Brevet FR2835109A1 — publié le 20030725

La présente invention concerne le refroidissement des machines électriques tournantes. L'invention a notamment pour objet une nouvelle machine électrique tournante dans laquelle l'évacuation de la chaleur dégagée par le fonctionnement de la machine est améliorée, tout en étant d'un encombrement relativement réduit, compatible par exemple avec son transport par la route et son installation au sommet d'une éolienne. Cette machine peut se caractériser, selon un aspect de l'invention, par le fait qu'elle comporte un rotor et un stator, le stator comportant au moins une enceinte apte à contenir un liquide de refroidissement et une pluralité de tubes s'étendant à l'intérieur de ladite enceinte, pour échanger de la chaleur avec le liquide de refroidissement, ces tubes étant disposés de manière à être parcourus par de l'air mis en mouvement par au moins un ventilateur. Une telle disposition des tubes permet de refroidir d'une manière efficace la machine sans que son encombrement devienne excessif. Dans une réalisation particulière, le ventilateur est entraîné en rotation par le rotor. Cela peut être le cas lorsque le ventilateur est disposé à l'intérieur de la carcasse de la machine. La machine peut comporter plusieurs rangées de tubes disposées concentriquement. Le circuit magnétique du stator peut être disposé au contact d'une paroi délimitant l'enceinte. Ainsi, l'évacuation des calories peut également s'effectuer par conduction, du circuit magnétique vers le liquide circulant dans l'enceinte. L'enceinte peut présenter, dans le sens radial, une dimension non constante. Cela peut permettre de créer un ou plusieurs espaces supplémentaires pour loger des tubes. La machine peut comporter une première paroi comportant au moins deux portions planes sensiblement perpendiculaires entre elles, disposées en regard d'une portion sensiblement cylindrique d'une deuxième paroi, les deux parois délimitant entre elles l'enceinte, les deux portions sensiblement perpendiculaires entre elles pouvant se raccorder par une portion oblique. Des cloisons peuvent être disposées dans l'enceinte, de manière à créer des chicanes allongeant le trajet du liquide circulant dans l'enceinte. Les tubes peuvent présenter chacun une surface intérieure recouverte d'une résine isolante électriquement. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'un exemple de mise en oeuvre non limitatif, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 est une coupe axiale, schématique et partielle, d'un exemple de machine conforme à l'invention, - la figure 2 représente isolément une partie de la carcasse de la machine, - la figure 3 illustre, de manière schématique, la disposition relative de cloisons à l'intérieur de l'enceinte afin de créer des chicanes pour la circulation du liquide de refroidissement, et - la figure 4 représente isolément, de manière schématique et partielle, en coupe transversale selon IV-IV de la figure 2, la carcasse de la machine. On a représenté sur la figure 1 une machine électrique tournante 1, comportant un stator 2 et un rotor 3 tournant autour d'un axe géométrique de rotation X. Le stator 2 comporte une carcasse 10 logeant un circuit magnétique 11. Ce circuit magnétique comporte un empilage de tôles magnétiques, et des bobinages, de manière conventionnelle. Le rotor 3 comporte un arbre 20 portant un circuit magnétique 21 bobiné et un ventilateur 22, ce dernier permettant de générer à l'intérieur de la carcasse 10 un courant d'air de refroidissement. L'arbre 20 est supporté par des roulements à billes 30, de part et d'autre du circuit magnétique 21. La carcasse 10 comporte une enceinte 40 qui est délimitée par deux parois 41 et 42 et dans laquelle s'étendent des tubes parallèles à l'axe X, non représentés sur la figure 1 dans un souci de clarté du dessin. Ces tubes, référencés 45, sont représentés sur la figure 4. On remarquera à l'examen de cette figure que la paroi 41, radialement la plus intérieure, est généralement cylindrique de révolution autour de l'axe X, tandis que la paroi 42, qui définit une surface extérieure de la machine, comporte une portion 42a cylindrique de révolution autour de l'axe X, concentrique à la paroi 41 et deux portions planes 42b, sensiblement perpendiculaires entre elles, raccordées par une portion oblique 42c. La machine repose sur des pattes de support 51 et comporte également des pattes de levage 52 dans deux coins supérieurs. Des flasques d'extrémité 15 et 16 sont fixés à la paroi extérieure 42 à leur périphérie. Ces flasques 15 et 16 supportent des cages respectives 17 et 18 dans lesquelles sont placés les roulements 30. La carcasse 10 est pourvue d'une entrée 60 et d'une sortie 61 pour le liquide de refroidissement, et en partie inférieure, d'un orifice de vidange 62, normalement obturé. L'entrée 60 et la sortie 61 sont destinées à être raccordées à un circuit de refroidissement extérieur à la machine, non représenté, permettant de faire circuler le liquide de refroidissement dans l'enceinte 40 et de le refroidir. Les tubes 45 sont fixés à leurs extrémités, comme on peut le voir sur la figure 2, de manière étanche à des cloisons 46 et 47 qui délimitent axialement l'enceinte 40. A l'intérieur de cette dernière sont disposés des ensembles de cloisons 48 et 49 fixés respectivement sur les parois 41 et 42, créant des chicanes à l'intérieur de l'enceinte pour forcer le liquide de refroidissement à circuler dans une direction généralement transversale aux tubes 45 en effectuant de nombreux aller et retour entre les parois 41 et 42, comme illustré sur la figure 3. Pendant le fonctionnement de la machine, l'air chassé par le ventilateur 22 circule selon les flèches A à l'intérieur des tubes 45, d'une extrémité à l'autre de l'enceinte, tandis que le liquide de refroidissement circule à l'extérieur des tubes, à l'intérieur de l'enceinte 40. On peut utiliser comme liquide de refroidissement de l'eau mélangée à un produit antigel, par exemple de l'éthylène glycol, mais on ne sort pas du cadre de la présente invention en utilisant d'autres liquides de refroidissement. Lors de la fabrication de la machine, on peut procéder à l'imprégnation du stator par une résine isolante électriquement, cette résine pénétrant dans les tubes, recouvrant leur surface intérieure et protégeant ainsi ces derniers de la corrosion. L'invention s'applique à tout type de machine électrique tournante, et notamment à une machine asynchrone comportant un rotor bobiné. L'invention s'applique tout particulièrement aux machines électriques tournantes ayant une puissance relativement élevée, par exemple supérieure à 500 kW, voire supérieure à 2 MW ou plus, par exemple de l'ordre de 3 MW, de telles machines pouvant être disposées au sommet d'éoliennes. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante, comportant un rotor et un stator, cette machine étant caractérisée par le fait que le stator comporte au moins une enceinte (40) apte à contenir un liquide de refroidissement et une pluralité de tubes (45) s'étendant à l'intérieur de ladite enceinte, pour échanger de la chaleur avec le liquide de refroidissement, ces tubes (45) étant disposés de manière à être parcourus par de l'air mis en mouvement par au moins un ventilateur (22). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le ventilateur (22) est entraîné en rotation par le rotor (20). 3. Machine selon la revendication 2, caractérisée par le fait que le ventilateur (22) est disposé à l'intérieur d'une carcasse (10) de la machine. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte plusieurs rangées de tubes (45) disposées concentriquement. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'un circuit magnétique (11) du stator est disposé au contact d'une paroi (41) délimitant l'enceinte (40). 6. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'enceinte (40) présente, dans le sens radial, une dimension non constante. 7. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait qu'elle comporte une première paroi (42) comportant au moins deux portions (42b) planes et sensiblement perpendiculaires entre elles, disposées en regard d'une portion sensiblement cylindrique d'une deuxième paroi (41), les deux parois délimitant entre elles l'enceinte (40). 8. Machine selon la revendication précédente, caractérisée par le fait que lesdites deux portions sensiblement perpendiculaires entre elles, se raccordent par une portion oblique (42c). 9. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'elle comporte des cloisons (48,49) disposées dans l'enceinte de manière à créer des chicanes. 10. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les tubes (45) présentent chacun une surface intérieure recouverte d'une résine isolante électriquement.