Brevet FR2930692A1 — publié le 20091030

MOTEUR ELECTRIQUE POURVU DE MOYENS DE REFROIDISSEMENT SELECTIFS Domaine technique : La présente invention concerne un moteur électrique pourvu de moyens de refroidissement sélectifs, comportant un stator fixe et un équipement mobile par rapport audit stator, ledit stator comportant au moins deux bobinages électriques montés sur une armature fixe et ledit équipement mobile portant un arrangement magnétique, lesdits bobinages électriques étant alimentés électriquement pour générer un champ magnétique, et ledit arrangement magnétique étant agencé pour créer des lignes de champ qui coopèrent avec ledit champ magnétique pour provoquer le déplacement dudit équipement mobile par rapport audit stator. Technique antérieure : Lorsque les moteurs électriques sont soumis à des contraintes ou à des variations de vitesse, ils subissent des échauffements qui doivent être contrôlés afin que leur efficacité soit aussi proche que possible d'un rendement optimal. A cet effet, les moteurs électriques actuels comportent généralement un ventilateur à pales rotatives qui est monté sur l'arbre du moteur et qui communique avec l'extérieur à travers une grille ménagée dans la carcasse de ce moteur. Pour de très grosses installations, des systèmes de refroidissement à air ou à eau plus sophistiqués peuvent être utilisés. Néanmoins, toutes les solutions actuelles présentent le défaut de ne pas être en mesure de capter les calories au coeur du moteur et de n'assurer que le refroidissement plus ou moins périphérique de la carcasse. De ce fait, l'efficacité du refroidissement reste faible. Exposé de l'invention :30 La présente invention se propose d'améliorer cette efficacité en remplaçant ou en complétant les moyens de refroidissement classiques des moteurs électriques par un dispositif qui intervient sélectivement lorsque sa température atteint un niveau déterminé et qui permet de capter les calories à éliminer au coeur même de ce moteur. Ce but est atteint par le dispositif de l'invention, tel que défini en préambule, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une série d'éléments contenant au moins un matériau du type magnétocalorique agencé pour optimiser thermiquement ledit moteur électrique. Selon une première variante dans, laquelle le moteur est du type rotatif, comportant une carcasse périphérique, un stator logé dans cette carcasse et ledit équipement mobile étant constitué d'un rotor monté coaxialement à l'intérieur dudit stator, les éléments contenant un matériau du type magnétocalorique sont de préférence présents dans des armatures sur lesquelles sont montés des enroulements de fils conducteurs pour constituer lesdits bobinages électriques dudit stator. Ledit rotor peut avantageusement comporter un ensemble de bobinages électriques comprenant chacun une armature et un enroulement d'un fil électriquement conducteur et ladite armature peut avantageusement contenir au moins un élément magnétocalorique. Selon une autre réalisation, ledit rotor comporte un ensemble d'aimants permanents et lesdits aimants permanents sont séparés par des éléments contenant au moins un matériau magnétocalorique. D'une manière préférentielle, lesdits éléments qui séparent lesdits aimants permanents sont des pièces creuses agencées pour permettre le passage d'un fluide de refroidissement. Selon un autre mode de réalisation, le moteur est linéaire et comporte une carcasse allongée, un stator linéaire logé dans cette carcasse, ledit équipement mobile est constitué d'un chariot mobile en translation monté parallèlement audit stator et portant ledit arrangement magnétique, et les éléments contenant un matériau du type magnétocalorique comprennent de préférence au moins partiellement des armatures sur lesquelles sont montés respectivement des enroulements de fils électriquement conducteurs constituant lesdits bobinages électriques. Selon une première variante, ledit arrangement magnétique dudit équipement mobile comporte avantageusement un ensemble d'aimants permanents. Selon une deuxième variante, ledit arrangement magnétique dudit équipement mobile comporte un ensemble d'électroaimants. Lesdits électroaimants peuvent comporter des bobinages électriques comprenant respectivement des armatures et lesdites armatures peuvent comporter au moins un matériau magnétocalorique. Description sommaire des dessins : La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation, donnés à titre d'exemples non limitatifs en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1A est une vue en coupe d'une première forme de réalisation du moteur électrique de l'invention, du type rotatif, 3 4 2930692 - la figure 1B est une vue en élévation du moteur électrique de la figure 1A, sans sa carcasse, la figure 1C est une vue extérieure du moteur électrique de la figure 1A, 5 - la figure ID est une vue agrandie coupée d'une partie du rotor du moteur électrique de la figure 1A, la figure 1E est une vue agrandie coupée d'une partie du stator du 10 moteur électrique de la figure 1A,, - la figure 2A est une vue en coupe d'une deuxième forme de réalisation du moteur électrique de l'invention, sans sa carcasse périphérique, 15 - la figure 2B est une vue en élévation du moteur électrique de la figure 2A, la figure 2C est une vue extérieure du moteur électrique des figures 2A et 2B, 20 - la figure 3A est une vue en élévation d'une première forme de réalisation d'un moteur linéaire selon l'invention, la figure 3B est une vue partielle en coupe illustrant des composants essentiels du moteur linéaire de la figure 3A, - la figure 4A est une vue en élévation d'une deuxième forme de réalisation d'un moteur linéaire selon l'invention, et - la figure 4B est une vue partielle en coupe illustrant des composants 30 essentiels du moteur linéaire de la figure 4A. 25 Différentes manières de réaliser l'invention : En référence aux figures 1A, 1B et 1C, le moteur électrique 10 représenté, du type rotatif, comporte une carcasse périphérique circulaire 11 à l'intérieur de laquelle est monté un stator 12 comportant un certain nombre de bobinages électriques 13 comportant chacun une armature 13a et un enroulement de fils conducteurs 13b, monté sur ladite armature 13a. Le moteur électrique 10 comporte par ailleurs un équipement mobile 14 par rapport audit stator, cet équipement mobile étant dans ce cas un rotor 15 disposé coaxialement par rapport audit stator 12. Le rotor 15 comporte, dans l'exemple représenté, un ensemble de bobinages électriques 16 comprenant chacun une armature 16a et un enroulement de fils conducteurs 16b. Les bobinages électriques 16 sont des électroaimants qui sont montés sur une structure portante (non représentée) du rotor 15. L'armature 13a des bobinages électriques 13 est constituée d'une pièce de base 13aa en forme de segment linéaire ou de secteur circulaire et d'une branche 13ab, perpendiculaire par rapport à la pièce de base 13aa (cf. fig. 1E). La branche 13ab au moins, de l'armature 13a, comporte au moins un matériau magnétocalorique ou magnétocalorique dit inverse, dont l'effet bien connu est respectivement de s'échauffer ou de se refroidir lorsqu'il entre dans une zone où règne un champ magnétique, à une température donnée dite température active proche du point de Curie, pour le matériau magnétocalorique concerné. La pièce de base 13aa peut elle aussi comporter un ou plusieurs matériaux magnétocaloriques ayant le même effet. Ces éléments qui sont disposés au coeur du moteur électrique, dans la zone proche des enroulements de fils conducteurs 13b des bobinages électriques 13 permettent de capter des calories et de les évacuer en maintenant la température du moteur à une valeur optimale. Ce moyen de refroidissement remplace ou complète les moyens cle ventilation par air ou les moyens de refroidissement par circuit de liquide connus de certains moteurs électriques. Il a l'avantage d'agir à proximité immédiate de la source d'échauffement, à savoir les enroulements des bobinages qui s'échauffent par effet Joule au moment où ils sont parcourus par un courant électrique et surtout au moment où l'appel en courant électrique se fait plus fort en raison d'une accélération du moteur ou quand il est soumis à des contraintes. On notera que l'effet magnétocalorique ne se déclenche qu'à proximité d'une température déterminée, appelée température de Curie, qui est liée à la nature du matériau magnétocalorique. Les matériaux dits magnétocaloriques classiques ont pour effet de s'échauffer quasi instantanément lorsqu'ils pénètrent dans un champ magnétique. Les matériaux dits magnétocaloriques inverses ont la particularité de se refroidir quasi instantanément au moment où elles entrent dans un champ magnétique. Dans la présente application, on utilisera de préférence, mais pas exclusivement, des matériaux magnétocaloriques inverses pour générer des calories � négatives � appelées couramment des frigories. Leur action ne démarrera qu'à une certaine température prédéterminée et ils auront tendance à maintenir le moteur dans une plage de température fixe où son rendement est optimal. Les armatures 16a des bobinages électriques 16 comprennent chacune une pièce de base 16aa en forme de segment linéaire ou de secteur circulaire et une branche 16ab, perpendiculaire par rapport à la pièce de base 16aa (cf. fig. 1 D). Les pièces de base 16aa et/ou les branches perpendiculaires 16ab peuvent comporter un ou plusieurs matériaux magnétocaloriques ou magnétocaloriques inverses dans le but de contribuer au refroidissement du rotor 15 du moteur électrique 10.30 La carcasse 11 du moteur 10 est de préférence réalisée de manière à augmenter les possibilités d'échange thermique avec l'environnement et d'améliorer la stabilité de la température du moteur. En référence aux figures 2A, 2B et 2C, le moteur électrique 20 représenté, du type rotatif, comporte comme précédemment une carcasse périphérique circulaire (non représentée) à l'intérieur de laquelle est monté un stator 22 comportant un certain nombre de bobinages électriques 23 comportant chacun une armature 23a et un enroulement de fils conducteurs 23b, monté sur ladite armature 23a. Le moteur électrique 20 comporte par ailleurs un équipement mobile 24 par rapport audit stator 22, cet équipement mobile étant dans ce cas un rotor 25 disposé coaxialement par rapport audit stator 22. Le rotor 25 comporte, dans l'exemple représenté, un arrangement magnétique 26 comprenant un ensemble d'aimants permanents 27 séparés par des éléments magnétocaloriques 28 comportant chacun une cavité centrale 29 en vue d'un passage éventuel d'un fluide de refroidissement liquide ou gazeux. Les différents composants du stator 22 et du rotor 25 ont les mêmes fonctions que celles des composants correspondants du moteur électrique rotatif 10. Les éléments magnétocaloriques ont, comme précédemment pour fonction de réguler la température du moteur en évitant des surchauffes. Les figures 3A et 3B correspondent à une forme de réalisation d'un moteur électrique 30 du type linéaire. Le moteur 30 comporte une carcasse allongée 31, un stator linéaire fixe 32 et un chariot 33 mobile alternativement par rapport audit stator linéaire fixe 32 et portant un arrangement magnétique 34, composé dans ce cas d'une série d'aimants permanents 35, associés chacun à un élément 36 magnétiquement perméable. Le stator linéaire fixe 32 est constitué d'un ensemble de bobinages électriques 37 d'axes parallèles et perpendiculaires à la direction de déplacement du chariot 33. Chacun des bobinages électriques 37 comporte une armature 38 et un enroulement de fil conducteur 39. L'armature 38 comprend comme précédemment une pièce de base 38a en forme de segment linéaire et une branche 38b, perpendiculaire par rapport à la pièce de base 38a (cf. fig. 3B). Les pièces de base 38a et/ou les branches perpendiculaires 381) peuvent comporter un ou plusieurs matériaux magnétocaloriques ou magnétocaloriques inverses dans le but de contribuer au refroidissement du stator 32 du moteur électrique 30. Comme le montre plus particulièrement la figure 3B, le chariot mobile 33 qui porte les aimants permanents 35 est pourvu d'un ensemble de noyaux 40 sur lesquels sont montés coaxialement les aimants permanents 35 et réalisés en un matériau magnétocalorique qui peut être identique ou non à celui des armatures 38. La variante du moteur linéaire 50 représenté par les figures 4A et 4B diffère de celle de la figure 3 en ce que les aimants permanents 35 du chariot mobile 33 sont remplacés par des électroaimants 45 ayant une armature ou noyau 46 entouré d'un bobinage 47. Les autres composants sont identiques à ceux de la variante précédente. Possibilités d'application industrielle : La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits, mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier tout en restant dans l'étendue de la protection définie dans les revendications annexées. Le nombre des aimants qui composent l'arrangement magnétique, leur forme et leur disposition peuvent être modifiés en fonction des objectifs recherchés en matière de rendement, d'encombrement, de vitesse de rotation du rotor etc. Le nombre des bobinages électriques peut également varier selon les objectifs à atteindre. La nature des matériaux, notamment des matériaux magnétocaloriques, et celle des autres composants tels que la carcasse du dispositif peuvent être modifiés selon les besoins.5 Revendications1. Moteur électrique (10, 20, 30, 50) pourvu de moyens de refroidissement sélectifs, comportant un stator fixe (12, 22, 32) et un équipement mobile (14, 24, 33;) par rapport audit stator, ledit stator comportant au moins deux bobinages électriques montés sur une armature fixe et ledit équipement mobile portant un arrangement magnétique, lesdits bobinages électriques étant alimentés électriquement pour générer un champ magnétique, et ledit arrangement magnétique étant agencé pour créer des lignes de champ qui coopèrent avec ledit champ magnétique pour provoquer le déplacement dudit équipement mobile par rapport audit stator, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une série d'éléments contenant au moins un matériau du type magnétocalorique agencé pour optimiser thermiquement ledit moteur électrique. 2. Moteur électrique selon la revendication 1, du type moteur rotatif, comportant une carcasse périphérique (11, 21), un stator (12, 22, 32) logé dans cette carcasse et ledit équipement mobile étant constitué d'un rotor (15, 25) monté coaxialement à l'intérieur dudit stator, caractérisé en ce que les éléments contenant un matériau du type magnétocalorique sont présents dans des armatures (13a, 23a) sur lesquelles sont montés des enroulements de fils conducteurs (13b, 23b) pour constituer lesdits bobinages électriques (13, 23) dudit stator (12, 22). 3.- Moteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit rotor (15) comporte un ensemble de bobinages électriques (16) comprenant chacun une armature (16a) et un enroulement (16b) d'un fil électriquement conducteur et en ce que ladite armature (16a) contient au moins un élément magnétocalorique. 10 4.- Moteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que leditrotor (25) comporte un ensemble d'aimants permanents (27) et en ce que lesdits aimants permanents sont séparés par des éléments (28) contenant au moins un matériau magnétocalorique. 5.- Moteur électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits éléments magnétocaloriques (28) qui séparent lesdits aimants permanents (27) sont des pièces creuses agencées pour permettre le passage d'un fluide de refroidissement. 6.- Moteur électrique selon la revendication 1, du type moteur linéaire, comportant une carcasse allongée, un stator linéaire (32) logé dans cette carcasse et ledit équipement mobile étant constitué d'un chariot mobile en translation (33) monté parallèlement audit stator et portant ledit arrangement magnétique (34), caractérisé en ce que les éléments contenant un matériau du type magnétocalorique comprennent au moins partiellement des armatures (38) sur lesquelles sont montés respectivement des enroulements (39) de fils électriquement conducteurs constituant lesdits bobinages électriques (37). 7.- Moteur électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit arrangement magnétique (34) dudit équipement mobile (33) comporte un ensemble d'aimants permanents (35). 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit arrangement magnétique (34) dudit équipement mobile (33) comporte un ensemble d'électroaimants (45). 9.- Moteur électrique selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits électroaimants (45) comportent des bobinages électriques (47) comprenant respectivement des armatures (46) et en ce que lesdites armaturescomportent au moins un matériau magnétocalorique.