Brevet FR2840122A1 — publié le 20031128

(18,20) et pour monter mecaniquement cette dernlere. Machine electrique refroidie par circulation d'un liquide. La presente invention concerne une machine electrique refroidie par circulation d'un liquide de refroidissement. Une machine electrique comprend generalement un rotor, un stator, des conducteurs etant bobines au moins sur le stator. Les conducteurs vent alimentes en energie electrique, de fa,con que les bobines produisent un champ magnetique permettant de mettre le rotor en rotation par rapport au stator. La circulation d'un courant electrique dans les conducteurs s'accompagne de pertes d'energie sous forme de chaleur par effet Joule. Ces pertes representent generalement la principale source de chaleur de la machine electrique. La temperature de la machine electrique peut augmenter considerablement. Il est done souhaitable de refroidir la machine electrique. En general, les machines electriques peuvent etre refroidies par circulation d' ser. Cependant, de tels dispositifs, necessitant la circulation d'une grande quantite d'air, vent peu efficaces et ne vent adaptes que pour des moteurs de faible densite de puissance. ' On connat, par le document EP -A1- 0 924 839, un dispositif de refroidissement pour machine electrique comprenant un manteau pourvu d'un alesage cylindrique destine a recevoir la machine electrique, et comprenant des canaux axiaux dans lesquels circule un liquide de refroidissement. Des distributeurs permettent de mettre en communication les differents canaux axiaux du manteau. Neanmoins, ce dispositif de refroidissement est encombrant, puisqu'il vient entourer la machine electrique. De plus, son efficacite est limitee car le manteau constitue un echangeur thermique avec la peripherie de la machine electrique, le fluide n'etant pas en contact direct avec la machine ou les sources de chaleur de la machine electrique. L' invention a pour objet une machine electrique disposant d' un circuit de refroidissement, permettant un echange de chaleur directement avec les sources de chaleur de la machine electrique. L' invention concerne egalement une machine electrique permettant l'utilisation d'un liquide de refroidissement par la formation simple d'un circuit de refroidissement dans la machine electrique. L' invention concerne enfin une machine electrique pourvue d' un circuit de refroidissement peu encombrant, et pouvant etre obtenue a falble cout. Une machine electrique selon ['invention comprend un rotor, un stator comprenant un circuit magnetique statorique pourvu d'une pluralite de dents et d'encoches correspondantes et des conducteurs disposes au moins en partie dans les encoches et formant un bobinage du stator. La machine electrique comprend des moyens de circulation d'un liquide de refroidissement dans les encoches du circuit magnetique statorique. L'utilisation d'un liquide de refroidissement, en vue du refroidissement des conducteurs du stator, permet de pouvoir evacuer une quantite de chaleur importante. La circulation du fluide de refroidissement dans les encoches du stator ou vent loges en partie les conducteurs permet un echange de chaleur ameliore, directement avec les conducteurs qui forment la source de chaleur de la machine electrique. Dans un mode de realisation, les moyens de circulation comprennent deux elements de circulation identiques cooperant avec le circuit magnetique statorique pour former un circuit de circulation du liquide de refroidissement. L'utilisation de deux elements identiques permet de faciliter le montage. Dans un mode de realisation, les elements de circulation comprennent des pastes pourvues de bords en contact avec des surfaces de bords des encoches du circuit magnetique statorique. Les pastes permettent de former a partir des encoches du circuit magnetique statorique des conduits axiaux ou peut circuler un liquide de refroidissement, tout en echangeant de l'energie sous forme de chaleur directement avec les conducteurs. Avantageusement, les bords des pastes en contact avec les surfaces de bords des encoches comprennent des joints d'etancheite. Dans un mode de realisation, les elements de circulation comprennent une collerette se recourbant en formant un espace annulaire, un bord de la collerette etant adapte pour venir en contact etanche avec une surface radiale du circuit magnetique statorique pour fermer en partie l'espace annulaire. La presence d'une collerette formant un espace annulaire, axialement a ltextremite du circuit magnetique statorique, permet une distribution du liquide de refroidissement en vue de sa circulation dans ltensemble des encoches du circuit magnetique statorique. Avantageusement, le bord de la collerette comprend un joint d'etancheite. Dans un mode de realisation, des barrettes fixces sur des faces des pastes stetendent axialement dans les encoches du circuit magnetique statorique. Avantageusement, les barrettes vent pourvues de passages circonferentiels pour le liquide de refroidissement. Les passages circonferentiels permettent une circulation du liquide de refroidissement circonferentiellement entre un premier cotú de la barrette et un second cote de la barrette, de fa,con a crúer des perturbations dans le li quide de refroi dis sement, afin de fav ori ser le s úchanges thermiques avec les conducteurs. Dans un mode de realisation, les barrettes comprennent des protuberances. Une structure en peigne formee par des protubúrances espacees axialement permet une bonne circulation du fluide tout en provoquant des perturbations importantes du fluide. De preference, les barrettes vent fixúes sur les pastes par collage. La prúsente invention et ses avantages seront mieux compris a ltetude de la description detaillúe d'un mode de rúalisation pris a titre d'exemples non-limitatifs et illustree par les dessins annexes, sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe dans un plan radial du stator d'une machine electrique selon ['invention dans laquelle est disposú un ú1úment de circulation; - la figure 2 est une vue en coupe axiale, en perspective d'un ú1ement de circulation selon ['invention; -la figure 3 est une vue en coupe radiale partielle du stator selon la figure 1; -la figure 4 est une vue en coupe radiale partielle d'une variante du stator selon la figure 1; -la figure 5 est une vue d'une barrette dans un plan radial; -la figure 6 est une vue d'une barrette selon un second mode de rúalisation; -la figure 7 est une vue en coupe axiale du stator selon VII-VII de la figure 1;et -la figure 8 est une vue en coupe selon vm-vm de la figure 1. Tel que represente sur les figures 1 a 3 et 7 et 8, un circuit magnútique statorique d'un stator d'une machine ú1ectrique se prúsente sous la forme d'une cage 1 comprenant une paroi exterieure cylindrique 2, comprenant une surface exterieure cylindrique 3 et une surface intúrieure cylindrique 4 delimitant un espace central S destinú a recevoir un rotor de la machine ú1ectrique qui peut etre un moteur ou une ,. generatrce. Des encoches sous la forme de rainures axiales 6, au nombre de huit dans l'exemple illustre, vent formees dans la paroi exterieure cylindrique 2 de la cage 1. Des dents correspondent aux encoches vent formees entre les encoches, sous la forme de nervcres axiales, non referencees. Les rainures axiales 6 comprennent des surfaces de bords 7, 8 radiales et une surface de fond 9 qui est une portion de surface cylindrique. Des conducteurs vent disposes axialement dans les rainures 6 de la cage 1, de fa,con a former dans chaque rainure axiale 6 des paquets de conducteurs 11, 12, ici au nombre de deux, respectivement en contact avec les surfaces de bord 7, 8, en laissant libre un espace axial de circulation 10 a l'interieur des rainures axiales 6. Les rainures 6 s'etendent jusqu'aux extremites axiales de la cage 1, en debouchant a l'exterieur pour permettre le passage des conducteurs 11, 12. La circulation du liquide de refroidissement dans les espaces de circulation est rendue possible selon ['invention par le montage de deux elements de circulation dont l'un, reference 13, est visible sur la figure 1. L'element de circulation 13, represente en perspective et en coupe sur la figure 2, comprend un manchon 14 pourvu d'ouvertures axiales 15 s'etendant a partir d'une extremite axiale 16, et formant une pluralite de pastes 17. Une portion tubulaire pleine 18 du manchon 14 reste depourvue d'ouvertures. Le manchon 14 comprend une collerette 19 s'etendant radialement vers l'exterieur a partir de ltextremite 20 de la portion tubulaire 18 opposee a l'extremite 16, et se recourbant pour former un espace annulaire 21 situe radialement entre la collerette 19 et la portion tubulaire 18. Plus precisement, la collerette 19 comprend une paroi 22 s'etendant radialement vers l'exterieur a partir de l'extremite 20 du manchon 14, et une paroi annulaire 23 s'etendant axialement en direction de l'extremite 16 a partir de la zone de plus grand diametre de la portion radiale 22. La paroi annulaire 23 comprend un bord annulaire 23a oppose a la paroi radiale 22. Les pastes 17 vent chacune pourvues d'une premiere face 17a orientee radialement vers l' interieur, d' une face 17b opposee visible sur la figure 3 orientee radialement vers l'exterieur, de bords 17c, 17d radiaux et d'une extremite axiale 17e. Les pastes 17 vent circonferentiellement regulierement espacees. La portion tubulaire 18 comprend des bords 18a situes circonferentiellement entre deux pastes 17 successives. Les pastes 17 de ['element de circulation 13 viennent penetrer axialement dans les rainures 6. Sur la figure 3, les bords radiaux 17c, 17d des pastes 17 ont ete representes sous une forme de realisation preferee avec un bourrelet plus epais 24 qui vient en contact avec les surfaces de bords 7, 8 des rainures 6. Les bourrelets 24 vent pourvus de gorges axiales a section demi-ronde 24c, 24d destinees a recevoir un joint d'etancheite, du type cordon de silicone. Les pastes 17 de ['element de circulation 13 viennent ainsi fermer radialement les rainures 6 pour former des canaux axiaux de circulation d'un liquide de refroidissement a l'interieur des rainures axiales 6. On notera a ltexamen de la figure 8 que le manchon 14 possede un diametre interieur superieur au diametre de la surface interieure 4 de la paroi 2, de sorte que les pastes 17 ne font pas saillie dans l'espace central S pour laisser libre la rotation du rotor, sans perturber l'entrefer de la machine electrique. Des feuilles isolantes 25 visibles sur la figure 3 re, colvent les conducteurs 11, 12, et vent disposees dans les rainures axiales 6, entre les conducteurs 11, 12 et les surfaces 7, 8 et 9 des rainures 6, de sortes que les conducteurs vent en contact avec les surfaces 7, 8 et 9 des rainures 6 par l'intermediaire de l'isolant 25. Dans l'exemple illustre sur les figures 1 et 3, des barrettes 26 vent en outre fixees sur les faces 17b des pastes 17. Les barrettes 26 s'etendent axialement a l'interieur des rainures 6, entre les paquets de conducteurs 11, 12. Wiles vent situees dans ltespace de circulation 10 du liquide de refroidissement. Dans le mode de realisation illustre sur la figure S. les barrettes 26 comprennent une pluralite de protuberances radiales 27 espacees axialement et reliees par une base allongee 28 en contact avec la face 17b des pastes 17. Les barrettes 26 possedent une forme generale de peigne. Les protuberances 27 dont l'extremite reste legerement ecartee de la surface de fond 9 ont pour effet de perturber la circulation du liquide de refroidissement dans l'espace de circulation 10 fermes par les pastes 17, de fa,con a provoquer des turbulences favorisant les echanges thermiques avec les paquets de conducteurs 11 et 12. Dans le mode de realisation illustre sur la figure 4, les barrettes 26 peuvent etre disposees de fac,on que les protuberances 27 soient en contact par leur extremite avec les surfaces 17b des pastes 17. La base 28 reste legerement ecartee de la surface de fond 9 et exerce un effet de separation plus important de ltecoulement a proximite de la surface de fond. Dans les deux cas, les barrettes 26 peuvent etre fixces par collage sur les surfaces 17b. Dans une variante illustree sur la figure 6, les barrettes 26 comprennent une basee allongee 28, et une paroi 29 s'etendant radialement a partir de la base 28. La paroi 29 est pourvue d'une pluralite d'orifices 30 qui forment des passages circonferentiels pour le liquide de refroidissement perturbant l'ecoulement du fluide de refroidissement dans les rainures 6. Bien entendu, selon la disposition des conducteurs 11, 12 dans les rainures 6, on peut disposer les barrettes 26 differemment, ou leur donner un profil different, pour perturber la circulation d'un liquide de refroidissement dans les rainures 6, tout en permettant une bonne circulation du liquide de refroidissement. On volt sur les figures 7 et 8 un second element de circulation 32, identique a ['element de circulation 13, dont les references ont ete reprises, et qui est dispose axialement du cote oppose a ltelement de circulation 13 de facon symetrique par rapport au plan radial median de la cage 1. La paroi cylindrique 2 de la cage 1 comprend deux surfaces radiales d'extremite 2a et 2b. Le bord annulaire 23a de la paroi annulaire 23 de ['element de circulation 13 est en contact avec la surface radiale 2a de la paroi 2. Le bord annulaire 23a est pourvu d'une gorge annulaire a section demi-ronde 31 destinee a recevoir un joint etanche du type cordon de silicone, pour realiser un contact annulaire etanche avec la surface radiale d'extremite 2a de la paroi cylindrique 2. Les pastes 17 vent introduites axialement dans les rainures axiales 6, jusquta ce que les bords 18a de la portion tubulaire 18 viennent en contact avec la zone de moindre diametre de la surface d'extremite 2a de la paroi 2. Eventuellementw, on peut disposer un cordon de silicone entre les bords 18a et la surface radiale 2a. La surface d'extremite 2a de la paroi 2 coopere avec ['element de circulation 13 pour fermer en partie axialement l'espace annulaire 21, delimite par la portion tubulaire 18, la paroi annulaire 23 de ltelement de circulation 13, et la paroi radiale 22 de ['element de circulation 13 et la surface radiale 2a. Les rainures axiales 6, debouchant axialement de la paroi 2 sur la surface radiale 2a, permettent la circulation d'un liquide de refroidissement de l'espace annulaire 21 vers les rainures 6. Le second element de circulation 32 coopere de facon similaire avec la cage 1, en formant notamment un espace annulaire 33 en partie ferme par la surface d'extremite 2b de la paroi 2 de la cage 1. Les extremites 17e des pastes 17 de ltelement de circulation 32, venant penetrer axialement dans les rainures axiales 6, viennent en contact etanche avec les extremites 17e des pastes 17 correspondantes de ['element de circulation 13. Sur la figure 7, les extremites 17e des pastes 17 vent pourvues de gorges 34 a section demi-ronde destinees a recevoir un joint d'etancheite, par exemple du type cordon de silicone, pour assurer l'etancheite du contact entre les extremites 17e des pastes 17 des elements de circulation 13, 32 situees en regard. Les paquets de conducteurs 11 disposes dans la cage 1 a l'interieur des rainures axiales 6, font saillie axialement dans les espaces annulaires 21 et 33. Les elements de circulation 13, 32 cooperent ainsi pour former un espace etanche dans lequel peut circuler un liquide de refroidissement, en etant en contact directement avec les conducteurs 11, 12 formant les bobinages de la machine electrique, et constituent une source de chaleur de la machine. Une conduite d'entree, alimentee en liquide de refroidissement sous pression et non representee sur les figures, peut deboucher dans l'espace annulaire 21. Le liquide de refroidissement se repartit dans l'espace annulaire 21, et penetre dans les rainures axiales 6 debouchant dans l'espace annulaire 21. Le liquide de refroidissement circule ensuite dans les 1S rainures axiales 6, tout en echangeant de la chaleur avec les conducteurs 11, 12, jusqu'a deboucher dans l'espace annulaire 33. Une conduite d'evacuation, non representee sur la figure, debouchant dans ltespace annulaire 33, permet la sortie du liquide de refroidissement. Comme le liquide de refroidissement circule directement en contact avec les conducteurs, les echanges de chaleur vent favorises, et le liquide de refroidissement peut emmagasiner une grande quantite de chaleur afin de refroidir les conducteurs. Les elements de circulation 13, 32 presentent un encombrement axial et radial faible. En effet, les pastes 17 s'adaptent pour venir en contact avec les surfaces de bords 7, 8 des rainures axiales 6, afin de former des espaces de circulation 10. Les 2S pastes 17 preservent l'espace central 5 de la cage 1 du stator sans perturber la rotation du rotor dans l'espace central S. Les collerettes 19 des elements de circulation 13, 32 viennent recouvrir les conducteurs 11, 12 sans augmenter de fac,on notable l'encombrement axial de la machine. Les collerettes 19 des elements de circulation 13, 32 cooperent avec la cage 1 pour former des espaces annulaire 21, 33 etanche faisant office de distributeur et de collecteur du liquide de refroidissement entrant ou sortant des rainures axiales 6. Ainsi, les elements de circulation 13, 32 stintegrent a la structure de la cage 1 du stator pour former un circuit de circulation d'un liquide de refroidissement. Bien entendu, il est prevu des sorties etanches permettant la sortie des conducteurs 11, 12 en vue de leur connexion a un circuit d'alimentation des bobines du stator. Compte tenu des variations de chaleur importantes, les elements de circulation 13, 32 doivent etre fabriques a partir d'une matiere resistant a de fortes temperatures, par exemple un polyamide PA66, pouvant resister a des temperatures de 150 C. Pour faciliter ['introduction des elements de circulation 13, 32 dans les rainures axiales 6, on peut prevoir un leger jeu entre les pastes 17 et les surfaces de bord 7, 8 des rainures axiales 6. La presence de joints axiaux disposes dans les gorges 24c, 24d formees sur les bords 17c, 17d des pastes 17, permet de rattraper les joux. Les elements de circulation 13, 32 peuvent etre fixes sur le stator, et entre eux, par collage, en utilisant une colle resistante a forte temperature, par exemple une colle resistant a des temperatures de l'ordre de 150 C. La presence des joints disposes aux extremites 17e des pastes 17, entre les elements de circulation 13, 32, et des joints disposes entre les elements de circulation 13, 32 et la cage 1 du stator, permet d'absorber les jeux qui peuvent appara^tre a la suite de dilatations differentes dues a une augmentation de chaleur de ['ensemble du stator. Grace a ['invention, la machine electrique comprenant des moyens de circulation d'un liquide de refroidissement dans les rainures axiales du stator peut etre refroidie efficacement. Le liquide de refroidissement, circulant directement en contact avec les conducteurs, permet d'evacuer la chaleur produite par les conducteurs. Les elements de circulation formant le circuit de circulation du liquide de refroidissement s'adaptent a la structure du stator pour former des espaces de circulation, sans affecter notablement l'encombrement radial du stator. Les elements de circulation en forme de cage peuvent etre obtenus a faible cout, a partir d'une faible quantite de matiere premiere, par exemple par moulage ou par injection sous pression d'une matiere synthetique. REVENDICATIONS 1- Machine electrique comprenant un rotor, un stator comprenant un circuit magnetique statorique (1) pourvu d'une pluralite de dents et d'encoches (6) correspondantes et des conducteurs (11, 12) disposes au moins en partie dans les encoches (6) et formant un bobinage du stator, caracterisee par le fait qu'elle comprend des moyens de circulation d'un liquide de refroidissement dans les encoches (6) du circuit magnetique statorique (1). 2- Machine selon la revendication 1, caracterisee par le fait que les moyens de circulation comprennent deux elements de circulation (13, 32) identiques, cooperant avec le circuit magnetique statorique (1) pour former un circuit de circulation du liquide de refroidissement. 3- Machine selon la revendication 2, caracterisee par le fait que les elements de circulation comprennent des pastes (17) pourvues de bords (17c, 17d) en contact avec des surfaces de bords (7, 8) des encoches (6) du circuit magnetique statorique (1). 4- Machine selon la revendication 3, caracterisee par le fait que les bords (17c, 17d) des pastes (17) en contact avec les surfaces de bords (7, 8) des encoches (6) comprennent des joints d'etancheite. - Machine selon l'une quelconque des revendications 2 a 4, caracterisee par le fait que les elements de circulation comprennent une collerette (19) se recourbant en formant un espace annulaire (21), un bord d'extremite (23a) de la collerette (19) etant adapte pour venir en contact etanche avec une extremite axiale (2a) du circuit magnetique statorique (1) pour fermer en partie l'espace annulaire (21). 6- Machine selon la revendication 5, caracterisee par le fait qu'un bord (23a) de la collerette (19) comprend un joint d'etancheite. 7- Machine selon l'une des revendications 3 a 6, caracterise par le fait que des barrettes (26) fixees sur des faces (17b) des pastes (17) s'etendent axialement dans les encoches (6). 8- Machine selon la revendication 7, caracterisee par le fait que les barrettes (26) vent pourvues de passages circonferentiels (30) pour le liquide de refroidissement. 9- Machine scion la revendication 7, caracterisee par le fait que les barrettes (26) comprennent des protuberances (27). -Machine scion l'une quelconque des revendications 7 a 9, caracterisee