FR2859836A1 - Machine electrique equipee d'un moyen de refroidissement - Google Patents
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Abstract
Machine électrique (1) comportant un rotor (3) et un stator (2), le rotor (3) coopérant avec un arbre de rotor (4) monté à rotation par l'intermédiaire d'au moins un palier (5) notamment un palier à roulement dans un carter (7). Les paliers (5) sont installés dans un flasque (6) ayant au moins une chambre à liquide de refroidissement (15 ; 17 ; 23) pour le passage d'un liquide de refroidissement.
Description
Domaine de l'invention
La présente invention concerne une machine électrique comportant un rotor et un stator, le rotor coopérant avec un arbre de rotor monté à rotation par l'intermédiaire d'au moins un palier notamment un palier à roulement dans un carter.
Les machines électriques existent sous forme de machines à courant continu ou de machines à courant tournant (machines asynchrones ou machines synchrones). Pour refroidir les moteurs à courant continu on utilise fréquemment un refroidissement par air et l'arbre du rotor porte un ventilateur qui fait passer un courant d'air à travers le carter de la machine.
Les machines à courant tournant ont en général un carter fermé avec un faible entrefer entre le stator et le rotor rendant pratique-ment impossible un refroidissement par air. Dans le cas de machines à courant tournant il est connu de munir le côté extérieur du carter fermé de nervures ou ailettes assurant une évacuation de la chaleur pour des raisons d'entretien.
Mais comme la puissance des machines électriques augmente, ce type de refroidissement ne permet pas d'assurer une évacuation 20 suffisante de la chaleur.
Notamment, dans le cas d'essieux moteurs utilisant une ou plusieurs machines électriques (moteurs électriques) on rencontre de tels problèmes de manière amplifiée car les températures permanentes des machines électriques deviennent élevées. Dans le cas de machines de tra- vail en forme de chariots transporteurs, utilisées en plusieurs postes, on peut avoir une surcharge thermique dans les zones à problèmes au niveau des paliers et des joints d'étanchéité de la machine électrique, risquant d'entraîner la défaillance du moyen d'étanchéité ou des paliers.
Par comparaison au refroidissement par air, les refroidis- sements par liquide sont beaucoup plus efficaces et permettent d'évacuer une quantité importante de chaleur si bien que pour une même puissance, cela permet de réduire l'encombrement de la machine électrique ou réciproquement pour un même encombrement on peut augmenter la capacité de la machine électrique.
On connaît les systèmes de refroidissement par liquide appliqués à des machines à courant tournant dans lesquelles l'enveloppe extérieure est équipée d'un système de tuyau pour refroidir le stator. Un tel refroidissement extérieur de l'ensemble de la machine à courant tour- nant entraîne néanmoins une mise en oeuvre de moyens constructifs importants.
On connaît également des machines électriques équipées d'un refroidissement interne par liquide. Dans ces machines, de l'huile passe dans le rotor mais cela se traduit par une augmentation des pertes par dispersion.
Dans le cas de tels systèmes de refroidissement intérieur et extérieur par liquide, il faut en outre une capacité de refroidissement importante car on refroidit l'ensemble de la machine électrique ce qui se tra- duit par une construction compliquée.
But de l'invention La présente invention a pour but de développer une machine électrique du type défini ci-dessus assurant un refroidissement efficace avec une mise en oeuvre de moyens constructifs réduits.
Exposé et avantages de l'invention A cet effet l'invention concerne une machine du type défini ci-dessus caractérisée en ce que les paliers sont installés dans un flasque ayant au moins une chambre à liquide de refroidissement pour le passage d'un liquide de refroidissement.
La caractéristique générale de l'invention consiste ainsi à refroidir la machine électrique dans les zones à difficulté au niveau du flasque et ainsi des paliers là où se produisent les températures les plus élevées et se trouvent les composants les plus exposés, en assurant un refroidissement précis et partiel. Ce refroidissement partiel de la machine électrique au niveau du flasque et ainsi dans la zone des paliers permet de réduire considérablement la puissance de refroidissement nécessaire par rapport à un refroidissement par liquide traitant l'ensemble de la machine électrique. Le montage du refroidissement par liquide dans le flasque grâce à une chambre à liquide fermée dans le flasque, et qui est directe- ment ou indirectement au niveau du palier, assure ainsi un refroidisse- ment par liquide de la machine électrique avec un refroidissement plus efficace des composants exposés, avec une puissance de refroidissement plus réduite à mettre en oeuvre et des moyens constructifs plus faibles.
Selon un mode de réalisation, la chambre à liquide de re- froidissement peut être réalisée dans le flasque dans la zone axialement voisine du palier. Cela permet de réduire la mise en oeuvre de moyens de construction si la chambre de refroidissement communique directement avec les paliers. Ce mode de réalisation permet en outre d'assurer le refroidissement de l'arbre du rotor.
On peut également réaliser un refroidissement partiel des paliers si selon un autre mode de réalisation de l'invention, la chambre de liquide de refroidissement se trouve dans la zone radialement voisine des paliers dans le flasque. Ainsi, avec une chambre fermée pour le liquide de refroidissement dans le flasque et qui communique indirectement avec les paliers, par exemple dans la direction radiale au-dessus du palier. Cela permet une construction particulièrement simple car la réalisation de la chambre à liquide de refroidissement dans le flasque ne nécessite pas de joint rotatif de la chambre de liquide de refroidissement au niveau de l'arbre du rotor. Une telle chambre à liquide de refroidissement peut en outre évacuer la chaleur de la chambre de liquide de refroidissement par les faces frontales pour l'évacuer de la machine électrique et d'un composant tel qu'une boîte de vitesses entraînée par le rotor.
D'une manière particulièrement avantageuse, la chambre à liquide de refroidissement réalisée dans la zone axiale voisine des paliers communique avec la chambre à liquide de refroidissement réalisée dans la zone radialement voisine des paliers.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, le palier est rendu étanche par rapport à l'extérieur à l'aide d'un moyen d'étanchéité prévu dans le flasque notamment un joint à ondulation, la chambre à liquide de refroidissement se trouvant entre les paliers et le moyen d'étanchéité dans le flasque. La chambre à liquide de refroidisse- ment contenant le liquide de refroidissement est ainsi prévue au voisinage axial direct du palier et communique avec le palier par une liaison directe ce qui garantit le refroidissement du palier et du moyen d'étanchéité. Ain-si, les composants exposés de la machine électrique sont refroidis de manière précise. Le moyen d'étanchéité déjà existant permet d'éviter en toute sécurité que du liquide de refroidissement ne s'échappe. Une telle chambre à liquide de refroidissement peut être réalisée avec des moyens constructifs réduits au niveau du perçage de carter du flasque recevant le point de palier par exemple sous la forme d'un espace annulaire.
Le liquide de refroidissement peut passer par le palier pour arriver à l'intérieur de la machine électrique et revenir par un circuit de refroidissement.
De façon avantageuse, le palier est rendu étanche par rapport à l'intérieur à l'aide d'un moyen d'étanchéité ou installation d'étanchéité équipant le flasque notamment d'un joint d'étanchéité à ondulation et la chambre à liquide de refroidissement est réalisée dans le flasque entre le palier et le moyen d'étanchéité. Cela permet d'éviter une fuite de liquide de refroidissement vers le volume intérieur de la machine électrique et les pertes par dispersion correspondantes. Ainsi la chambre à liquide de refroidissement garantit le refroidissement de l'installation d'étanchéité.
Il est particulièrement avantageux que les chambres à liquide de refroidissement réalisées entre les paliers et les moyens 10 d'étanchéité, communiquent par exemple à travers le palier.
Le moyen d'étanchéité est avantageusement installé dans un panneau d'étanchéité fixé au flasque.
Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, la chambre à liquide de refroidissement est réalisée entre le flasque et le panneau d'étanchéité. Grâce à une réalisation appropriée du panneau d'étanchéité, cela permet de réaliser de manière simple au niveau de la face frontale du flasque, une chambre à liquide de refroidissement installée radialement dans la zone de palier. Ainsi on refroidit le palier, le moyen d'étanchéité, l'arbre du rotor et le composant tel qu'une boîte de vitesses installée au voisinage du flasque.
De façon avantageuse, la chambre à liquide de refroidisse-ment s'étend dans la direction radiale sur la surface frontale du flasque pour arriver jusqu'au point de palier. Ainsi on réalise dans le flasque une chambre à liquide de refroidissement fermée, s'étendant sur la face fron- tale du flasque et communiquant par les points de palier de façon directe, par exemple à l'aide d'un intervalle annulaire entre le palier et le moyen d'étanchéité et ainsi pour la chambre à liquide de refroidissement réalisée entre le palier et l'installation d'étanchéité.
Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la chambre à liquide de refroidissement est réalisée entre le flasque et un panneau de couvercle fixé au panneau de palier. Ainsi avec des moyens de construction réduits on réalise dans le flasque une chambre à liquide de refroidissement installée radialement et fermée, cette chambre communiquant indirectement avec le palier ce qui rend inutile tout joint tournant entre la chambre à liquide de refroidissement et l'arbre du rotor.
La chambre à liquide de refroidissement s'étend avantageusement dans la direction radiale sur la surface frontale du flasque jusqu'à un décrochement du flasque portant le point de palier. Au niveau du fias- que on a ainsi une chambre annulaire fermée pour le liquide de refroidissement. Cette chambre assure par la face frontale, le refroidissement du volume intérieur de la machine électrique et du composant et grâce à la zone radiale intérieure on assure le refroidissement du palier et du moyen d'étanchéité. La chambre à liquide de refroidissement peut dans ces conditions être fermée de manière simple au niveau du palier à décrochement, grâce au panneau.
Selon un développement préférentiel de l'invention, la chambre à liquide de refroidissement assure le refroidissement d'une tête 1 o d'enroulement de stator voisine.
La tête d'enroulement de stator voisine du flasque peut se refroidir de manière simple si le panneau d'étanchéité ou le panneau de couvercle s'étendent au moins partiellement, par exemple dans la direction axiale dans la zone de la tête d'enroulement de stator.
Les moyens constructifs à mettre en oeuvre pour refroidir la tête d'enroulement de stator sont réduits si le panneau d'étanchéité ou le panneau de recouvrement comportent une extension, s'étendant vers la tête d'enroulement de stator, qui forme une chambre annulaire d'agent de refroidissement prévue au niveau de la tête d'enroulement de stator. Une telle extension qui s'étend dans la direction axiale par rapport à la tête de stator peut être réalisée de manière simple au niveau de la périphérie intérieure de la tête d'enroulement de stator en formant une chambre annulaire de liquide de refroidissement permettant de refroidir la tête d'enroulement du stator.
Il est particulièrement avantageux de raccorder la chambre de liquide de refroidissement au circuit de liquide de refroidissement, la chambre ayant un branchement d'alimentation et/ou un branchement de sortie.
On réalise de manière simple la liaison entre le branche- ment d'alimentation, ou le branchement de sortie, et la chambre à liquide de refroidissement si le branchement d'alimentation ou le branchement de sortie est relié à un canal d'agent de refroidissement réalisé dans le panneau de palier et aboutissant à la chambre à liquide de refroidissement.
Dans la mesure où, selon un développement avantageux de l'invention, au voisinage du flasque on a un composant entraîné par le rotor tel qu'une boîte de vitesses, il est simple de refroidir le composant par la chambre à liquide de refroidissement qui se trouve sur le flasque.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une coupe longitudinale d'un premier mode de réalisa- tion d'une machine électrique selon l'invention, la figure 2 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'une machine électrique selon l'invention, la figure 3 montre un développement de la figure 2, la figure 4 est une coupe longitudinale d'un autre mode de réalisation d'une machine électrique selon l'invention.
Description de modes de réalisation de l'invention
Selon la figure 1, la machine électrique 1 comprend un stator 2 et un rotor 3 fixé sur un arbre de rotor 4. L'arbre de rotor 4 est monté par ses deux extrémités dans un palier en forme de palier à roule- ment dont uniquement le palier 5 à gauche est représenté à la figure 1. Le palier 5 est monté dans un flasque 6. Le flasque 6 est fixé au boîtier 7 par exemple au boîtier d'essieu. Sur le côté du flasque 6 à l'opposé de la ma-chine électrique 1 on a un équipement 8 tel qu'une transmission pour en- traîner une roue d'une machine tel qu'un chariot transporteur entraîné par l'arbre 4 du rotor. L'arbre 4 du rotor est relié à une pièce intermédiaire 9 servant à l'entraînement de l'élément d'entrée 10 du composant 8.
Le palier 5 est rendu étanche vers l'extérieur en direction du composant 8 par l'intermédiaire d'un moyen d'étanchéité 11 en forme de joint d'arbre. Le moyen d'étanchéité 11 est installé dans le flasque 6.
Selon l'invention, entre le palier 5 et le moyen d'étanchéité 11, au niveau de la face frontale extérieure du palier 5 et ainsi au voisinage axial de celui-ci, le flasque 6 comporte une chambre annulaire 15 de liquide de refroidissement. La chambre de liquide de refroidissement 15 est raccordée à un circuit de liquide de refroidissement et communique à cet effet avec un canal 16 réalisé dans le flasque 6 pour le liquide de refroidissement afin d'être relié au branchement d'alimentation 25. La chambre 15 est également reliée à un canal non représenté de liquide de refroidissement muni d'un branchement de sortie.
Du côté intérieur vers la machine électrique 1, le palier 5 est rendu étanche par un moyen d'étanchéité 12 équipant le flasque 6. Le moyen d'étanchéité 12 est installé dans un flasque d'étanchéité 13 fixé au niveau de la zone radiale intérieure du flasque 6.
Entre la face frontale intérieure du palier 5 et le moyen d'étanchéité 12 et ainsi dans la zone du palier 5 au voisinage axial on a une autre chambre annulaire 17 de liquide de refroidissement communiquant par le palier 5 avec la chambre de liquide de refroidissement 15.
Les chambres de liquide de refroidissement 15, 17 sont réalisées dans l'alésage 30 du flasque 6 recevant le palier 5 ce qui permet de réaliser les chambres 15, 17 sans nécessiter de fabrication supplémentaire.
Les chambres de liquide de refroidissement 15, 17 réalisées dans le flasque 6 selon l'invention permettent de refroidir le palier 5 et le moyen d'étanchéité 11 ainsi que le moyen d'étanchéité 12 et de la sorte les composants exposés de la machine électrique, et cela avec une mise en oeuvre constructive réduite et une puissance de refroidissement faible.
Selon la figure 2, entre le panneau d'étanchéité 13, portant l'installation d'étanchéité 12 et se trouvant fixé dans la zone radiale extérieure du flasque 6 et le flasque 6 est formée une chambre de liquide de refroidissement 23 dans la zone radiale voisine du palier 5, cette chambre, communiquant par le canal d'agent de refroidissement 18 réalisé dans le flasque 6, est reliée à un branchement de sortie 26 et communique d'une manière non représentée avec un branchement d'alimentation. La chambre de liquide de refroidissement 23 s'étend grâce à la réalisation du panneau d'étanchéité 13 dans la direction radiale sur la face frontale du flasque 6 jusque vers la face frontale intérieure du palier 5 tournée vers le moyen d'étanchéité 12. La chambre de liquide de refroidissement 23 est ainsi reliée à la chambre de liquide de refroidissement 17 réalisée entre le palier 5 et l'installation d'étanchéité 12. Par le palier 5, la chambre de liquide de refroidissement 15 réalisée au niveau du perçage 30 du boîtier, entre le palier 5 et le moyen d'étanchéité 11 communique ainsi avec la chambre de liquide de refroidissement 17.
Les chambres de liquide de refroidissement 15, 17, 23 selon la figure 2 permettent non seulement de refroidir le palier 5 et les moyens d'étanchéité 11, 12 par la pièce intermédiaire 9 mais également de refroidir l'arbre 4 du rotor et par la face frontale du flasque 6, d'assurer le refroidissement du composant 8 ainsi que grâce à la face frontale du panneau d'étanchéité 13, le refroidissement de la machine électrique 1 et cela avec une faible puissance calorifique.
Selon le développement de la figure 3, on a un refroidisse-ment de tète d'enroulement de stator 20. Le panneau d'étanchéité 13 est dans ce cas muni d'une extension 28 s'étendant dans la direction axiale vers la tête d'enroulement 20 du stator et couvrant au moins partiellement la tête d'enroulement de stator 20 au niveau de la périphérie intérieure. L'extension 28 du panneau d'étanchéité 13 est par exemple de forme an- s nulaire si bien qu'au niveau de la tête d'enroulement du stator 20 on forme ainsi une chambre 21 pour le liquide de refroidissement et cette chambre est reliée à la chambre 23.
Selon la figure 4, la chambre 23 du liquide de refroidisse-ment se trouve dans la zone radiale voisine du palier 5 et est formée entre le flasque 6 et le panneau de couvercle 19 fixé au flasque 6 et communiquant dans la zone radiale inférieure avec un décrochage de palier 22 porté par le palier 5 et faisant partie du flasque 6. La chambre annulaire 23 du liquide de refroidissement s'étend ainsi dans la direction radiale par-dessus la surface frontale du panneau de palier 6 jusque vers la périphérie extérieure du tourillon de palier 22 portant le point de palier 5 pour le panneau de palier 6. Ainsi, lorsque la chambre du liquide de refroidissement 23 est fermée, elle communique indirectement avec le palier 5 et l'installation d'étanchéité 11. Dans ce mode de réalisation, on peut refroidir le palier 5 et le moyen d'étanchéité 11 ainsi que, par la face frontale, le flasque 6 pour refroidir le composant 8 et, par l'intermédiaire de la face frontale du panneau de recouvrement 19, on peut assurer le couplage de la machine électrique 1. Ce montage du panneau de couvercle 19 sur le prolongement de palier 22 du flasque 6 permet ici une installation d'étanchéité en rotation, pour assurer l'étanchéité de la chambre d'agent de refroidissement 23 par rapport à l'arbre 4 du rotor ou à la pièce intermédiaire 9 ce qui réduit les moyens de construction à mettre en oeuvre.
Le panneau de couvercle 19 selon la figure 4 peut être muni d'une extension selon la figure 3 pour compléter le refroidissement de la tête d'enroulement 20 du stator.
Claims (18)
1 ) Machine électrique comportant un rotor et un stator, le rotor coopérant avec un arbre de rotor monté à rotation par l'intermédiaire d'au moins un palier notamment un palier à roulement dans un carter, caractérisée en ce que les paliers (5) sont installés dans un flasque (6) ayant au moins une chambre à liquide de refroidissement (15; 17; 23) pour le passage d'un liquide de refroidissement.
2 ) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (15; 17) se trouve dans une zone axialement voisine du palier (5) dans le flasque (6).
3 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (23) se trouve dans le flasque (6) dans une zone radialement voisine du palier (5) .
4 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (15, 17) prévue dans une zone axialement voisine du palier (5), communique avec la chambre à liquide de refroidissement (23) prévue dans la zone radialement voisine du palier (5).
5 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le palier (5) est rendu étanche vis-à-vis de l'extérieur par l'intermédiaire d'un moyen d'étanchéité (11) installé dans le flasque (6) notamment d'un joint à ondulation et la chambre à liquide de refroidissement (15) est réalisée dans le flasque (6) entre le palier (5) et le moyen d'étanchéité (11).
6 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le palier (5) est rendu étanche vis-à-vis du côté inférieur par l'intermédiaire d'un moyen d'étanchéité (12) prévu au niveau du flasque (6) notamment d'un joint à ondulation et la chambre à liquide de refroidis- sement (17) est prévue dans le flasque (6) entre le palier (5) et le moyen d'étanchéité (12).
7 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, 5 caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (17) communique avec la chambre à liquide de refroidissement (15).
8 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, 10 caractérisée en ce que le moyen d'étanchéité (12) est prévu dans un panneau d'étanchéité (13) fixé au flasque (6).
9 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, 15 caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (23) est réalisée entre le flasque (6) et le panneau d'étanchéité (13).
10 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 3 à 9, 20 caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (23) s'étend dans la direction radiale sur la surface frontale du flasque (6) jusqu'au palier (5).
11 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 3 à 10, 25 caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (23) est réalisée entre le flasque (6) et un panneau de recouvrement (19) fixé au flasque (6).
12 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 3 à 11, 30 caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (23) s'étend dans la direction radiale sur la surface frontale du flasque (6) jusqu'à un épaulement de palier (22) du flasque (6) portant le palier (5).
13 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (15, 17, 23) assure le refroidisse-ment de la tête d'enroulement de stator (20), voisine.
14 ) Machine électrique selon la revendication 13, caractérisée en ce que le panneau d'étanchéité (13) ou le panneau formant couvercle (19) s'étend au moins partiellement dans la zone de la tête d'enroulement de stator (20).
15 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 13 ou 14, caractérisée en ce que le panneau d'étanchéité (13) ou le panneau formant couvercle (19) est muni d'une extension (28) arrivant jusqu'au niveau de la tête d'enroulement de stator (20), et qui forme une chambre annulaire de liquide de refroidissement (21) située au niveau de la tête d'enroulement de stator (20).
16 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisée en ce que la chambre à liquide de refroidissement (15, 17, 23) est raccordée à un circuit de liquide de refroidissement et la chambre à liquide de refroidis- sement (15, 17, 23) comporte un branchement d'alimentation (25) et/ou un branchement de sortie (26) pour le liquide de refroidissement.
17 ) Machine électrique selon la revendication 16, caractérisée en ce que le branchement d'alimentation (25) et/ou le branchement de sortie (26) communiquent avec un canal de liquide de refroidissement (16, 18) réalisé dans le panneau de palier (6).
18 ) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, 30 caractérisée par un composant (8) entraîné par le rotor (3) notamment une boîte de vites-ses au voisinage du flasque (6).
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