducteur thermique formant un serpentin 27, disposé dans l'espace entre le stator 5 et le carter 15 de ce moteur, coaxialement avec ces derniers, et s'étendant sur le long de ce stator 5 et des bobinages statoriques 20. Selon cette disposition, une partie du serpentin 27 est immergée dans la réserve 17 de liquide de refroidissement 23 et les autres parties de ce serpentin 27 sont enveloppées par du liquide de refroidissement en pluie 24 et en brouillard 25 projeté par les disques de projection 18, 19.Un large contact thermique entre le fluide refroidissant 26 et le liquide de refroidissement 23 du moteur électrique 1 est ainsi réalisé, à travers les parois bonnes conductrices thermiques du serpentin 27, ce qui permet une évacuation rapide efficace et intensive vers l'extérieur, de la chaleur produite par le moteur 1 en fonctionnement, en parallèle avec une évacuation par convection, conduction à travers le corps 3 et le carter 15 de ce moteur. Le serpentin 27 est relié par ses extrémités à une buse d'entrée 29 et une buse de sortie 30 respectivement formées dans le carter 15 du moteur 1. La buse d'entrée 29 est munie d'un filtre 31 qui retient des corps étrangers solides éventuellement entraînés par le courant de fluide refroidissant 26. Le fluide refroidissant 26 est constitué par un liquide identique à celui véhiculé par la pompe 2. Dans l'exemple illustré le fluide refroidissent 26 est de l'eau qui est également un fluide véhiculé par la pompe 2 entrainée par le moteur électrique 1. A cet effet la buse d'entrée 29 du serpentin 27 est branchée A une source d'eau non représentée tandis que la buse de sortie 30 est reliée à l'entrée de la pompe 2. Dans l'exemple illustré, le carter 15 du moteur électrique 1 comprend un dispositif purgeur d'air 33 et une ouverture 34 de remplissage en liquide de refroidissement 23, fermé par un dispositif 35 qui sert à la fois de couvercle et de moyen de contrôle de niveau de liquide à l'intérieur de ce carter 15. Un joint d'étanchéité au liquide 36 est monté dans le moyeu 6 du corps 3 du moteur 1, entre les deux roulements ou paliers 7 et 8, pour Isoler les enceintes du moteur électrique 1 et de la pompe 2 et empêcher entre le moteur 1 et la pompe 2 toute fuite de liquide à travers ce moyeu 6. Pour éviter des problèmes découlant d'une condensation de la vapeur d'eau à l'intérieur du carter 15, le moteur électrique 1 est construit de manière à avoir une enceinte étanche à l'air et au liquide. L'air peut alors être évacué de cette enceinte et le carter 15 peut être rempli, au-dessus de la réserve 17 de liquide de refroidissement 23, d'un gaz neutre tel que l'azote. Selon une variante de réalisation non représentée, l'arbre 9 du rotor 10 est supporté d'une part par un premier roulement ou palier monté dans le moyen 6 du corps 3 comme celui indiqué en 7 dans l'exemple illustré et d'autre part par un deuxième roulement ou palier maintenu en position par un fond 40 du carter 15. REVENDICATIONS 1. Machine électrique à refroidissement par fluide liquide, caractérisée en ce qu'elle comprend d'une part dans la partie inférieure de son carter (15), une réserve (17) d'un liquide de refroidissement (23) et d'autre part deux disques de projection (18, 19) de ce liquide de refroidissement (23) sur ses stator (5) et bobinages statoriques (20), qui sont coaxialement fixés sur un arbre (9) de cette machine électrique, à proximité des extrémités de ces bobinages statoriques (20), et dont les parties inférieures des bords (21) sont plongées dans cette réserve (17) de ce liquide de refroidissement (23). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les disques de projection (18, 19) de ce liquide de refroidissement (23) sont constitués en un matériau résistant à ce liquide de refroidissement (23) et bon conducteur de la chaleur. 3. Machine selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les disques de projection (18, 19) de liquide de refroidissement (23) ont une forme générale d'une coupelle à large bord retourné. 4. Machine selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le liquide de refroidissement (23), sous ses formes de liquide (17), de pluie (24), de brouillard (25), est refroidi par un courant d'un fluide refroidissant (26) venant d'une source extérieure à cette machine. 5. Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que le courant de fluide refroidissant (26) est isolé du liquide de refroidissement (23) et guidé dans son trajet à l'intérieur de cette machine, par un élément tubulaire bon conducteur thermique formant un serpentin (27) disposé dans l'espace entre le stator (5) et le carter (15), coaxialement avec ces derniers et s'étendant sur le long de ces stator (5) et bobinages statoriques (20). 6. Machine selon l'une des revendications 4 et 5, destinée à l'entraînement d'une pompe (2), caractérisée en ce que le fluide refroidissant (26) est constitué par un liquide identique à celui véhiculé par cette pompe (2). 7. Machine selon l'une des revendications 4, 5 et 6, caractérisée en ce que le fluide refroidissant (26) est constitué par de l'eau. 8. Machine selon l'une des revendications 1 à 7, comportant un corps (3) muni d'un rebord cylindrique (4) destiné A une fixation du carter (15), et d'un moyeu central (6) destiné au montage d'un ou des roulements ou paliers de l'arbre (9) de la machine, caractérisée en ce que l'enceinte de la machine électrique (1) est rendue étanche au liquide et A l'air par des joints d'étanchéité (14, 36) respectivement montés entre le corps (3) et le carter (15) et entre le corps (3) et l'arbre (9) de la machine. 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'enceinte de la machine (1) est vidée d'air et remplie d'un gaz neutre tel que azote dans l'espace au-dessus de la réserve (17) de liquide de refroidissement (23). 10. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que le liquide de refroidissement (23) est un liquide isolant électrique, bon conducteur de la chaleur et non corrosif vis-å-vis des bobinages statoriques (20) et des organes de la machine (1.)