Brevet FR3101210A1 — publié le 20210326

La présente invention concerne un dispositif de refroidissement (1) pour une machine électrique tournante, comprenant deux chambres (2, 3) de forme sensiblement annulaire concentriques, une paroi intermédiaire (4) de forme sensiblement annulaire qui sépare les deux chambres qui s’étend sur sensiblement la longueur du système de refroidissement (1), deux parois radiales (5, 6) se situant sensiblement aux extrémités longitudinales du dispositif (1) délimitant longitudinalement lesdites chambres et un canal annulaire de liaison (17) entre les deux chambres. Figure 6 à publier Refroidissement double parois La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes, en particulier le refroidissement de machines électriques tournantes. Elle concerne plus particulièrement le refroidissement d’une machine électrique tournante fermée à réluctance synchrone. Une machine électrique tournante comporte classiquement une partie fixe, le stator, et une partie mobile en rotation, le rotor, disposées coaxialement l'une dans l'autre. Le rotor est généralement logé à l'intérieur du stator qui porte des bobinages électriques générant un champ magnétique tournant permettant d'entrainer en rotation le rotor. Le rotor comprend typiquement un corps formé d’un empilage de tôles, et placé sur un arbre de rotation. Ces tôles comprennent des logements pour des aimants permanents ou des bobines formant des pôles magnétiques à la périphérie du rotor. Les aimants peuvent apparaître à la surface du rotor ou être complètement intégrés au sein du rotor. Dans le cas des machines électriques tournantes synchro-reluctantes, le rotor peut comporter des aimants permanents logés à l’intérieur de barrières de flux portées par ce rotor, ces barrières de flux étant typiquement des espaces vides. On parle aussi de machine synchro-réluctante assistée par des aimants permanents. Les machines électriques s’échauffent du fait des pertes par conduction (effet Joule), électromagnétiques (pertes fer) et mécaniques. Cet échauffement nuit à leur fonctionnement et conduit à la dégradation de leurs performances. Les principales sources de chaleur dans une machine électrique sont les bobinages, et notamment les têtes de bobines, du côté du stator, et les aimants et les paliers du côté du rotor. Typiquement, si les aimants du rotor ne sont pas refroidis, le flux magnétique est moins intense, ce qui conduit à une perte de couple et donc une dégradation des performances de la machine électrique. Une démagnétisation irréversible des aimants peut se produire. Le bobinage du stator est également sensible aux élévations de température : plus la température du bobinage est élevée, plus la conductivité électrique du cuivre et la durée de vie du bobinage sont réduites. La résistance du cuivre augmentant, il y a également une perte de rendement. Les divers composants électromagnétiques d’une machine électrique tournante, ainsi que certains matériaux isolants utilisés dans les pièces de la machine électrique, sont ainsi sensibles à l’échauffement produit en fonctionnement, et leur refroidissement est indispensable pour dissiper la chaleur produite, afin de conserver un bon rendement de la machine électrique, d’assurer une répétabilité de ses performances, d’allonger sa durée de vie et de limiter la maintenance. La recherche d’un refroidissement performant est donc une préoccupation majeure pour les fabricants et les intégrateurs de machines électriques tournantes. Différents types de refroidissement existent, souvent adaptés à la puissance de la machine, parmi lesquels les systèmes de refroidissement par air, constituant une solution généralement économique mais souvent cantonnée à des machines électriques peu puissantes du fait de son efficacité limitée (par exemple des moteurs électriques d’une puissance inférieure à 20 kW dans les applications de traction) et/ou des machines ouvertes (non étanches), les systèmes de refroidissement par fluide, par exemple par eau ou de l’huile, notamment utilisés dès que les pertes sont importantes comme dans le cas des moteurs de traction électriques. D’autres systèmes de refroidissement par hélium ou azote liquide peuvent être utilisés pour les machines électriques de centrales électriques. Les dispositifs de refroidissement selon l’art antérieur présentent l’inconvénient de nécessiter un effort de fabrication élevé, notamment pour produire les parois de circulation du fluide. De plus, ces dispositifs de l’art antérieur présentent des pertes de charge importantes. Le document WO2019/037930 décrit un tel dispositif constitué de zones circonférentielles et de zones hélicoïdales et le canal de circulation du fluide est subdivisé en plusieurs passages, cf. figures 1 et 2. Néanmoins, ce dispositif de refroidissement présente les inconvénients suivants : • des pertes de charge dans le circuit d’eau inhérentes à la présence des rainures ; • un usinage complexe ; • des échanges non-axymétriques ou radialement hétérogène sur tout le cylindre (circuit en serpentin). Le document CN207732553 décrit une structure de dissipation de la chaleur mettant en œuvre des chambres de circulation d’eau autour de la carcasse d’un moteur et des valves de communication entre les chambres, cf. figure 3. Néanmoins, ce dispositif de refroidissement présente les inconvénients suivants : les valves ne permettent pas de passer un débit important entre les chambres, limitant d’autant l’efficacité de refroidissement. De plus, cette réalisation avec les valves rend la conception du système de refroidissement complexe et onéreux. Un objectif général visé par l’invention est de fournir un refroidissement performant et peu couteux pour une machine électrique tournante fermée, en particulier d’une machine électrique tournante à réluctance synchrone, aussi appelée synchro-réluctante, en vue de garantir les performances et le rendement souhaités de la machine électrique, en particulier dans le cas d’une machine électrique tournante fermée à réluctance synchrone, et notamment lorsque la machine électrique présente un indice de protection « IP » élevé conformément à la norme EN 60529, typiquement un indice de protection IP67, tout en réduisant les couts de fabrication du dispositif de refroidissement. Dispositif de refroidissement (1) pour une machine électrique tournante comportant un stator, un rotor agencé au sein dudit stator, ledit dispositif de refroidissement (1) étant sensiblement cylindrique et ledit dispositif de refroidissement comprenant : -une première chambre (2), -une deuxième chambre (3), -les deux chambres (2, 3) étant de forme sensiblement annulaire concentriques, -une paroi intermédiaire (4) de forme sensiblement annulaire qui sépare les deux chambres qui s’étend sur sensiblement la longueur du système de refroidissement (1), -deux parois radiales (5, 6) se situant sensiblement aux extrémités longitudinales du dispositif (1) délimitant longitudinalement lesdites chambres, -un canal de liaison (17) entre les deux chambres situé à proximité de l’une des deux parois radiales (6), ledit dispositif de refroidissement étant caractérisé en ce que : -le canal de liaison (17) a une forme sensiblement annulaire. Dispositif de refroidissement selon la revendication 1, dans lequel ledit dispositif de refroidissement comprend -un premier moyen de connexion fluidique (7), -un deuxième moyen de connexion fluidique (8), -le premier moyen de connexion fluidique (7) étant en connexion fluidique avec la première chambre (2), -le deuxième moyen de connexion fluidique (8) étant en connexion fluidique avec la deuxième chambre (3). Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, dans lequel au moins un des deux moyens de connexion fluidique se situe de manière sensiblement perpendiculaire à la paroi supérieure ou sensiblement perpendiculaire à une paroi radiale. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la première chambre a une épaisseur de 0.5 à 4 mm, préférablement 1 à 2 mm et/ou la deuxième chambre a une épaisseur de 0.5 à 4 mm, préférablement 1 à 2 mm. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de refroidissement comprend une paroi inférieure (9) délimitant la deuxième chambre et comportant au moins une des deux parois radiales. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de refroidissement comprend une paroi supérieure (10) délimitant la première chambre, ladite paroi supérieure ayant une forme annulaire, sensiblement circulaire. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la paroi intermédiaire est maintenue par rapport à la paroi inférieure au moyen d’un ensemble de picots (11) et/ou rainures (12). Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de refroidissement comprend un ensemble de protubérances (13, 14), lesdites protubérances se trouvant dans la deuxième chambre, en contact avec la paroi inférieure. Dispositif de refroidissement selon la revendication 8 dans lequel l’ensemble de protubérances comprend un ou plusieurs picots (13) et/ou plusieurs rainures (14). Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel au moins l’un des picots, des ensembles de picots, de rainures ou de protubérances sont agencés suivant une ou plusieurs trajectoires du type sensiblement rectiligne, circonférentielle, hélicoïdale ou en sous-groupes de trajectoires différentes. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la deuxième chambre comporte un évasement (15) à proximité du deuxième moyen de connexion fluidique. Dispositif de refroidissement selon la revendication 11, dans lequel l’évasement a une forme annulaire. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de refroidissement comprend une troisième chambre (16) se situant entre le premier moyen de connexion fluidique et la première chambre. Dispositif de refroidissement selon la revendication 13, dans lequel la troisième chambre a une forme sensiblement annulaire concentrique par rapport à la première chambre, ladite troisième chambre s’élongeant sur tout ou partie de la circonférence du dispositif de refroidissement. Dispositif de refroidissement selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit dispositif de refroidissement a une longueur au moins égale à la longueur axiale du corps dudit stator.