FR3119277A1 - Moteur fermé refroidi par ventilateur à paroi froide - Google Patents
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Abstract
Moteur fermé refroidi par ventilateur à paroi froide
Ce moteur (102) comporte : un arbre (104), qui définit un axe (A) du moteur ; à l’intérieur d’un volume fermé (118) délimité axialement par des première et seconde cloisons transversales et radialement par une paroi axiale (112) constitutive d’une carcasse (110) du moteur (102), un stator (106), qui est solidaire de la paroi axiale (112), et un rotor (108), qui est fixé à l’arbre et agencé de manière à faire face au stator ; et, à l’extérieur du volume fermé (118), un réseau de canaux (124), qui circulent sur ou dans la paroi axiale (112), et un ventilateur (122), qui est monté sur l'arbre (104) et qui envoie de l'air dans le réseau de canaux pour refroidir le stator. Ce moteur est caractérisé en ce que le ventilateur constitue la première cloison transversale du volume fermé (118).
Figure pour l'abrégé : Figure unique
Description
La présente invention concerne un moteur fermé refroidi par ventilateur du type comportant : un arbre, qui définit un axe du moteur ; à l’intérieur d’un volume fermé délimité axialement par des première et seconde cloisons transversales et radialement par une paroi axiale constitutive d’une carcasse du moteur, un stator, qui est solidaire de la paroi axiale, et un rotor, qui est fixé à l’arbre et agencé de manière à faire face au stator ; et, à l’extérieur du volume fermé, un réseau de canaux, qui circulent sur ou dans la paroi axiale, et un ventilateur, qui est monté sur l'arbre et qui envoie de l'air dans le réseau de canaux pour refroidir le stator.
Le document EP 2 600 504 A1 divulgue un moteur fermé refroidi par ventilateur du type précité.
Or, le moyen de refroidissement externe de ce moteur de l’état de la technique, qui est constitué de l’association du ventilateur et du réseau de canaux, conduit à la présence d’un fort gradient axial de température à travers le moteur. En effet, l’air frais refoulé dans un canal par le ventilateur se réchauffe progressivement à mesure qu’il circule dans ce canal. L’efficacité du refroidissement diminue donc au fur et à mesure du déplacement de l’air dans le canal. De ce fait, la portion du stator à proximité du ventilateur est mieux refroidie que la portion du stator à l’écart du ventilateur. Il y alors établissement d’un gradient de température non seulement à travers le stator, mais également à travers le moteur. Ceci dégrade les performances et la longévité du moteur.
Le but de la présente invention est de résoudre ce problème.
Pour cela l’invention a pour objet un moteur fermé refroidi par ventilateur, du type comportant : un arbre, qui définit un axe du moteur ; à l’intérieur d’un volume fermé délimité axialement par des première et seconde cloisons transversales et radialement par une paroi axiale constitutive d’une carcasse du moteur, un stator, qui est solidaire de la paroi axiale, et un rotor, qui est fixé à l’arbre et agencé de manière à faire face au stator ; et, à l’extérieur du volume fermé, un réseau de canaux, qui circulent sur ou dans la paroi axiale, et un ventilateur, qui est monté sur l'arbre et qui envoie de l'air dans le réseau de canaux pour refroidir le stator, le ventilateur constitue la première cloison transversale du volume fermé.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le moteur comporte une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- une face intérieure du ventilateur, ladite surface intérieure étant orientée vers le volume fermé, porte des ailettes ;
- la seconde cloison transversale du volume fermé est constituée par un second flasque, ledit second flasque étant constitutif d’une carcasse du moteur ;
- la seconde cloison transversale est constituée par une seconde paroi d’extrémité, qui est couplée à l’arbre ;
- une face intérieure de la seconde paroi d’extrémité, ladite surface intérieure étant orientée vers le volume fermé, porte des ailettes ;
- le ventilateur étant un premier ventilateur et le réseau de canaux étant un premier réseau de canaux, la seconde cloison transversale du volume fermé est constituée par un second ventilateur, le second ventilateur étant monté sur l'arbre pour envoyer de l'air dans le second réseau de canaux pour refroidir le stator, le second réseau de canaux circulant sur ou dans la paroi axiale ;
- le second ventilateur porte des ailettes sur une face intérieure orientée vers le volume fermé ;
- le moteur comporte, du côté extérieur au ventilateur par rapport au volume fermé, un premier flasque, le premier flasque étant constitutif de la carcasse du moteur et comportant des ouvertures de manière à permettre l’admission d’air par le ventilateur ;
- les canaux du ou de chaque réseau de canaux sont disposés annulairement de manière régulière sur ou dans la paroi axiale ; et
- les canaux du ou de chaque réseau de canaux circulent à travers le stator.
L’invention et ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description détaillée qui va suivre d’un mode de réalisation particulier, donné uniquement à titre d’exemple non limitatif, cette description étant faite en se référant à l’unique figure annexée, qui représente, en section axiale, un premier mode de réalisation d’un moteur selon l’invention.
En se référant à la , un premier mode de réalisation d’un moteur fermé refroidi par ventilateur selon l’invention va être présenté.
Le moteur 102 est un moteur électrique propre à convertir une puissance électrique en une puissance mécanique.
Il comporte un arbre 104 s’étendant selon un axe longitudinal A. L’arbre est traversant. En variante, il pourrait s’agir d’un demi-arbre.
L’axe A est un axe de rotation pour les pièces tournantes du moteur 102.
Le moteur 102 comporte un stator 106, fixe, et un rotor 108, qui est solidaire de l’arbre 104.
Le moteur 102 comporte une carcasse 110.
La carcasse 110 est constituée d’une paroi axiale 112, dont les extrémités axiales portent d’un côté un premier flasque 114 et de l’autre côté un second flasque 114’.
La paroi axiale 112 est de forme sensiblement cylindrique autour de l’axe A. Dans le mode de réalisation de la , la paroi axiale 112 intègre le stator 106. En variante, le stator est fixé sur une surface intérieure de la paroi axiale.
Le premier flasque 114 est disposé transversalement à l’axe A. Le premier flasque 114 étant fixe, elle est couplée à l’arbre 104 via des paliers 116.
Le seconde flasque 114’ est disposé transversalement à l’axe A. Le seconde flasque 114’ étant fixe, elle est couplée à l’arbre 104 via des paliers 116’.
Les premier et second flasques 114 et 114’ présentent des ouvertures.
Du côté du second flasque 114’, est prévue une seconde paroi 123, disposée transversalement à l’axe A, est couplée à l’arbre 104. Il s’agit par conséquent d’une paroi tournante. L’interface 131 entre la paroi axiale 112 et la seconde paroi 123 est adaptée pour permettre le mouvement relatif, tout en assurant une certaine étanchéité.
Le moteur 102 est fermé, c’est-à-dire que l’ensemble rotor - stator est placé à l’intérieur d’un volume fermé 118.
Pour le refroidissement du stator 106, le moteur 102 est équipé de moyens de refroidissement externes au volume fermé 118.
Les moyens de refroidissement comportent un ventilateur 122, solidaire de l’arbre 104, et placé à l’intérieur de la carcasse 110. Plus précisément, le premier ventilateur 122 est du côté intérieur du premier flasque 114 par rapport au volume fermé 118.
Les moyens de refroidissement comportent, associés au ventilateur 122, un réseau de canaux 124, prévus dans l’épaisseur de la paroi axiale 112.
Le réseau de canaux 124 comporte une pluralité de N canaux. Par exemple N est égal à quatre. En variante, un nombre différent de canaux pourrait être mis en œuvre.
Un canal comporte successivement une portion d’entrée 126, qui est coudée dans un plan axial, et une portion principale 128, qui est sensiblement rectiligne et disposée parallèlement à l’axe A. L’extrémité proximale ouverte de la portion d’entrée 126 est reliée fluidiquement avec le ventilateur 122. L’extrémité distale ouverte de la portion principale 128 est avantageusement associée fluidiquement à un moyen formant écope, de manière à rejeter l’air chaud à l’écart du moteur.
Les moyens de refroidissement, qui sont prévus du côté gauche du moteur 102 sur la figure, permettent une circulation d’air selon les flèches F1, orientées de gauche à droite sur la figure.
La mise en rotation du premier ventilateur 122 par l’arbre 104 permet l’aspiration d’air frais, extérieur au moteur 102, et le refoulement de l’air ainsi aspiré dans la portion d’entrée 126 de chacun des canaux du réseau 124. L’air admis circule ensuite à l’intérieur de la portion principale 128 de chacun des canaux du réseau 124 de manière à refroidir le stator 106. Enfin, l’air chaud est éjecté dans l’environnement, avantageusement à l’écart du moteur 102.
Le volume fermé 118 est ainsi délimité, radialement, par la paroi axiale 112 et, longitudinalement, par le premier ventilateur 122 et la seconde paroi d’extrémité 123.
Le premier flasque 114 prévus à l’écart du premier ventilateur 122, par rapport au plan médian M, est donc muni d’ouvertures pour permettre le passage d’air extérieur au moteur 102 vers le premier ventilateur 122.
La paroi axiale 112 est donc prolongée axialement, au-delà du premier ventilateur 122 pour recevoir le premier flasque 114.
Avantageusement, le premier ventilateur 122 et la seconde paroi d’extrémité 123, sont réalisés en un matériau bon conducteur thermique. Ils sont par exemple réalisés en aluminium.
Le premier ventilateur 122 et la seconde paroi d’extrémité 123 constituent des parois dites froides, qui favorisent l’échange de chaleur par conduction entre l’extérieur du volume fermé 118 et l’intérieur du volume fermé 118, c’est-à-dire l’échange de chaleur entre l’air chaud bloqué à l’intérieur du volume 118 et l’air frais extérieur au moteur, notamment l’air frais aspiré par le ventilateur.
Avantageusement, pour favoriser le brassage de l’air à l’intérieur du volume fermé 118, la face interne du premier ventilateur 122 et/ou la face interne de la seconde paroi d’extrémité 123 sont munies d’ailettes, 132 et 133 respectivement. Lors de la mise en rotation de l’arbre 104, le premier ventilateur 122 et la seconde paroi d’extrémité 123 sont mises en rotation autour de l’axe A. En conséquence, les ailettes 132 et 133 brassent l’air du volume fermé 118.
Avantageusement, pour permettre une certaine circulation de l’air à l’intérieur du volume fermé 118, des canaux 109 sont ménagés à travers le rotor 108. De la sorte, une circulation d’air est possible à travers les canaux 109 et l’entrefer 107, entre le stator 106 et le rotor 108. Cette circulation est représentée par les flèches F3 sur la figure.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure, le stator 106 est un rotor feuilleté, qui comporte un empilement de tôles, cet empilement définissant des encoches longitudinales de réception des bobines. Chaque tôle est de préférence de forme sensiblement carrée. Elle comporte, à proximité de chacun de ses coins, un orifice, qui correspond à une section transversale d’un canal du réseau de canaux 124. Les tôles sont empilées axialement les unes à la suite des autres. Ainsi, les orifices des tôles définissent les canaux du réseau de canaux 124.
Dans le mode de réalisation représenté, chaque canal s’étend longitudinalement. En variante, les canaux pourraient circuler de manière différente dans ou sur la carcasse du moteur. Par exemple, chaque canal pourrait être conformé en hélice.
L’homme du métier saura comment adapter la forme des tôles et leur assemblage pour construire des réseaux de canaux avec un nombre différents de canaux et/ou des formes de canaux différentes.
En variante, le rotor étant fixé sur une surface intérieure de la carcasse, la paroi axiale de celle-ci est usinée de manière à présenter, dans son épaisseur, les canaux du réseau de canaux. Avantageusement, la paroi axiale est réalisée par l’assemblage de deux demi-coques complémentaires, dont les surfaces en regard ont été usinées pour former les canaux une fois assemblées.
Dans encore une autre variante, le réseau de canaux est rapporté sur la carcasse du moteur.
En variante, la seconde paroi d’extrémité est constituée non pas par une paroi tournante, mais par un second flasque similaire au premier flasque 114, à l’exception du fait qu’il ne comporte pas d’ouverture, pour maintenir le volume 118 fermé. Le second flasque, solidaire des autres composants de la carcasse est fixe. Il est donc couplé à l’arbre par des paliers.
Dans encore une autre variante, la seconde cloison du volume fermé est constituée par un second ventilateur. Le moteur est alors muni d’un second moyen de refroidissement externe associant un second ventilateur à un second réseau de canaux prévus dans la carcasse du moteur. Avantageusement, le moteur est alors symétrique par rapport à un plan médian M, les seconds moyens de refroidissement étant décalés angulairement autour de l’axe A par rapport aux premiers moyens de refroidissement de manière à ce qu’un canal du premier réseau soit disposé entre deux canaux du second réseau.
Avantageusement, une surface intérieure de ce second ventilateur est équipée d’ailette pour brasser l’air du volume fermé du moteur.
Claims (10)
- Moteur fermé refroidi par ventilateur (102), du type comportant : un arbre (104), qui définit un axe (A) du moteur ; à l’intérieur d’un volume fermé (118) délimité axialement par des première et seconde cloisons transversales et radialement par une paroi axiale (112) constitutive d’une carcasse (110) du moteur (102), un stator (106), qui est solidaire de la paroi axiale (112), et un rotor (108), qui est fixé à l’arbre et agencé de manière à faire face au stator ; et, à l’extérieur du volume fermé (118), un réseau de canaux (124), qui circulent sur ou dans la paroi axiale (112), et un ventilateur (122), qui est monté sur l'arbre (104) et qui envoie de l'air dans le réseau de canaux pour refroidir le stator, caractérisé en ce que le ventilateur constitue la première cloison transversale du volume fermé (118).
- Moteur selon la revendication 1, dans lequel une face intérieure du ventilateur (122), ladite surface intérieure étant orientée vers le volume fermé (118), porte des ailettes (132, 133).
- Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la seconde cloison transversale du volume fermé (118) est constituée par un second flasque, ledit second flasque étant constitutif d’une carcasse du moteur.
- Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel la seconde cloison transversale est constituée par une seconde paroi d’extrémité (123), qui est couplée à l’arbre (104).
- Moteur selon la revendication 4, dans lequel une face intérieure de la seconde paroi d’extrémité (123), ladite surface intérieure étant orientée vers le volume fermé (118), porte des ailettes (132, 133).
- Moteur selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel, le ventilateur étant un premier ventilateur et le réseau de canaux étant un premier réseau de canaux, la seconde cloison transversale du volume fermé (118) est constituée par un second ventilateur, le second ventilateur étant monté sur l'arbre pour envoyer de l'air dans le second réseau de canaux pour refroidir le stator, le second réseau de canaux circulant sur ou dans la paroi axiale (112).
- Moteur selon la revendication 6, dans lequel le second ventilateur porte des ailettes sur une face intérieure orientée vers le volume fermé (118).
- Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le moteur comporte, du côté extérieur au ventilateur (122) par rapport au volume fermé (118), un premier flasque (114), le premier flasque étant constitutif de la carcasse (110) du moteur (102) et comportant des ouvertures de manière à permettre l’admission d’air par le ventilateur (122).
- Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les canaux du ou de chaque réseau de canaux sont disposés annulairement de manière régulière sur ou dans la paroi axiale (112) .
- Moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les canaux du ou de chaque réseau de canaux (124) circulent à travers le stator (106).
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- 2021-01-26 FR FR2100702A patent/FR3119277B1/fr active Active
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