WO2006010863A1 - Chemise de refroidissement pour une machine rotative et machine rotative comportant une telle chemise de refroidissement - Google Patents

Chemise de refroidissement pour une machine rotative et machine rotative comportant une telle chemise de refroidissement Download PDF

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cooling
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Bruno Dessirier
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Telma
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • H02K49/04—Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type

Definitions

  • Cooling jacket for a rotary machine and rotary machine having such a cooling jacket Cooling jacket for a rotary machine and rotary machine having such a cooling jacket.
  • the invention relates to a cooling jacket for a rotary machine, in particular for an electric rotary machine equipping a motor vehicle, and a rotary machine, in particular an electromagnetic driver, comprising such a cooling jacket.
  • the need for a particularly well-functioning cooling is not limited to the engine by which the motor vehicle is driven, but also relates to auxiliary equipment such as a generator or an electromagnetic retarder for braking the drive shaft of the vehicle.
  • Most of the equipment is air cooled.
  • air cooling which is difficult to install, proves to be insufficient, the machines, and in particular the larger ones intended to undergo greater forces, must be cooled by a fluid circulating in a cooling circuit.
  • a fluid is for example water, it being understood that this water comprises at least one additive such as antifreeze, for example glycol.
  • the fluid flows in a pipe constituting, together with a heat exchanger, a cooling circuit.
  • the machines such as heat engines are provided with a cooling duct constituted by a set of ducts very branched to pass the cooling fluid virtually in all corners of the machine.
  • rotating machines such as electromagnetic retarders are machines whose cooling must also reach every nook to avoid the formation of "hot spots", a phenomenon detrimental to the operation and endurance of the machine.
  • This cooling can be done, for example, by a pipe having the general shape of a helix surrounding the machine to be cooled, because these machines do not have sufficiently thick walls so that one can integrate channels for a fluid cooling.
  • rotary electric machines whether generators, reversible machines such as starter generators, or electromagnetic retarders, and the electrical supply means of these rotary electrical machines form assemblies generally comprising a stator traversed by a shaft and a rotor assembled with this shaft so as to have an outer cylindrical surface of the rotor near an inner cylindrical face of the stator with a thin air gap interposed between the rotor and the stator.
  • the rotor comprises an inductor with electric wire coils, adapted to generate a magnetic field in an annular ferromagnetic piece of the stator, which constitutes the armature and which is associated with a cooling circuit by a fluid such as water containing an additive as indicated the
  • a rotary machine such as, for example, the electromagnetic retarder described in the document cited above, can therefore be considered very schematically as a device in two parts: the first part is constituted by the rotor which is in the form a solid core intended to be mounted on a drive shaft of a driving force that is to be braked, and a stator having the shape of a cylindrical box surrounding the rotor.
  • the coils of electrical wires which conduct the electric current of excitation of the retarder form part of the rotor, and the annular piece of ferromagnetic material in which are generated eddy currents, generating a braking force and a warm-up, is part of the stator.
  • the annular piece of ferromagnetic material is constituted by a cylindrical drum surrounding the inductor with the interposition of a cylindrical gap. Since the annular piece of ferromagnetic material is a fixed part, it is easy to cool with a fluid, even when it has complex shapes.
  • the cooling fluid is passed through a cooling pipe, or cooling jacket, matching the annular piece.
  • this cooling jacket comprises, as an integral part, the annular piece of material ferromagnetic, which ensures the direct passage of the cooling fluid on the annular part.
  • the cooling jacket or cooling pipe, is advantageously formed by two cylindrical or helical walls, according to the chosen embodiment, one of which, the outer wall, surrounds the other, the inner wall.
  • the outer wall being radially spaced from the inner wall, which is formed at least partially by the annular part, these two walls together with two side walls, a passage volume, or a conduit for the cooling fluid.
  • the integration of the annular piece of ferromagnetic material in the cooling jacket ensures the best possible direct contact between the cooling fluid and the annular part.
  • the design of the two-piece cooling jacket allows for the creation of complex shapes and the use of traditional O-ring seals for the sealing of both parts.
  • the section of this pipe which is in direct contact with the cooling machine, extends, for example, along a helix around the annular piece of ferromagnetic material.
  • the section of this pipe is formed by a plurality of straight ducts parallel to each other and arranged parallel to the longitudinal axis of the machine to be cooled.
  • the section is terminated at each of its two ends by a respective inlet and outlet connection.
  • the section of pipe forms, in both cases, in a motor vehicle equipped with such rotary machine, together with an external heat exchanger, the rest of the cooling pipe and a drive pump, a cooling circuit for dissipating a significant amount of heat to the outside.
  • the cooling circuit of the rotary machine is connected to the cooling circuit of the engine of the vehicle.
  • the birth of a braking torque in an electromagnetic retarder is based on the principle of eddy currents.
  • the stator inside which the rotor rotates, is subjected to an electromagnetic field.
  • This field is generated by coils mounted on the rotor. These coils work in pairs.
  • Each of the pairs of coils forms a magnetic field which closes from one coil to the other passing through the core of a first coil, then into the stator, then into the core of a second coil and into the rotor.
  • the induction lines of the magnetic field formed by each of the pairs of coils pass through the ferromagnetic stator.
  • the currents that pass through the stator heat the walls of the stator.
  • the heat is removed by cooling the walls of the stator.
  • a chamber is formed in the outer peripheral wall of the stator in order to be able to circulate a cooling fluid, as described for example in EP-A-0 331 559.
  • the cooling of the stator is thus obtained by a heat exchange between the hot stator and the relatively cooler cooling fluid.
  • the effectiveness of this cooling depends in part on the dimensions of this cooling chamber or the cooling jacket formed by a conduit (or ducts) surrounding the retarder.
  • the coolant must circulate in the cooling jacket, and even in the entire circuit, with a fairly high speed.
  • a better convection of heat is obtained by generating turbulence in the fluid flow. The effects of turbulence are particularly favored by a low height of the cooling jacket.
  • the cooling jacket formed by the single duct or ducts surrounding the rotary machine is a body having a relatively complex shape and thus posing a number of problems for its manufacture. For this reason, the cooling jacket is often made in two parts which are then joined by welding.
  • the object of the invention is to provide a cooling jacket which is not subjected to such stresses, or which is at least to a lesser degree than the cooling jackets used up to now.
  • the proposed solution of the invention should at the same time allow to reduce the weight of the retarders, possibly their size and also their manufacturing cost.
  • the object of the invention is achieved with a cooling jacket comprising at least one duct intended to be in heat-carrying contact with at least part of a rotary machine to be cooled and having at least one inlet connection and at least one the the
  • the cooling jacket comprises an inner wall and an outer wall made of two different materials, the outer wall surrounding the inner wall and being formed radially spaced therefrom to form the conduit through which the fluid passes. cooling.
  • the outer wall and the inner wall are assembled with two elastic seals to ensure duct sealing.
  • the inner wall is made of a ferromagnetic material and the outer wall is made of a moldable non-magnetic material.
  • the use of a ferromagnetic material for the inner wall makes it possible to integrate the stator armature into the cooling jacket.
  • the use of a ferromagnetic material for producing the inner wall of the water jacket makes it possible to use the inner wall directly as an armature of the stator and thus to obtain a direct heat-transfer contact between the stator armature and the fluid. cooling.
  • the use of a moldable material for producing the outer wall makes it possible to obtain complex shapes of the outer wall of the cooling jacket, the outer wall is advantageously made of a moldable material by gravity, under vacuum or under pressure.
  • the differential expansion is all the better controlled that there exists between the outer wall and the inner wall an axial clearance allowing a relative longitudinal displacement of the two walls, but also a radial clearance which is compensated by the presence of minus two elastic joints.
  • at least one of these elastic seals is an O-ring.
  • the outer wall a light alloy based on aluminum or magnesium and for the inner wall a magnetic steel high yield strength.
  • the use of a light alloy for the outer wall significantly reduces the weight of the electromagnetic retarders or other rotating electrical machines equipped with a cooling jacket according to the invention.
  • the use of a low alloy magnetic steel having a high yield strength for the inner wall optimizes the thermomechanical characteristics of the cooling jacket.
  • the embodiment of the cooling jacket according to the invention in two parts, if necessary even in more parts, makes it possible to better adjust the height of the cooling fluid in the cooling jacket and consequently its exchange capacity.
  • a low fluid thickness increases heat exchange and promotes turbulence effects. Optimization consists of the adjustment between the fluid height and its impact on the cooling system pressure drops.
  • the main disadvantages of the grinders not using the present invention are their high weight, their size and the maximum temperature they can withstand.
  • the realization of the cooling jacket in two different materials facilitates the manufacture of the cooling jacket and reduces the weight of the retarder.
  • This principle makes it possible to use, for example, a cast aluminum to facilitate the production of the outer wall and in particular of its complex shapes both for the inlet and outlet connections of the cooling jacket and for the adaptation of the walls. to facilitate flows and avoid hot spots. These arrangements then make it possible to optimize the operation by controlling the flow of the fluid with turbulence, minimizing the pressure losses and a good distribution of the heat exchange surfaces.
  • the use of a cast aluminum also offers the advantage of an inexpensive manufacturing process and providing a good compromise between weight and strength.
  • the inlet connection (s) and the outlet connection (s) are oriented each at least approximately along the inlet or output axis of the corresponding conduit.
  • the cooling jacket comprises a helical duct having at least one turn intended to surround at least a portion of the machine to be cooled
  • the inlet connection and the outlet connection are advantageously oriented along a tangential axis or plane passing through. by a zone circumferential respectively inlet and outlet of the cooling jacket.
  • the inlet connection and the outlet connection are also advantageously arranged, in an axial view of the cooling jacket, with a small angular offset between the two connections.
  • the inlet connection, the outlet connection and the duct have, all along the path of the cooling fluid, a constant area of their passage sections.
  • the cooling jacket comprises two adjacent turns with a common inlet connection and an individual outlet connection for each turn.
  • the reverse design i.e., two adjacent turns with an individual inlet connection for each turn and a common outlet fitting, is also conceivable.
  • the object of the invention is also achieved with a rotary electric machine comprising a stator the the the the
  • the stator and the rotor being of axial orientation
  • the rotary electric machine comprising a cooling jacket for cooling the stator, this cooling jacket corresponding to that described above.
  • the object of the invention is more particularly achieved with an electromagnetic retarder comprising a stator surrounding a rotor, the rotor comprising induction coils and the stator comprising an armature, and a cooling jacket for cooling the stator, this cooling jacket having an inner wall and an outer wall surrounding the inner wall, the inner wall being formed by stator armature.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a retarder electromagnetic system with a cooling jacket according to a first embodiment of the invention
  • Figure 2 is a schematic representation of a cooling jacket according to the invention
  • Figure 3 is a schematic representation of the outer wall of a cooling jacket according to the invention
  • Figure 4 is a schematic representation of a detail of the cooling jacket according to the invention, showing in particular one of the connectors of the jacket and the arrangement of two elastic seals according to the invention
  • Figure 5 is an axial view of a cooling jacket according to the first embodiment of the invention
  • FIG. 6 and FIG. 7 show the evolution of the shape and the cross section of a connector of the cooling jacket according to the invention
  • FIG. 8 shows in detail the arrangement of the joints shown in FIG. 4.
  • FIG. 1 represents an electromagnetic retarder 1 according to the invention in a perspective view with axial partial section and mounted on a gearbox 2 of a motor vehicle.
  • This retarder which is intended to slow down a transmission shaft of the vehicle and more particularly here the output shaft of the gearbox 2, by generating an alternating distribution magnetic field in a ferromagnetic part, comprises a cooling jacket 10 characterized by the presence of a single conduit 11 of helical shape in a single turn.
  • the retarder 1 is equipped with a generator 3 intended to provide the excitation energy necessary to generate the alternating distribution magnetic field.
  • This generator 3 comprises an inductor stator formed by a ring of coils or windings 4 of electrical wires around cores 5 constituting multiple magnetic poles with alternating polarities, and a rotor 6 constituting an armature of this generator 3.
  • the stator surrounds the rotor with a small gap.
  • the coils 4 are powered by a direct current source such as a vehicle battery equipped with retarder 1.
  • the intensity of this current is adjusted according to the braking torque that the retarder must produce. Indeed, by adjusting the intensity of the induction current of the coils 4, the intensity of the electric current generated by the generator 3 is regulated and, finally, the intensity of the eddy currents braking and heating generators , generated in a ferromagnetic part 14 of the retarder, as described below.
  • Generating the electric supply current required for the generation of eddy currents by a generator 3 integrated in the retarder 1 provides a double advantage.
  • the first advantage consists of a very low external electrical energy input taken from the vehicle battery, for example of the order of 20 to 30% of the total energy required.
  • the second advantage is that the generation of the electric current by the generator itself consumes some mechanical energy taken from the tree to slow down.
  • the retarder 1 comprises a rotor 15 having an axis 16 rotatably mounted inside a stator 14 and intended to be secured in rotation with the rotary shaft to slow down.
  • the shaft 16 which is provided with splines 161 for fixing the rotor 15 on the axis 16, carries a centrifugal fan 7 for cooling the rotor 15.
  • the excitation current generated by the generator 3 is used by coils 20 of the rotor 15 of the retarder 1 to generate an alternating magnetic field.
  • the coils 20 are formed by windings of electrical wires around cores 201 forming integral parts of the rotor 15.
  • Each core 201 has grooves 202 for receiving the winding, of which FIG. 1 only symbolically shows one so as not to clutter the winding.
  • the magnetic field induces the stator 14 of the retarder 1 and generates eddy currents therein, in particular in the lower part of the stator 14 made of a ferromagnetic material.
  • the eddy currents being opposed, by their effects, to the cause that gives them the sense, namely the rotational movement of the rotor, the rotational movement of the rotor 15 thus generates a reverse torque, and thus a braking torque.
  • the stator 14 is cooled by the cooling jacket 10 which comprises, in addition to the duct 11, inlet and outlet connectors 12 between which the duct 11 extends.
  • the lower portion of the stator 14 is an integral part of the jacket of the cooling jacket 10.
  • the duct 11 of the cooling jacket 10 which is shown in more detail in FIGS. 4, 5 and 8, is delimited by a radially inner wall 17, a radially outer wall 18, as well as two side walls 21, 22.
  • the inner wall 17 is formed the
  • the outer wall 18 is an integral part of an element made in one piece of a moldable alloy and forming, in addition to the duct 11, the inlet fitting 12 and the outlet fitting 13.
  • the duct 11 has a cross-section at less approximately rectangular.
  • the outer wall 18 and the adjacent lateral wall 22 of the duct 11 are integrated in, that is, formed together in a single piece 10A with the portion upper case made of moldable alloy of the cooling jacket 10. And similarly, the inner wall 17 and the adjacent side wall 21 are formed in one piece 10B as the lower part of the stator of a ferromagnetic material.
  • the upper 10A and lower 10B parts are assembled with the interposition of two seals 19A and 19B.
  • the cooling jacket 10 is traversed by a coolant which is advantageously derived from the cooling circuit of the vehicle.
  • the cooling jacket 10 limits heating of the surface of the stator 14, heating generated by the eddy currents of high intensity explained above.
  • the cooling jacket 10 advantageously extends over the entire axial length of the stator 14, seen in the direction of the orientation of the axis 16 of the rotor 15, the surface of the chamber 10 has a substantially equal area to the one of the surface of the stator 14 opposite which the outer wall 18 of the cooling jacket is located. The dissipation of the heat of the stator 14 thus takes place over the entire surface of the cylindrical wall of the stator 14 in which the eddy currents are generated.
  • FIG. 2 shows the insulation cooling jacket, i.e. without the other components of the retarder.
  • the inner wall 17 of the cooling jacket 10 which essentially corresponds to the stator 14 of the retarder 10 is clearly distinguished and forms an inner wall of the duct 11.
  • the outer wall 18 of the cooling jacket 10 which essentially corresponds to an outer wall of the duct 11 of the cooling jacket 10 and comprises the inlet connectors 12 and outlet 13 for a cooling fluid.
  • FIG. 3 is a perspective view of the outer wall 18 of the cooling jacket 10. This view shows more particularly the circumferential extent of an inlet zone Z1 of the inlet connection 12 and of a departure zone Z2 of the outlet fitting 13.
  • the zones Z1 and 22 correspond approximately to a tangential inlet of the cooling fluid via the inlet connection 12 and to a tangential departure of the cooling fluid through the outlet connection 13.
  • the inlet and outlet connections 12, 13 are shaped so as to present, all along their length. longitudinal extent, a constant area of their passage section while taking into account the particularities in which a circular section conduit is generally used for the supply and discharge ducts of a cooling circuit, while the cross section of the cooling jacket in the part surrounding the rotary machine to be cooled has a cross-section. generally rectangular.
  • FIG. 3 further shows that the arrival zone Z1 of the inlet connection 12 and the departure zone Z2 where the outlet connection 13 begins are separated from each other by an evolutionary wall M shaped in a manner to give the cooling fluid a preferred direction of flow.
  • the cooling fluid arrives in the Zl zone with a fairly high speed and pressure and encounters a lower pressure fluid leaving the zone Z2. So that the exchange surface between the incoming flow and the outgoing flow is relatively small and therefore does not promote a significant interaction between the two flows, it could nevertheless occur that the meeting between the two flows creates an area of turbulent turbulence strongly to the effective flow of the coolant.
  • the moving wall M separates the arrival zone Z1 from the departure zone 22, the height of the wall M corresponding to the height of the helical circuit 11.
  • the wall can also be formed on the inner wall of the cooling jacket.
  • Figure 4 shows the mechanical structure of the assembly of the upper part 10A with the inner wall 17 and the lower part 10B with the outer wall 18, of the cooling jacket 10.
  • Figure 4 shows more particularly that the two walls 17 and 18 are mounted with a degree of freedom in the axial direction relative to each other.
  • This axial clearance makes it possible to absorb the axial differential expansions between the inner 17 and outer 18 walls during the different phases of operation of the retarder and thus makes it possible to guarantee it good durability.
  • This axial clearance can reach a few millimeters, but is generally of the order of one to two millimeters.
  • a radial clearance of a few tenths of millimeters exists by construction in order to be able to assemble the upper parts 10A and lower 10B.
  • This radial clearance, compatible with the differential expansions between the two parts 10A, 10B, is taken up by means of two O-rings 19A, 19B positioned on either side of the cooling jacket 10.
  • the outer wall 18 is made of an aluminum alloy and the inner wall 17 of a high yield strength steel.
  • the expansion coefficients of these two materials, as well as the thermal stresses, are different, the fact that each part can expand freely with respect to the other makes it possible to avoid internal stresses. Nevertheless, the choice of materials is made in such a way as to obtain compatible axial and radial expansions on the two inner and outer walls 17 and 18.
  • the seal between the two inner and outer walls 17 is advantageously obtained by means of two O-rings 19A, 19B in one silicone at high temperature to ensure good thermal resistance, while maintaining a good resistance to the cooling fluid. Special care is given to the surfaces in contact to limit the premature wear of said surfaces and joints.
  • the outer wall 18 is provided, on the opposite face of the inner wall 17 and close to the side intended to be in contact with the lateral wall 21. , a partition 181.
  • This partition 181 is used to define, together with a shoulder 171 formed at the junction of the inner walls 17 and 21 side, a volume for receiving the O-ring 19A.
  • the walls 17 and 18 being mounted with a radial clearance R of the order of a few tenths of a millimeter, the seal 19A is not compressed until crushed.
  • the height of the partition 181 is also advantageously determined so as to prevent the seal 19A is, even momentarily, completely crushed, which would remove its elasticity and thus its sealing effectiveness.
  • this seal is not necessarily an O-ring. It can equally well be constituted by a flat gasket or a lip seal. According to an alternative embodiment not shown in the drawings, but not outside the scope of the present invention, the walls 17 and 18 are provided with grooves intended to receive together the seal 19A.
  • the inner wall 17 is shaped and dimensioned so as to simultaneously, define a volume for receiving the seal 19B and allow axial play A of the order of a few millimeters resulting from temperature differences up to an order of magnitude of some 300 degrees. Due to the essentially axial stress that the seal 19B undergoes, it is advantageously an O-ring. However, it is also conceivable that one uses in its place a lip seal, if the magnitude of the axial clearance A allows it.
  • the walls 17 and 18 are mounted, on the side of the side wall 22, also with a radial clearance R corresponding to that provided on the side of the side wall 21.
  • the helical duct 11 of the cooling jacket 10 shown in FIG. 5 in an axial view is provided with an inlet connection 12 and a tangential outlet connection 13.
  • the "tangential" characteristic indicates that the connectors 12 and 13 are each oriented, the inlet fitting 12 in a circumferential zone of arrival 21 and the outlet connector 13 in a circumferential starting zone Z2 of the duct 11, at least approximately along a tangent T1 passing through the center of zone Z1 and at least approximately along a tangent T2 passing through the center of zone 22.
  • the centers of zones Z1 and Z2 are determined by the radii R1 and R2 leading to the circumference of the duct
  • the arrival zone Z1 and departure zone Z2 are disposed with an angular offset D of the order of 20 ° to 30 °.
  • the arrangement of the inlet connectors 12 and outlet 13 with a relative angular offset between the two, and in particular with a relatively small angular offset as indicated above, corresponds to a configuration considered advantageous for embodiments where the helical duct 11 surrounding the retarder 1 comprises only one turn and where the portion of coolant considered therefore runs, comparatively fast, a single turn and immediately leaves the helical conduit. This results in good cooling over the entire width of the duct 11.
  • FIG. 6 represents the duct 11 of a cooling jacket 10 according to the invention with an inlet fitting 12.
  • the passage section of the inlet fitting 12 is shown above the latter at four locations different to thus demonstrate the change in the shape of the passage section by keeping the passage area constant.
  • FIG. 7 represents, in a manner schematic in a side view, the connector 12 and the beginning of the duct 11.
  • the passage section of the inlet fitting 12 is shown next to the latter at three different locations to thereby demonstrate the change of the shape of the passage section keeping the passage area constant.
  • the cooling jacket can also be made by a pipe surrounding the stator 14 in the form of a plurality of helical turns or in the form of a plurality of substantially annular conduits. surrounding the stator almost entirely and parallel to each other and respectively connected to a common inlet fitting and a common outlet fitting.
  • the solution of the present invention provides valuable assistance: the embodiment of the portion 10A of a moldable material.

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  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Abstract

L'invention concerne une chemise dé refroidissement pour une machine rotative, la chemise de refroidissement comprenant au moins un conduit (11) destiné à être en contact caloporteur avec au moins une partie de la machine et ayant au moins un raccord d'entrée (12) et au moins un raccord de sortie pour un fluide de refroidissement entre lesquels le (ou les) conduit(s) (11) s'étend(ent). La chemise de refroidissement comprend une paroi intérieure (17) et une paroi extérieure (18) réalisées en deux matières différentes. L'invention concerne également une machine rotative pourvue d'une telle chemise de refroidissement et un ralentisseur électromagnétique pourvu d'une telle chemise de refroidissement.

Description

Chemise de refroidissement pour une machine rotative et machine rotative comportant une telle chemise de refroidissement.
Domaine de l'invention
L'invention concerne une chemise de refroidissement pour une machine rotative, notamment pour une machine rotative électrique équipant un véhicule automobile, ainsi qu'une machine rotative, notamment un raientisseur électromagnétique, comprenant une telle chemise de refroidissement.
Dans le domaine technique des véhicules automobiles, le besoin d'un refroidissement particulièrement bien fonctionnant ne se limite pas au moteur thermique moyennant lequel le véhicule automobile est entraîné, mais concerne également des équipements auxiliaires tel qu'un générateur ou un ralentisseur électromagnétique destiné à freiner l'arbre de transmission du véhicule. La plupart des équipements sont refroidis par air. Toutefois, lorsque le refroidissement par air, peu contraignant à installer, s'avère insuffisant, les machines, et notamment les plus grandes destinées à subir des efforts plus grands, doivent être refroidies par un fluide circulant dans un circuit de refroidissement. Un tel fluide est par exemple de l'eau, étant sous- entendu que cette eau comprend au moins un additif tel qu'un anti-gel, par exemple du glycol. Le fluide circule dans une canalisation constituant, ensemble avec un échangeur thermique, un circuit de refroidissement.
Par ailleurs, les machines telles que des moteurs thermiques sont pourvues d'une canalisation de refroidissement constituée par un ensemble de conduits très ramifiés pour faire passer le fluide de refroidissement pratiquement dans tous les coins de la machine. De manière comparable, les machines rotatives telles que les ralentisseurs électromagnétiques sont des machines dont le refroidissement doit aussi atteindre les moindres recoins pour éviter la formation de « points chauds », phénomène néfaste au fonctionnement et à l'endurance de la machine. Ce refroidissement peut être fait, par exemple, par une canalisation ayant la forme générale d'une hélice entourant la machine à refroidir, car ces machines n'ont pas des parois suffisamment épaisses pour que l'on puisse y intégrer des canaux pour un fluide de refroidissement.
Etat de la technique
En effet, les machines électriques rotatives, qu'il s'agisse de générateurs, de machines réversibles telles que des générateurs-démarreurs, ou de ralentisseurs électromagnétiques, et les moyens d'alimentation électriques de ces machines électriques rotatives forment des ensembles comportant en général un stator traversé par un arbre et un rotor assemblé avec cet arbre de façon à présenter une face cylindrique extérieure du rotor à proximité d'une face cylindrique intérieure du stator avec un entrefer de faible épaisseur interposé entre le rotor et le stator. Pour le cas d'un ralentisseur électromagnétique, le rotor comprend un inducteur à bobines de fils électriques, propre à engendrer un champ magnétique dans une pièce ferromagnétique annulaire du stator, qui constitue l'induit et qui est associé à un circuit de refroidissement par un fluide tel que de l'eau contenant un additif comme indiqué l'
plus haut. L'alimentation électrique des bobines du rotor est assurée à l'aide d'un générateur dont l'induit fait partie du rotor. Une machine rotative électrique de ce type est décrite par exemple dans le document EP-A-O 331 559.
Une machine rotative tel que, par exemple, le ralentisseur électromagnétique décrit dans le document cité ci-avant, peut donc être considérée de manière très schématique comme un appareil en deux parties : la première partie est constituée par le rotor qui se présente sous la forme d'un noyau massif destiné à être rapporté sur un arbre de transmission d'une force motrice que l'on cherche à freiner, et un stator ayant la forme d'un caisson cylindrique entourant le rotor. Sur le plan électrique, les bobines de fils électriques qui conduisent le courant électrique d'excitation du ralentisseur, font partie du rotor, et la pièce annulaire en matériau ferromagnétique dans laquelle sont engendrés des courants de Foucault, générateur d'une force de freinage et d'un échauffement, fait partie du stator. Dans sa forme de réalisation la plus simple, la pièce annulaire en matériau ferromagnétique est constituée par un tambour cylindrique entourant inducteur avec interposition d'un entrefer cylindrique. Comme la pièce annulaire en matériau ferromagnétique est une pièce fixe, il est facile de la refroidir à l'aide d'un fluide, même lorsqu'elle a des formes complexes.
En effet, pour obtenir le refroidissement de la pièce annulaire, on fait passer le fluide de refroidissement par une canalisation de refroidissement, ou chemise de refroidissement, épousant la pièce annulaire. Avantageusement, cette chemise de refroidissement comprend, comme partie intégrante, la pièce annulaire en matériau ferromagnétique, ce qui assure le passage direct du fluide de refroidissement sur la pièce annulaire.
Ainsi, la chemise de refroidissement, ou canalisation de refroidissement, est avantageusement formée par deux parois cylindriques ou hélicoïdales, selon le mode de réalisation choisi, dont l'une, la paroi extérieure, entoure l'autre, la paroi intérieure. La paroi extérieure étant radialement espacée de la paroi intérieure, qui est constituée au moins partiellement par la pièce annulaire, ces deux parois forment, ensemble avec deux parois latérales, un volume de passage, ou un conduit, pour le fluide de refroidissement.
L'intégration de la pièce annulaire en matériau ferromagnétique dans la chemise de refroidissement assure le mieux possible un contact direct entre le fluide de refroidissement et la pièce annulaire. En même temps, la conception de la chemise de refroidissement en deux parties, permet la réalisation de formes complexes et l'utilisation de joints traditionnels, toriques ou non, pour l'étanchéification des deux parties.
Le tronçon de cette canalisation, qui est en contact direct avec la machine à refroidir, s'étend, par exemple, selon une hélice autour de la pièce annulaire en matériau ferromagnétique. Selon une solution alternative, le tronçon de cette canalisation est formé par une pluralité de conduits droits parallèles entre eux et disposés parallèlement autour de l'axe longitudinal de la machine à refroidir. Pour ces deux solutions, le tronçon est terminé à chacune de ses deux extrémités par un raccord respectivement d'entrée et de sortie.
Le tronçon de canalisation forme, dans les deux cas, dans un véhicule automobile équipé d'une telle machine rotative, ensemble avec un échangeur thermique extérieur, le restant de la canalisation de refroidissement et une pompe d'entraînement, un circuit de refroidissement permettant de dissiper une quantité assez importante de chaleur vers l'extérieur. Avantageusement, le circuit de refroidissement de la machine rotative est relié au circuit de refroidissement du moteur thermique du véhicule.
Comme indiqué plus haut, la naissance d'un couple de freinage dans un ralentisseur électromagnétique repose sur le principe des courants de Foucault. En effet, le stator, à l'intérieur duquel le rotor tourne, est soumis à un champ électromagnétique. Ce champ est engendré par des bobines montées sur le rotor. Ces bobines fonctionnent par paires. Chacune des paires de bobines forme un champ magnétique qui se ferme d'une bobine à l'autre en passant dans le noyau d'une première bobine, puis dans le stator, puis dans le noyau d'une seconde bobine et dans le rotor. Ainsi, lorsque le rotor entre en rotation, les lignes d'induction du champ magnétique formées par chacune des paires de bobines, traversent le stator ferromagnétique. Il en résulte la naissance de courants induits dans la masse conductrice du stator, appelés des courants de Foucault. Ces courants ne peuvent être localisés, mais, la résistance qui leur est offerte étant toujours très faible, ils ont une intensité notable et, suivant la loi de Lenz, un sens tel qu'ils s'opposent, par leurs effets, à la cause qui leur donne le sens, à savoir le mouvement de rotation du rotor. De cette manière, le mouvement de rotation du rotor engendre un couple de rotation inverse, donc un couple de freinage. En même temps, la masse métallique dans laquelle les courants de Foucault sont engendrés, l'
s'échauffe par effet Joule. Il en résulte une perte d'énergie sous la forme d'énergie thermique ou de chaleur que on cherche à éviter dans d'autres types de machines électriques tournantes, mais que non seulement on accepte dans le cas des ralentisseurs électromagnétiques, mais pour l'évacuation optimale de laquelle on fait tous les efforts possibles afin que le ralentisseur puisse supporter encore davantage de pertes d'énergie thermique et puisse ainsi être encore plus puissant.
En effet, les courants qui traversent le stator, chauffent les parois du stator. Pour éviter une chute des performances du ralentisseur, on évacue la chaleur en refroidissant les parois du stator. A cet effet, on forme une chambre dans la paroi périphérique extérieure du stator afin de pouvoir y faire circuler un fluide de refroidissement, comme cela est décrit par exemple dans le document EP-A-O 331 559. Le refroidissement du stator est donc obtenu par un échange thermique entre le stator chaud et le fluide de refroidissement relativement moins chaud. Toutefois, l'efficacité de ce refroidissement dépend en partie des dimensions de cette chambre de refroidissement ou de la chemise de refroidissement formée par un conduit (ou par des conduits) qui entoure(nt) le ralentisseur. Pour obtenir un refroidissement suffisant du ralentisseur, le fluide de refroidissement doit circuler dans la chemise de refroidissement, et même dans le circuit entier, avec une vitesse assez élevée. De plus, on obtient une meilleure convection de la chaleur par la génération de turbulences dans l'écoulement du fluide. Les effets des turbulences sont particulièrement favorisés par une hauteur faible de la chemise de refroidissement. l'
La chemise de refroidissement formée par le conduit unique ou les conduits entourant la machine rotative, est un corps ayant une forme relativement complexe et posant donc un certain nombre de problèmes pour sa fabrication. Pour cette raison, la chemise de refroidissement est souvent réalisée en deux parties qui sont ensuite réunies par soudage.
Cependant, indépendamment de la manière selon laquelle la chemise de refroidissement est réalisée, on constate une chute de température entre la paroi intérieure de la chemise de refroidissement, c'est-à- dire entre la paroi formant l'induit du stator, et la paroi extérieure de celle-ci. Cette différence de température entre les deux parois entraîne des dilatations différentes pour chacune de ces parois, ce qui engendre des tensions internes dans la chemise de refroidissement.
Le but de invention est de proposer une chemise de refroidissement qui n'est pas soumise à de telles contraintes, ou qui l'est pour le moins à un degré moindre que les chemises de refroidissement utilisées jusqu'à maintenant.
Par ailleurs, la solution proposée de l'invention devrait permettre en même temps de réduire le poids des ralentisseurs, éventuellement leur encombrement et aussi leur coût de fabrication.
Objet de l'invention
Le but de l'invention est atteint avec une chemise de refroidissement comprenant au moins un conduit destiné à être en contact caloporteur avec au moins une partie d'une machine rotative à refroidir et ayant au moins un raccord d'entrée et au moins un l'l'
raccord de sortie pour un fluide de refroidissement entre lesquels le ou les conduits s'étendent.
Conformément à l'invention, la chemise de refroidissement comprend une paroi intérieure et une paroi extérieure réalisées en deux matières différentes, la paroi extérieure entourant la paroi intérieure et étant formée radialement espacée de celle-ci pour former le conduit par lequel passe le fluide de refroidissement. La paroi extérieure et la paroi intérieure sont assemblées avec deux joints élastiques pour assurer étanchéité du conduit.
L'utilisation de deux matières différentes respectivement pour la paroi intérieure et la paroi extérieure de la chemise de refroidissement permet de tenir compte de la dilatation différentielle entre ces deux parois. Cette dilatation peut être essentiellement axiale, essentiellement radiale ou avoir les deux composantes.
Avantageusement, la paroi intérieure est réalisée en un matériau ferromagnétique et la paroi extérieure est réalisée en un matériau non magnétique moulable . L'utilisation d'un matériau ferromagnétique pour la paroi intérieure permet d'intégrer l'induit du stator dans la chemise de refroidissement. Autrement dit, l'utilisation d'un matériau ferromagnétique pour la réalisation de la paroi intérieure de la chemise d'eau permet d'utiliser la paroi intérieure directement comme induit du stator et obtenir ainsi un contact caloporteur direct entre induit du stator et le fluide de refroidissement.
L'utilisation d'un matériau moulable pour la réalisation de la paroi extérieure permet d'obtenir des formes complexes de la paroi extérieure de la chemise de refroidissement, la paroi extérieure est avantageusement réalisée en un matériau moulable par gravité, sous vide ou sous pression.
La dilatation différentielle est d'autant mieux maîtrisée qu'il existe entre la paroi extérieure et la paroi intérieure un jeu axial autorisant un déplacement longitudinal relatif des deux parois, mais également un jeu radial qui, lui, est compensé par la présence d'au moins deux joints élastiques. Avantageusement, mais non nécessairement, au moins un de ces joints élastiques est un joint torique.
En ce qui concerne les matières susceptibles d'être utilisés pour la réalisation d'une chemise de refroidissement selon l'invention, on préconise pour la paroi extérieure un alliage léger à base d'aluminium ou de magnésium et pour la paroi intérieure un acier magnétique de haute limite d'élasticité. L'utilisation d'un alliage léger pour la paroi extérieure permet de réduire sensiblement le poids des ralentisseurs électromagnétiques ou des autres machines électriques rotatives équipées d'une chemise de refroidissement selon l'invention. L'utilisation d'un acier magnétique faiblement allié et ayant une haute limite d'élasticité pour la paroi intérieure permet d'optimiser les caractéristiques thermomécaniques de la chemise de refroidissement.
La réalisation de la chemise de refroidissement selon l'invention en deux parties, le cas échéant même en davantage de parties, permet d'ajuster au mieux la hauteur du fluide de refroidissement dans la chemise de refroidissement et par conséquence sa capacité d'échange. Une épaisseur faible de fluide augmente l'échange thermique et favorise les effets de turbulence. L'optimisation consiste dans l'ajustement entre la hauteur de fluide et son incidence sur les pertes de charge du circuit de refroidissement. l'l'
Les principaux désavantages des raientisseurs n'utilisant pas la présente invention sont leur poids élevé, leur encombrement et la température maximale qu'ils peuvent supporter. La réalisation de la chemise de refroidissement en deux matières différentes facilite la fabrication de la chemise de refroidissement et permet de réduire le poids du ralentisseur. Ce principe permet d'utiliser par exemple une fonte d'aluminium pour faciliter la réalisation de la paroi extérieure et notamment de ses formes complexes aussi bien pour les raccords d'entrée et de sortie de la chemise de refroidissement que pour l'adaptation des parois pour faciliter les écoulements et éviter des points chauds. Ces aménagements permettent alors une optimisation du fonctionnement par une maîtrise de l'écoulement du fluide avec des turbulences, une minimisation des pertes de charge et une bonne répartition des surfaces d'échange thermique. L'utilisation d'une fonte d'aluminium offre par ailleurs l'avantage d'un procédé de fabrication peu coûteux et fournissant un bon compromis entre le poids et la résistance mécanique.
En ce qui concerne la conception détaillée de la chemise de refroidissement, il s'est avéré avantageux que le ou les raccords d'entrée et le ou les raccords de sortie soient orientés chacun au moins approximativement suivant orientation de axe d'entrée ou de l'axe de sortie du conduit correspondant. Ainsi, lorsque la chemise de refroidissement comprend un conduit hélicoïdal ayant au moins une spire destinée à entourer au moins une partie de la machine à refroidir, le raccord d'entrée et le raccord de sortie sont avantageusement orientés suivant un axe ou un plan tangentiel passant par une zone circonférentielle respectivement d'entrée et de sortie de la chemise de refroidissement. Le raccord d'entrée et le raccord de sortie sont par ailleurs avantageusement disposés, selon une vue axiale de la chemise de refroidissement, avec un faible décalage angulaire entre les deux raccords.
Selon une caractéristique avantageuse supplémentaire, le raccord d'entrée, le raccord de sortie et le conduit présentent, tout le long du parcours du fluide de refroidissement, une aire constante de leurs sections de passage.
Par ailleurs, il s'est avéré utile de prévoir entre la paroi extérieure et la paroi intérieure de ce type de chemise de refroidissement des moyens octroyant au fluide de refroidissement un chemin hélicoïdal afin d'éviter que le fluide de refroidissement passe directement du raccord d'entrée au raccord de sortie. Ces moyens peuvent consister, par exemple, en une différence de niveau entre les jonctions du circuit hélicoïdal respectivement avec le raccord d'arrivée et le raccord de sortie. Ces moyens peuvent également consister en un muret évolutif conformé de manière à donner au fluide de refroidissement une direction privilégiée d'écoulement.
En dehors d'une spire simple ou unique, il est également concevable que la chemise de refroidissement comprenne deux spires adjacentes avec un raccord d'entrée commun et un raccord de sortie individuel pour chaque spire. La conception inverse, c'est-à-dire deux spires adjacentes avec un raccord d'entrée individuel pour chaque spire et un raccord de sortie commun, est également concevable.
Le but de l'invention est également atteint avec une machine électrique rotative comportant un stator l'l'l'l'
entourant un rotor, le stator et le rotor étant d'orientation axiale, et la machine électrique rotative comprenant une chemise de refroidissement destinée à refroidir le stator, cette chemise de refroidissement correspondant à celle décrite ci- avant.
Le but de l'invention est plus particulièrement atteint avec un ralentisseur électromagnétique comportant un stator entourant un rotor, le rotor comportant des bobines d' induction et le stator comportant un induit, ainsi qu'une chemise de refroidissement destinée à refroidir le stator, cette chemise de refroidissement comportant une paroi intérieure et une paroi extérieure entourant la paroi intérieure, la paroi intérieure étant formée par induit du stator.
Brève description des dessins :
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci- après de deux modes de réalisation de l'invention, la description étant faite en référence aux dessins, dans lesquels : la figure 1 est une représentation schématique d'un ralentisseur électromagnétique avec une chemise de refroidissement selon un premier mode de réalisation de invention ; la figure 2 est une représentation schématique d'une chemise de refroidissement selon invention ; la figure 3 est une représentation schématique de la paroi extérieure d'une chemise de refroidissement selon invention ; la figure 4 est une représentation schématique d'un détail de la chemise de refroidissement selon l'invention, montrant notamment un des raccords de la chemise et la disposition de deux joints élastiques selon l'invention ; la figure 5 est une vue axiale d'une chemise de refroidissement selon le premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 6 et la figure 7 montrent l'évolution de la forme et de la section transversale d'un raccord de la chemise de refroidissement selon 1'invention ; et la figure 8 montre en détail la disposition des joints représentés sur la figure 4. Description d'un mode de réalisation préféré de 1'invention
La figure 1 représente un ralentisseur électromagnétique 1 selon l'invention en une vue en perspective avec coupe partielle axiale et monté sur une boîte de vitesse 2 d'un véhicule automobile. Ce ralentisseur, qui est destiné à ralentir un arbre de transmission du véhicule et plus particulièrement ici l'arbre de sortie de la boîte de vitesse 2, en engendrant un champ magnétique à répartition alternée dans une pièce ferromagnétique, comprend une chemise de refroidissement 10 caractérisée par la présence d'un conduit unique 11 de forme hélicoïdale en une seule spire. Le ralentisseur 1 est équipé d'un générateur 3 destiné à fournir l'énergie d'excitation nécessaire pour engendrer le champ magnétique à répartition alternée. Ce générateur 3 comprend un stator inducteur formé par une couronne de bobines ou enroulements 4 de fils électriques autour de noyaux 5 constituant des pôles magnétiques multiples à polarités alternées, et un rotor 6 constituant un induit de ce générateur 3. Le stator entoure le rotor avec un faible entrefer.
Les bobines 4 sont alimentées par une source de courant continu telle qu'une batterie du véhicule équipé du ralentisseur 1. L'intensité de ce courant est réglée en fonction du couple de freinage que le ralentisseur doit produire. En effet, en réglant l'intensité du courant d'induction des bobines 4, on règle l'intensité du courant électrique engendré par le générateur 3 et, par cela enfin, l'intensité des courants de Foucault générateurs de freinage et d'échauffement, engendrés dans une pièce ferromagnétique 14 du ralentisseur, comme décrit ci- après.
La génération du courant électrique d'alimentation nécessaire à la génération des courants de Foucault, par un générateur 3 intégré dans le ralentisseur 1 apporte un double avantage. Le premier avantage consiste en un apport d'énergie électrique extérieure très faible prélevé de la batterie du véhicule, par exemple de l'ordre de 20 à 30% de l'énergie totale nécessaire. Le second avantage est celui que la génération du courant électrique par le générateur consomme elle-même une certaine énergie mécanique prélevée sur l'arbre à ralentir.
Pour obtenir l'effet de freinage souhaité, le ralentisseur 1 comprend un rotor 15 ayant un axe 16 monté tournant à l'intérieur d'un stator 14 et destiné à être solidarisé en rotation avec l'arbre rotatif à ralentir. L'axe 16, qui est pourvu de cannelures 161 destinées à la fixation du rotor 15 sur l'axe 16, porte un ventilateur centrifuge 7 pour le refroidissement du rotor 15. Le courant d'excitation engendré par le générateur 3 est utilisé par des bobines 20 du rotor 15 du ralentisseur 1 pour engendrer un champ magnétique alternatif. Les bobines 20 sont formées par des enroulements de fils électriques autour de noyaux 201 faisant parties intégrantes du rotor 15. Chaque noyau 201 comporte des gorges de réception 202 du bobinage, dont la figure 1 ne montre symboliquement qu'une seule pour ne pas encombrer le dessin. Le champ magnétique induit le stator 14 du ralentisseur 1 et y engendre des courants de Foucault, notamment dans la partie inférieure du stator 14 réalisée en un matériau ferromagnétique. Les courants de Foucault étant opposés, par leurs effets, à la cause qui leur donne le sens, à savoir le mouvement de rotation du rotor, le mouvement de rotation du rotor 15 engendre ainsi un couple de rotation inverse, donc un couple de freinage.
La génération des courants de Foucault étant accompagnée d'un échauffement, par effet Joule, de la partie inférieure du stator 14, cette partie doit être refroidie de manière particulièrement efficace.
Le stator 14 est refroidi par la chemise de refroidissement 10 qui comprend, outre le conduit 11, des raccords d'entrée 12 et de sortie 13 entre lesquelles le conduit 11 s'étend. La partie inférieure du stator 14 est une partie intégrante de la chemise de la chemise de refroidissement 10.
En effet, selon le principe de la présente invention, le conduit 11 de la chemise de refroidissement 10, qui est représentée en davantage de détails sur les figures 4, 5 et 8, est délimité par une paroi radialement intérieure 17, une paroi radialement extérieure 18, ainsi que par deux parois latérales 21, 22. La paroi intérieure 17 est formée l'
par une partie radialement inférieure du stator 14, ou pour le moins par une paroi cylindrique du stator, réalisée en un matériau ferromagnétique dans lequel sont engendrés les courants de Foucault. La paroi extérieure 18 est une partie intégrante d'un élément réalisé en une seule pièce en un alliage moulable et formant, outre le conduit 11, le raccord d'entrée 12 et le raccord de sortie 13. Le conduit 11 a une section transversale au moins approximativement rectangulaire.
Avantageusement, comme cela est représenté plus particulièrement sur les figures 4 et 8, la paroi extérieure 18 et la paroi latérale adjacente 22 du conduit 11 sont intégrées dans, c'est-à-dire formées ensemble en une seule pièce 10A avec, la partie supérieure réalisée en alliage moulable de la chemise de refroidissement 10. Et de manière analogue, la paroi intérieure 17 et la paroi latérale adjacente 21 sont formées en une seule pièce 10B comme partie inférieure du stator en un matériau ferromagnétique. Les parties supérieure 10A et inférieure 10B sont assemblées avec interposition de deux joints d'étanchéité 19A et 19B.
La chemise de refroidissement 10 est parcourue par un liquide de refroidissement qui est avantageusement issu du circuit de refroidissement du véhicule. Ainsi, la chemise de refroidissement 10 limite échauffement de la surface du stator 14, échauffement engendré par les courants de Foucault de grande intensité expliqués plus haut.
Par ailleurs, puisque la chemise de refroidissement 10 s'étend avantageusement sur toute la longueur axiale du stator 14, vu dans le sens de l'orientation de l'axe 16 du rotor 15, la surface de la chambre 10 a une aire sensiblement égale à celle de la surface du stator 14 en regard de laquelle la paroi extérieure 18 de la chemise de refroidissement se trouve. La dissipation de la chaleur du stator 14 a donc lieu sur toute la surface de la paroi cylindrique du stator 14 dans laquelle les courants de Foucault sont engendres.
La figure 2 montre la chemise de refroidissement 10 isolement, c'est-à-dire sans les autres pièces composant le ralentisseur. Sur cette figure 2, on distingue nettement la paroi intérieure 17 de la chemise de refroidissement 10, qui correspond essentiellement au stator 14 du ralentisseur 10 et forme une paroi intérieure du conduit 11. Et l'on distingue de même la paroi extérieure 18 de la chemise de refroidissement 10, qui correspond essentiellement à une paroi extérieure du conduit 11 de la chemise de refroidissement 10 et comprend les raccords d'entrée 12 et de sortie 13 pour un fluide de refroidissement.
La figure 3 représente en une vue en perspective la paroi extérieure 18 de la chemise de refroidissement 10. Cette vue montre plus particulièrement l'étendue circonférentielle d'une zone d'arrivée Zl du raccord d'entrée 12 et d'une zone de départ Z2 du raccord de sortie 13. Les zones Zl et 22 correspondent approximativement à une arrivée tangentielle du fluide de refroidissement par le raccord d'arrivée 12 et à un départ tangentiel du fluide de refroidissement par le raccord de sortie 13.
Pour assurer un flux constant à travers la spire unique que constitue la chemise de refroidissement 10 selon ce mode de réalisation de l'invention, les raccords d'entrée et de sortie 12, 13 sont conformés de manière à présenter, tout le long de leur étendue longitudinale, une aire constante de leur section de passage tout en tenant compte des particularités constructives selon lesquelles on utilise en générale un conduit à section circulaire pour les conduits d'amenée et de sortie d'un circuit de refroidissement, alors que la section transversale de la chemise de refroidissement dans la partie entourant la machine rotative à refroidir a une section généralement rectangulaire.
La figure 3 montre par ailleurs que la zone d'arrivée Zl du raccord d'entrée 12 et la zone de départ Z2 où commence le raccord de sortie 13, sont séparés l'un de l'autre par un muret évolutif M conformé de manière à octroyer au fluide de refroidissement une direction privilégiée d'écoulement. En effet, le fluide de refroidissement arrive dans la zone Zl avec une vitesse et une pression assez élevées et rencontre un fluide de pression plus faible sortant par la zone Z2. Si bien que la surface d'échange entre le flux entrant et le flux sortant soit relativement petite et ne favorise donc pas une interaction notable entre les deux flux, il pourrait néanmoins se produire que la rencontre entre les deux flux crée une zone de turbulences nuisant fortement à l'écoulement efficace du fluide de refroidissement. Pour éviter cela, le muret évolutif M sépare la zone d'arrivée Zl de la zone de départ 22, la hauteur du muret M correspondant à la hauteur du circuit hélicoïdal 11.
Il va sans dire que, en variante de la disposition du muret décrite ci-avant et sans sortir du principe de la présente, invention, le muret peut être formé aussi sur la paroi interne de la chemise de refroidissement.
La figure 4, et en davantage de détails la figure 8, montre la structure mécanique de l'assemblage de la partie supérieure 10A avec la paroi intérieure 17 et de la partie inférieure 10B avec la paroi extérieure 18, de la chemise de refroidissement 10. Ces figures montrent plus particulièrement que les deux parois 17 et 18 sont montés avec un degré de liberté en direction axiale l'une par rapport à l'autre. Ce jeu axial permet d'absorber les dilatations différentielles axiales entre les parois intérieure 17 et extérieure 18 pendant les différentes phases de fonctionnement du ralentisseur et permet ainsi de lui garantir une bonne durabilité. Ce jeu axial peut atteindre quelques millimètres, mais est en général de l'ordre de un à deux millimètres.
Un jeu radial de quelques dixièmes de millimètres existe par construction afin de pouvoir assembler les parties supérieure 10A et inférieure 10B. Ce jeu radial, compatible avec les dilatations différentielles entre les deux parties 10A, 10B, est repris à l'aide de deux joints toriques 19A, 19B positionnés de part et d'autre de la chemise de refroidissement 10.
Avantageusement, la paroi extérieure 18 est réalisée en un alliage d'aluminium et la paroi intérieure 17 en un acier à haute limite d'élasticité. Les coefficients de dilatation de ces deux matières, de même que les contraintes thermiques, étant différents, le fait que chaque partie peut se dilater librement l'une par rapport à l'autre permet d'éviter des contraintes internes. Néanmoins, le choix des matières s'effectue de manière à obtenir des dilatations axiale et radiale compatibles sur les deux parois intérieure 17 et extérieure 18.
L'étanchéité entre les deux parois intérieure 17 et extérieure 18 est avantageusement obtenue par l'intermédiaire de deux joints toriques 19A, 19B en un silicone à haute température afin d'assurer une bonne tenue thermique, tout en conservant une bonne tenue au fluide de refroidissement. Un soin particulier est apporté aux surfaces en contact afin de limiter les usures prématurées desdites surfaces et des joints.
Comme cela est représenté en détail sur la figure 8, par extrait de la figure 4, la paroi extérieure 18 est pourvu, sur la face en regard de la paroi intérieure 17 et à proximité du côté destiné à être en contact avec la paroi latérale 21, d'une cloison 181. Cette cloison 181 permet de délimiter, ensemble avec un épaulement 171 réalisé à la jonction des parois intérieure 17 et latéral 21, un volume destiné à recevoir le joint torique 19A. Les parois 17 et 18 étant montées avec un jeu radial R de l'ordre de quelques dixièmes de millimètres, le joint 19A n'est pas comprimé jusqu'à écrasement. La hauteur de la cloison 181 est d'ailleurs avantageusement déterminée de manière à éviter que le joint 19A soit, même momentanément, entièrement écrasé, ce qui lui enlèverait son élasticité et donc son efficacité d'étanchement.
Etant donné que le joint 19A est contraint uniquement en direction radiale, car les parois 17 et 18 sont rendues solidaires du côté de la paroi latérale 21 par des moyens de fixation tels des boulons, ce joint n'est pas nécessairement un joint torique. Il peut tout aussi bien être constitué par un joint plat ou un joint à lèvre. Selon une variante de réalisation non représentée dans les dessins, mais ne sortant pas du cadre de la présente invention, les parois 17 et 18 sont pourvues de gorges destinées à recevoir ensemble le joint 19A.
Du côté de la paroi latérale 22, la paroi intérieure 17 est formée et dimensionnée de manière à, simultanément, délimiter un volume destiné à recevoir le joint 19B et permettre un jeu axial A de l'ordre de quelques millimètres résultant des différences de températures pouvant atteindre un ordre de grandeur de quelques 300 degrés. En raison de la contrainte essentiellement axiale, que le joint 19B subit, celui- ci est avantageusement un joint torique. Toutefois, il est également concevable que l'on utilise à sa place un joint à lèvre, si la grandeur du jeu axial A le permet.
Il va sans dire que les parois 17 et 18 sont montées, du côté de la paroi latérale 22, également avec un jeu radial R correspondant à celui prévu du côté de la paroi latérale 21. Pour obtenir le meilleur résultat possible avec la chemise de refroidissement selon l'invention, notamment lorsque la hauteur de la chemise est relativement faible, le conduit hélicoïdal 11 de la chemise de refroidissement 10 représentée sur la figure 5 en une vue axiale, est pourvu d'un raccord d'entrée 12 et d'un raccord de sortie 13 tangentiels. La caractéristique "tangentiel" indique que les raccords 12 et 13 sont orientés chacun, le raccord d'entrée 12 dans une zone circonférentielle d'arrivée 21 et le raccord de sortie 13 dans une zone circonférentielle de départ Z2 du conduit 11, au moins approximativement selon une tangente Tl passant par le centre de la zone Zl et au moins approximativement selon une tangente T2 passant par le centre de la zone 22. Les centres des zones Zl et Z2 sont déterminés par les rayons Rl et R2 aboutissant sur la circonférence du conduit 11. Avantageusement, les zones d'arrivée Zl et de départ Z2 sont disposées avec un décalage angulaire D de l'ordre de 20° à 30°. La disposition des raccords d'entrée 12 et de sortie 13 avec un décalage angulaire relatif entre les deux, et notamment avec un décalage angulaire relativement faible comme indiqué ci-avant, correspond à une configuration considérée comme avantageuse pour les réalisations où le conduit hélicoïdal 11 entourant le ralentisseur 1 ne comprend qu'une seule spire et où la portion de liquide de refroidissement considérée parcourt donc, comparativement vite, une seule spire et quitte aussitôt le conduit hélicoïdal. Il en résulte un bon refroidissement sur la largeur entière du conduit 11.
Grâce à la disposition tangentielle des raccords d'arrivée et de départ, il n'y a pas de turbulences nuisibles aux zones d'entrée et de sortie qui, autrement, auraient pour effet de constituer une résistance de flux importante, nuisibles aussi bien à la vitesse du fluide de refroidissement qu'à la capacité de transfert de chaleur du ralentisseur vers le fluide de refroidissement.
Selon une des caractéristiques avantageuses de la chemise de refroidissement de l'invention, caractéristique qui a déjà été évoquée plus haut, le raccord d'entrée 12, le raccord de sortie 13 et le conduit 11 présentent, tout le long de leurs étendues respectivement longitudinales et circonférentielles, une aire constante de leur section de passage. La figure 6 représente à ce sujet le conduit 11 d'une chemise de refroidissement 10 selon l'invention avec un raccord d'entrée 12. La section de passage du raccord d'entrée 12 est représenté au-dessus de ce dernier à quatre endroits différents pour démontrer ainsi le changement de la forme de la section de passage en maintenant l'aire de passage constante. De manière analogue, la figure 7 représente, de manière schématique en une vue latérale, le raccord 12 et le début du conduit 11. La section de passage du raccord d'entrée 12 est représentée à côté de ce dernier à trois endroits différents pour démontrer ainsi le changement de la forme de la section de passage en maintenant l'aire de passage constante.
Selon une variante de réalisation, non décrite en détails ici, la chemise de refroidissement peut également être réalisée par une tubulure entourant le stator 14 sous la forme d'une pluralité de spires hélicoïdales ou encore sous la forme d'une pluralité de conduits sensiblement annulaires entourant le stator presque entièrement et parallèlement les uns par rapport aux autres et raccordés respectivement à un raccord d'entrée commun et à un raccord de sortie commun.
Quelle que soit la variante de réalisation choisie, il en résulte dans tous les cas une partie supérieure 10A avec une forme complexe. Pour réaliser de telles formes, la solution de la présente invention apporte une aide précieuse : la réalisation de la partie 10A en un matériau moulable.

Claims

REVEHDICATIONS
1. Chemise de refroidissement (10) pour une machine rotative, la chemise de refroidissement comprenant au moins un conduit (11) destiné à être en contact caloporteur avec au moins une partie de la machine à refroidir et ayant au moins un raccord d'entrée (12) et au moins un raccord de sortie (13) pour un fluide de refroidissement entre lesquels le (ou les) conduit(s) (11) s'étend(ent) , caractérisée en ce qu'elle comprend une paroi intérieure (17) et une paroi extérieure (18) réalisées en deux matières différentes, la paroi extérieure entourant la paroi intérieure et étant formée radialement espacée de celle-ci pour former le conduit
(11) .
2. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi intérieure (17) est réalisée en un matériau magnétique et en ce que la paroi extérieure (18) est réalisée en un matériau non magnétique.
3. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure (18) est réalisée en un matériau moulable.
4. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure (18) et la paroi intérieure (17) présentent l'une par rapport à l'autre un jeu axial..
5. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure (18) et la paroi intérieure (17) sont assemblées avec deux joints élastiques (19A, 19B) pour assurer l'étanchéité du conduit (11) .
6. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure (18) et la paroi intérieure (17) présentent l'une par rapport à l'autre un jeu radial compensé par deux joints élastiques (19A, 19B) .
7. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure (18) est réalisé en un alliage léger à base d'aluminium ou de magnésium.
8. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi intérieure (17) est réalisé en un acier magnétique de haute limite d'élasticité.
9. Chemise de refroidissement selon la revendication 5, caractérisée en ce que le joint élastique est un joint torique (19) .
10. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi intérieure (17) a essentiellement la forme d'un cylindre droit.
11. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le conduit (11) est un conduit hélicoïdal ayant au moins une spire destinée à entourer au moins une partie de la machine à refroidir et ayant respectivement un axe d'entrée et un axe de sortie orienté suivant un axe ou un plan tangentiel passant par une zone circonférentielle respectivement d'entrée et de sortie de la chemise de refroidissement.
12. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le raccord d'entrée (12) et le raccord de sortie (13) sont disposés, selon une vue axiale de la chemise de refroidissement, avec un faible décalage angulaire (D) entre les deux raccords (12, 13) .
13. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le raccord d'entrée (12), le raccord de sortie (13) et le conduit (11) présentent, tout le long du parcours du fluide de refroidissement, une aire constante de leur section de passage.
14. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que le (ou les) raccord(s) d'entrée (12) et le (ou les) raccord(s) de sortie (13) sont orientés chacun au moins approximativement suivant l'orientation de l'axe d'entrée (AE) ou de l'axe de sortie (A8) du conduit correspondant (11) .
15. Chemise de refroidissement selon la revendication 1, caractérisée en ce que la paroi extérieure (18) est conformée du côté orienté vers la paroi intérieure (17) de façon à octroyer au fluide de refroidissement un chemin hélicoïdal à une seule spire.
16. Chemise de refroidissement selon la revendication 15, caractérisée en ce que la paroi extérieure (18) comprend un muret évolutif (M) conformé de manière à donner au fluide de refroidissement une direction privilégiée d'écoulement.
17. Machine électrique rotative comportant un stator (14) entourant un rotor (15) , le stator (14) et le rotor (15) étant d'orientation axiale, caractérisée en ce qu'elle comprend une chemise de refroidissement selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, destinée à refroidir le stator (14) .
18. Machine électrique rotative selon la revendication 17, caractérisée en ce que la paroi intérieure (17) de la chemise de refroidissement fait partie du stator (14) de la machine.
19. Ralentisseur électromagnétique comportant un stator (14) entourant un rotor (15) , le stator (14) et le rotor (15) étant d'orientation axiale, caractérisée en ce qu'elle comprend une chemise de refroidissement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, destinée à refroidir le stator (14) .
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