FR3051297A1 - Machine electrique tournante a refroidissement optimise - Google Patents

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Abstract

L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante comportant: - un palier (12), - un stator (11) comportant un corps de stator (13), - un anneau tubulaire (27), ledit corps de stator (13) étant monté fretté dans l'anneau (27), - une chambre de refroidissement (28) pour la circulation de liquide de refroidissement délimitée par une périphérie externe dudit anneau tubulaire (27) et une périphérie interne dudit palier (12), - ledit palier (12) comportant une entrée et une sortie de liquide de refroidissement, ladite machine comportant une paroi de séparation (42) pour séparer ladite chambre de refroidissement (28) s'étendant entre ladite entrée et ladite sortie de liquide de refroidissement, ladite paroi de séparation (42) étant rapportée par rapport audit anneau tubulaire (27) et comportant à ses extrémités des organes de fixation pour maintenir ladite paroi (42) sur ledit anneau tubulaire (27).

Description

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE À REFROIDISSEMENT OPTIMISÉ L’invention porte sur une machine électrique tournante à refroidissement optimisé. L'invention se rapporte au domaine des machines électriques telles que les moteurs, les alternateurs, ou les alterno-démarreurs.
On connaît des machines électriques comportant rotor solidaire d'un arbre menant et/ou mené et un stator qui entoure le rotor avec présence d'un entrefer. Le stator est porté par un carter qui comporte des roulements pour le montage à rotation de l'arbre de rotor.
Le rotor pourra comporter un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. Alternativement, le rotor comporte des pôles à griffes.
Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Alternativement, dans le cas d'un bobinage de type concentrique, la machine électrique polyphasée comporte un bobinage de stator formé par plusieurs bobines préformées montées autour des dents du stator par l'intermédiaire d'un isolant de bobine.
La chaleur générée par la circulation du courant à travers le bobinage du stator peut être évacuée vers un circuit de refroidissement. Ce circuit de refroidissement comporte une chambre dans laquelle circule un liquide caloporteur. La chambre de refroidissement est délimitée par une périphérie interne du carter et une périphérie externe d'un anneau tubulaire dans lequel est monté fretté le corps de stator. La périphérie externe du corps de stator est ainsi en contact avec la périphérie interne de l'anneau tubulaire afin de faciliter l'évacuation de la chaleur vers la chambre de refroidissement. Toutefois, la réalisation de la chambre de refroidissement peut engendrer une déformation de l'anneau dans la zone de frettage avec le corps de stator, ce qui est susceptible d'entraîner des problèmes de tenue mécanique, d’efficacité et d'étanchéité.
La présente invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une machine électrique tournante comportant: - un palier, - un stator comportant un corps de stator, - un anneau tubulaire, ledit corps de stator étant monté fretté dans ledit anneau tubulaire, - une chambre de refroidissement pour la circulation de liquide de refroidissement délimitée par une périphérie externe dudit anneau tubulaire et une périphérie interne dudit palier, - ledit palier comportant une entrée et une sortie de liquide de refroidissement, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante comporte une paroi de séparation pour séparer ladite chambre de refroidissement s'étendant entre ladite entrée et ladite sortie de liquide de refroidissement, de sorte que le liquide de refroidissement circule depuis ladite entrée vers ladite sortie de liquide de refroidissement, ladite paroi de séparation étant rapportée par rapport audit anneau tubulaire et comportant à ses extrémités des organes de fixation pour maintenir ladite paroi de séparation sur ledit anneau tubulaire. L'invention permet ainsi d'éviter que l'anneau soit déformé dans la zone frettée par la paroi de séparation lors de sa fixation. L'invention garantit ainsi une bonne surface de contact entre la périphérie externe du corps de stator et la périphérie interne de l'anneau lors du frettage.
Selon une réalisation, le stator comporte un paquet de tôles.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation s'étend de façon rectiligne.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation est inclinée par rapport à un axe dudit anneau tubulaire.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation présente une forme courbe.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation comporte un évidement central agencé pour former un espace entre ladite entrée et ladite sortie de liquide de refroidissement, de sorte à être isolé du liquide de refroidissement lorsque le liquide de refroidissement circule dans ladite chambre de refroidissement.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation présente une forme de spirale enroulée autour dudit anneau tubulaire.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation présente une section de forme rectangulaire.
Selon une réalisation, ledit anneau tubulaire comporte deux gorges annulaires positionnées chacune à une extrémité axiale dudit anneau tubulaire, chaque gorge annulaire étant ménagée dans un rebord par rapport à une face externe dudit anneau tubulaire, lesdites gorges annulaires étant agencées pour recevoir un joint d'étanchéité pour assurer l'étanchéité de ladite chambre de refroidissement.
Selon une réalisation, lesdits organes de fixation comportent des pattes de fixation soudées sur un rebord d'une gorge annulaire.
Selon une réalisation, à chaque extrémité de ladite paroi de séparation, lesdites pattes de fixation s'étendent de part et d'autre de ladite paroi de séparation.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation et lesdits organes de fixation sont réalisés en métal.
Selon une réalisation, lesdits organes de fixation forment un collier ouvert et déformable élastiquement pour pouvoir s'encliqueter sur une périphérie externe dudit anneau tubulaire.
Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un dispositif de retenue en rotation de ladite paroi de séparation.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation est réalisée en matière plastique.
Selon une réalisation, ledit dispositif de retenue en rotation comporte des bossages ménagés du côté d'une face externe dudit anneau tubulaire.
Selon une réalisation, lesdits bossages sont positionnés de chaque côté de ladite paroi de séparation.
Selon une réalisation, lesdits bossages sont positionnés dans ledit évidement central de ladite paroi de séparation.
Selon une réalisation, ladite paroi de séparation est réalisée en métal.
Selon une réalisation, ledit dispositif de retenue en rotation comporte des soudures réalisées entre un organe de fixation et un rebord correspondant de ladite gorge. L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.
La figure 1 montre une vue en perspective du stator et du palier d'une machine électrique tournante selon l'invention;
La figure 2 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon l'invention montrant par transparence une paroi de séparation de la chambre de refroidissement;
La figure 3 est une vue en coupe schématique partielle d'une machine électrique tournante selon l'invention illustrant la configuration de la chambre de refroidissement;
La figure 4 est une vue en perspective de l'anneau tubulaire et d'une paroi de séparation de la chambre de refroidissement présentant une forme courbe;
Les figures 5a à 5d sont des vues en perspective illustrant des variantes de réalisation de la paroi de séparation de la chambre de refroidissement;
Les figures 6a et 6b sont des vues en perspective illustrant des dispositifs de retenue en rotation d'une paroi de séparation de la chambre de refroidissement selon l'invention.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 11 porté par un palier 12. Le stator 11 comporte un corps 13 constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue de dents 16 délimitant deux à deux des encoches ouvertes vers l'intérieur du corps 13 de stator 11.
Dans l'exemple représenté, le bobinage 19 du stator 11 est de type concentrique formé par plusieurs bobines 20 préformées montées chacune autour d'une dent 16 du stator 11 par l'intermédiaire d'un isolant de bobine. En variante, le bobinage 19 pourra être réalisé à partir d'enroulements traversant les encoches du corps de stator 13 et formant des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps 13. Les enroulements de phase pourront être obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage.
Plus précisément, comme cela est illustré par la figure 2, le palier 12 comporte une paroi centrale 23 ayant une forme annulaire d'orientation axiale et deux parois d'extrémité transversales 24 ayant une orientation sensiblement radiale par rapport à l'axe X de la machine. Chacune des parois d'extrémité 24 est munie en son centre d'un roulement pour le montage à rotation d'une extrémité de l'arbre du rotor (non représenté).
Le palier 12 pourra être réalisé en deux parties avec une première partie en forme de cuvette comportant la paroi centrale 23 et une des parois d'extrémité 24. Cette première partie est assemblée avec une deuxième partie constituée de l'autre paroi d'extrémité 24. En variante, la paroi centrale 23 et les parois d'extrémité 24 constituent des parties distinctes qui sont assemblées entre elles par exemple au moyen de tirants d'assemblage. Le palier 12 pourra par exemple être réalisé dans un matériau moulable bon conducteur thermique, tel que de l'aluminium.
Comme on peut le voir clairement sur la figure 3, le corps de stator 13 est monté fretté dans un anneau 27 de forme tubulaire. Une chambre de refroidissement 28 pour la circulation de liquide de refroidissement est délimitée par une périphérie externe de l'anneau tubulaire 27 et une périphérie interne de la paroi centrale 23 du palier 12. La périphérie externe du corps de stator 13 est ainsi en contact avec la périphérie interne de la paroi centrale 23 de l'anneau 27, afin de faciliter l'évacuation de la chaleur vers la chambre de refroidissement 28. L'anneau 27 comporte deux gorges annulaires 31 positionnées chacune à une extrémité axiale de l'anneau 27. Plus précisément, chaque gorge 31 est ménagée dans un rebord 34 par rapport à la face externe de l'anneau 27. Chaque gorge 31 est agencée pour recevoir un joint d'étanchéité 35 pour assurer l'étanchéité de la chambre 28. L’une des gorges 31 peut présenter un diamètre inférieur à l’autre gorge 31 de sorte à faciliter l’insertion de l’anneau tubulaire 27 dans le palier 12.
Le palier 12 comporte en outre une entrée 38 et une sortie 39 de liquide de refroidissement visibles sur la figure 2. Une paroi de séparation 42 permet de séparer la chambre de refroidissement 28 s'étendant entre l'entrée 38 et la sortie 39 de liquide de refroidissement, de sorte que le liquide de refroidissement circule, suivant les flèches F1, de l'entrée 38 vers la sortie 39 de liquide de refroidissement afin d'évacuer la chaleur générée par le bobinage 19 du stator 11.
La paroi de séparation 42 est rapportée par rapport à l'anneau 27 et comporte à ses extrémités des organes de fixation 43 pour maintenir la paroi de séparation 42 sur l'anneau 27.
Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, la paroi de séparation 42 s'étend de façon rectiligne entre les deux rebords d'extrémité 34 de l'anneau 27. La paroi de séparation 42 pourra s'étendre parallèlement à l'axe Y de l'anneau 27 qui est confondu avec l'axe X lorsque l'anneau 27 est monté à l'intérieure de la machine électrique tournante 10.
Alternativement, comme cela est représenté sur la figure 4, la paroi de séparation 42 pourra présenter une forme courbe, par exemple en forme de S allongé. La paroi 42 présente ainsi deux portions d'extrémité 46 sensiblement rectilignes reliées entre elles par une portion courbe 47 ayant un point d'inflexion suivant lequel la courbure de la paroi 42 change de direction.
En outre, la paroi de séparation 42 comporte des pattes de fixation 50 formant les organes de fixation 43. Ces pattes 50 sont soudées à leur extrémité libre sur un rebord 34 d'une gorge 31 suivant des zones de soudure référencées 51. A chaque extrémité de la paroi de séparation 42, les pattes 50 s'étendent de part et d'autre de la paroi de séparation 42. Les pattes 50 s'étendent en outre suivant une portion du pourtour circonférentiel de l'anneau 27. La paroi de séparation 42 et les pattes de fixation 50 sont réalisées de préférence en métal.
Avantageusement, la paroi de séparation 42 pourra présenter une section de forme rectangulaire avec un plus grand côté du rectangle en appui contre la périphérie externe de l'anneau 27. Cela permet de maximiser la surface de contact entre la paroi de séparation 42 et la périphérie externe de l'anneau 27 pour améliorer l'étanchéité de l'ensemble.
Dans les modes de réalisation des figures 5a à 5d, les organes de fixation 43 forment chacun un collier 54 ouvert et déformable élastiquement pour pouvoir s'encliqueter sur la périphérie externe de l'anneau 27. A cet effet, le collier 54 présente, à l'état non contraint, un diamètre interne légèrement plus petit que le diamètre externe de l'anneau 27. Dans ces modes de réalisation, la paroi de séparation 42 intégrant les colliers ouverts 54 à chacune de ses extrémités axiales pourra être réalisée dans un matériau à base de métal ou de plastique afin de lui conférer une certaine élasticité.
La paroi de séparation 42 pourra être inclinée par rapport à l'axe Y de l'anneau 27, tel que cela est montré sur la figure 5a. De préférence, l'entrée 38 et la sortie 39 de liquide de refroidissement sont positionnées au niveau des angles que forment la portion centrale de la paroi 42 avec le collier 54 pour faciliter la diffusion ou la récupération du liquide dans la chambre.
Dans le mode de réalisation de la figure 5b, la paroi de séparation 42 comporte un évidement central 57 agencé pour former un espace entre l'entrée 38 et la sortie 39, de sorte à être isolé du liquide de refroidissement lorsque celui-ci circule dans la chambre de refroidissement 28.
Dans un mode de réalisation de la figure 5b, l’entrée 38 et la sortie 39 sont disposées chacune à une extrémité axiale de l’anneau 27.
En variante, l’entrée 38 et la sortie 39 peuvent être disposées à la même extrémité axiale de l’anneau 27.
Dans le mode de réalisation de la figure 5c, la paroi de séparation 42 présente la forme courbe de la figure 4 et est munie d'extrémités 46 inclinées par rapport à l'axe Y de l'anneau 27. Les organes de fixation 43 situés aux extrémités de la paroi 42 sont formés par des colliers ouverts 54.
Dans le mode de réalisation de la figure 5d, la paroi de séparation 42 présente une forme de spirale enroulée autour de l'anneau 27. Le liquide de refroidissement effectue dans cette configuration un tour complet de l'anneau 27 avant d'être évacué via la sortie 39.
Avantageusement, la paroi de séparation 42 peut être agencée pour permettre au liquide de refroidissement d’effectuer un nombre prédéterminé de tour complet dans l’anneau 27 avant d’être évacué via la sortie 39.
Afin de maintenir en position la paroi 42 encliquetée sur l'anneau tubulaire 27, il est possible de prévoir un dispositif de retenue en rotation 60 de la paroi de séparation 42, tel que cela est illustré par les figures 6a et 6b. Dans le cas où la paroi de séparation 42 est réalisée en matière plastique, le dispositif de retenue en rotation 60 comporte des bossages 61 ménagés du côté d'une face externe de l'anneau 27. Comme cela est montré sur la figure 6a, les bossages 61 sont positionnés dans l'évidement 57 de la paroi de séparation 42. En variante, les bossages 61 pourront être positionnés de chaque côté d'une paroi de séparation 42 dépourvue d'évidement.
Dans le cas où la paroi de séparation 42 est réalisée en métal, le dispositif de retenue en rotation 60 comporte des soudures 62 réalisées entre un organe de fixation 43 et le rebord 34 de la gorge 31. Cela est illustré par la figure 6b.
Il est à noter que le rotor de la machine, non représenté sur les figures, pourra comporter un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS
    1. Machine électrique tournante (10) comportant: - un palier (12), - un stator (11 ) comportant un corps de stator (13), - un anneau tubulaire (27), ledit corps de stator (13) étant monté fretté dans ledit anneau tubulaire (27), - une chambre de refroidissement (28) pour la circulation de liquide de refroidissement délimitée par une périphérie externe dudit anneau tubulaire (27) et une périphérie interne dudit palier (12), - ledit palier (12) comportant une entrée (38) et une sortie (39) de liquide de refroidissement, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) comporte une paroi de séparation (42) pour séparer ladite chambre de refroidissement (28) s'étendant entre ladite entrée (38) et ladite sortie (39) de liquide de refroidissement, de sorte que le liquide de refroidissement circule depuis ladite entrée (38) vers ladite sortie (39) de liquide de refroidissement, ladite paroi de séparation (42) étant rapportée par rapport audit anneau tubulaire (27) et comportant à ses extrémités des organes de fixation (43) pour maintenir ladite paroi de séparation (42) sur ledit anneau tubulaire (27).
  2. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite paroi de séparation (42) s'étend de façon rectiligne.
  3. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite paroi de séparation (42) est inclinée par rapport à un axe (Y) dudit anneau tubulaire (27).
  4. 4. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite paroi de séparation (42) présente une forme courbe.
  5. 5. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite paroi de séparation (42) comporte un évidement central (57) agencé pour former un espace entre ladite entrée (38) et ladite sortie (39) de liquide de refroidissement, de sorte à être isolé du liquide de refroidissement lorsque le liquide de refroidissement circule dans ladite chambre de refroidissement (28).
  6. 6. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite paroi de séparation (42) présente une forme de spirale enroulée autour dudit anneau tubulaire (27).
  7. 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite paroi de séparation (42) présente une section de forme rectangulaire.
  8. 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit anneau tubulaire (27) comporte deux gorges annulaires (31) positionnées chacune à une extrémité axiale dudit anneau tubulaire (27), chaque gorge annulaire (31) étant ménagée dans un rebord (34) par rapport à une face externe dudit anneau tubulaire (27), lesdites gorges annulaires (31) étant agencées pour recevoir un joint d'étanchéité (35) pour assurer l'étanchéité de ladite chambre de refroidissement (28).
  9. 9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce que lesdits organes de fixation (43) comportent des pattes de fixation (50) soudées sur un rebord (34) d'une gorge annulaire (31).
  10. 10. Machine électrique tournante selon la revendication 9, caractérisée en ce que, à chaque extrémité de ladite paroi de séparation (42), lesdites pattes de fixation (50) s'étendent de part et d'autre de ladite paroi de séparation (42).
  11. 11. Machine électrique tournante selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que ladite paroi de séparation (42) et lesdits organes de fixation (43) sont réalisés en métal.
  12. 12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdits organes de fixation (43) forment un collier (54) ouvert et déformable élastiquement pour pouvoir s'encliqueter sur une périphérie externe dudit anneau tubulaire (27).
  13. 13. Machine électrique tournante selon la revendication 12, caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif de retenue en rotation (60) de ladite paroi de séparation (42).
  14. 14. Machine électrique tournante selon la revendication 12 ou 13, caractérisée en ce que ladite paroi de séparation (42) est réalisée en matière plastique.
  15. 15. Machine électrique tournante selon les revendications 13 et 14, caractérisée en ce que ledit dispositif de retenue en rotation (60) comporte des bossages (61) ménagés du côté d'une face externe dudit anneau tubulaire (27).
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