WO2013004725A2 - Dispositif de refroidissement de moteur electrique - Google Patents

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WO2013004725A2
WO2013004725A2 PCT/EP2012/062986 EP2012062986W WO2013004725A2 WO 2013004725 A2 WO2013004725 A2 WO 2013004725A2 EP 2012062986 W EP2012062986 W EP 2012062986W WO 2013004725 A2 WO2013004725 A2 WO 2013004725A2
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motor
wall
enclosure
cooling device
elastic
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PCT/EP2012/062986
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WO2013004725A3 (fr
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Jean-Paul Domen
Jérôme CHARBONNEL
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Tmw
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/08—Insulating casings

Definitions

  • the invention relates to a cooling device for electric motors with liquid circulation. More particularly, it relates to the cooling of pump motor pumps.
  • Documents D1 and D2 describe two electric motor cooling devices, using an internal and external circulation liquid.
  • Each device comprises a relatively thin sleeve, of molded polymer, engaged around the cylindrical body of the engine.
  • the wall of this sleeve encloses a helical tubular conduit, with ends arranged in connections, upstream and downstream, allowing the entry of a cold liquid and the outlet of a heated liquid.
  • Such a device has two drawbacks: (a) do not cool the rear face of the engine and (b) allow only a limited flow of liquid in the tubular conduit, incorporated in the wall of the sleeve.
  • the diameter of this conduit is several times smaller than the diameter of the engine (which diameter determines the thermal power to be evacuated).
  • Documents D3 and D4 describe two electric motor cooling devices, of the type using an internal and external circulation liquid. Each comprises a molded polymer enclosure with a C-shaped section forcibly engaged over the entire cylindrical body of the engine but only about two-thirds of its periphery. In its middle part near one end of the device, the outer wall of this enclosure is provided with an upstream connection. At the other end of the device, two downstream connections are arranged in the vicinity of the two straight edges of the enclosure. These connections allow the entry of a cold liquid and the exit of a heated liquid. These cooling devices have a major disadvantage. Two areas (the rear bottom and the lower body), representing almost half of the external surface of the engine, are not cooled. The use of a thermal paste appears again necessary.
  • Document D5 describes a cooling device of a particular electric motor, shaped to normally operate, vertical motor shaft.
  • This device comprises a hollow-walled sleeve of molded polymer constituting an annular enclosure, engaged around the cylindrical body of the engine.
  • This chamber is filled with a liquid (water or alcohol).
  • a floating annular partition is installed in the sleeve to arrange two concentric annular conduits, communicating by their bases and their vertices.
  • the liquid circulates in a closed loop, by natural convection.
  • the liquid boils and flows upwards, in response to the heat transmitted by the engine.
  • the first object of the invention is a cooling device, liquid circulating, for electric motors, which has none of the disadvantages of known devices.
  • the second subject of the invention is a cooling device, with water circulation, for motor pumps of swimming pools
  • an electric motor cooling device of the kind comprising an enclosure, with molded polymer walls, provided with upstream and downstream mouths, allowing the entry and the exit of a cooling liquid, said motor having a cylindrical body with circular section, a rear face and a front face, from which the motor shaft;
  • the chamber comprises two cylindrical concave walls, one internal and the other external;
  • the inner wall of the enclosure is an elastic case, including rubber, enclosing the rear face and the entire body of the engine;
  • the outer wall of the enclosure has a front face with a circular inner edge, integral with the front edge of the inner wall, the two together forming a sealed circular common edge;
  • this outer wall comprises internal centering studs, providing it with radial supports on the rear part of the casing enclosing the body of the engine;
  • the front edge of the elastic case is arranged in a circular mortise and in this mortise, a circular post is engaged tight, this post being formed by the inner edge of the front face of the outer wall of the enclosure.
  • this cooling device has an external wall sufficiently rigid to allow it, once installed on the engine, to rest without significant deformation on a support, and an inner wall sufficiently thin to have a thermal conductance in agreement with the thermal power to be evacuated.
  • elastic bosses incorporated in the case, are engaged between the centering studs of the outer wall of the enclosure, to greatly reduce the local stretching forces experienced by the elastic case, in response starting and vibration of an engine equipped with this cooling device.
  • a trapezoidal section polymer ring is inserted between the motor body and the front edge of the elastic case, to complete the sealing of the engagement of the tenon in the mortise.
  • the upstream mouth of the enclosure and the downstream mouth of the pump have substantially equal sections and are connected to one another. Thanks to these provisions, an electric motor cooling device is made which has none of the disadvantages of the prior art cited and which comprises a new and unobvious architecture, totally different from those of the previous devices.
  • the enclosure is formed between two cylindrical concave walls, molded polymer, a relatively thin internal, circular section, substantially glued to the body of the engine, and the other external, relatively rigid, indifferent section (in particular circular or square), centered on this same body by internal studs; in addition, these walls are secured to one another by a single sealed common edge. Thanks to the inner wall-shaped holster of this cooling device, the rear bottom and the entire cylindrical body of the engine can be cooled. What the devices of the cited patents do not allow. Then, this case is elastic (molded rubber), which is not envisaged in any cited patent.
  • the centering studs of the enclosure around the body of the engine, it is possible to minimize the thickness of the outer wall of the enclosure and that of the front edge, made of mortise, of the elastic case. Indeed, in the absence of these centering studs, this enclosure would have been installed cantilever around the engine. And, in this case, the front face of the outer wall and the front edge of the case should, both, have stiffness (and therefore thicknesses) large enough to allow them to undergo without significant deformation the stresses generated by this overhang.
  • these centering pads can not be any. Indeed, since the thickness of the elastic case is chosen minimum, to maximize the thermal conductance between the body of the engine and the water of the enclosure, a fragility is manifested in the wall of this case, around these centering studs. Indeed, during first tests of this new cooling device of an engine, after a few dozens of starts of it and / or after a few hundred kilometers of transport in truck, ruptures of the thin wall of the elastic case appeared around contact surfaces of this case and these centering studs of the enclosure. Through these ruptures, the water under pressure, circulating in the enclosure, penetrated under the holster, ended in the front face of the engine and ended up drowning it.
  • the front edge of this case must be connected to the front edge of the outer wall of the enclosure, to form a sealed common edge.
  • the circular post formed by the edge of the inner edge of the front face of the outer wall, and is best engaged in an elastic circular mortise, arranged in the front edge of the elastic case.
  • inserting a relatively hard polymer trapezoidal section ring between the motor body and the front edge of the elastic case This has the effect of strongly applying the bottom of the elastic mortise on the tenon and thus to give a perfect seal at the front edge common to the inner and outer walls of the enclosure.
  • the cooling device of an electric motor must be adapted to the thermal power to be exhausted, produced by this engine.
  • This thermal power is a significant fraction (10% to 25%) of the mechanical power supplied and therefore proportional to the flow rate.
  • it is easy to take into account, using all the flow of liquid to take away all this thermal power.
  • the upstream mouth of the chamber and the downstream mouth of the pump have substantially equal sections and are connected to one another. This simple provision is ignored in the cited patents and its non-obviousness is deduced from it.
  • such a cooling device makes it possible to permanently use a motor pump pumping the water of a swimming pool, without having to pay attention to the ambient conditions.
  • these ambient conditions are determined by the applicable regulations, which impose the formwork of pump motor pumps.
  • the implementation of this obligation has the effect of limiting the flow of air around the engine of such a motor pump and significantly increases its operating temperature. This, generally, decreases its life and justifies the use of such a cooling device.
  • a motor cooling device according to the invention, it is possible, all things being equal, to use an electric motor with reduced rated power.
  • FIG. 1 shows three simplified schematic views of a cooling device fitted to a pool pump: A, a side view, B is a top view of the single device, and C, a view of the set installed at the edge of a swimming pool;
  • FIG. 1 shows two views of an electric motor cooling device, according to the invention, A, a cross-sectional view and B a longitudinal sectional view.
  • an electric motor 10 coupled to a pump 12
  • a cooling device 14 having the general shape of a hollow-walled container (shown trans-parent for the purposes of the drawing).
  • This device 14 constitutes an enclosure 16, provided with an outer wall 18 and an inner wall 20, both cylindrical.
  • the outer wall 18 is relatively rigid, with a section of indifferent shape, in particular circular or square, and it has a front face 22 having a circular inner edge.
  • the wall 18 is made of molded polymer.
  • the inner wall 20 is resilient, with a circular section, and the two walls 18-20 are secured to each other by a common, sealed circular front edge 24.
  • the inner wall 20 is an elastic, thin-walled casing. molded rubber, closely enclosing the cylindrical body of circular section of the motor 10.
  • the pump 12 has an axial inlet duct 26 and a curved outlet side duct 28, with circular outlet.
  • the enclosure 16 comprises, in the vicinity of its front edge 24, an inlet duct 30, directly connected to the outlet duct 28 of the pump 12. In the vicinity of its rear face, the enclosure 16 comprises an outlet elbow duct 32, with an elongated rectangular section.
  • the conduits 30-32 of the enclosure 16 are molded integral with its outer wall 18, during the manufacture of this wall.
  • the motor pump 10-12 and its cooling device 14, are installed on a cushion 34, vibration damper, the assembly can be installed fixed on a shelf 36, integral with the wall 38 of a pool.
  • the outlet duct 32 of the cooler 14 then opens directly above this pool. In many countries, the regulation of swimming pools requires a formwork (not shown) of all this set.
  • the pool water can be constantly pumped, filtered, treated, and / or reheated, and then discharged into the pool.
  • the cooling device 14 of the motor pump 10-12 is constantly traversed by water at a moderate temperature, and through the thin-walled elastic case 20, which is practically glued on the body of the motor 10, this water has a high thermal coupling with this motor body. Consequently, the motor pump 10- 12 can, despite its formwork, operate in a continuous manner, without risking in the long term the slightest deterioration, due to a too high operating temperature.
  • FIG. 2 represents two cross-section views, longitudinal A and transverse B, of an electric motor cooling device, presenting the practical details of its embodiment.
  • the electric motor 40 is 30 cm long and 20 cm in diameter and provides 20 kW on its drive shaft 42. Its electrical efficiency being 80 to 90%, the thermal power to be evacuated is 2 to 4 kW.
  • a cooling device 44 is associated with the motor 40.
  • This device 44 constitutes an enclosure 46, provided with an extruded-blown outer wall 48, made of suitable polymer (polypropylene, polycarbonate, etc.) and an elastic inner wall 50 of molded rubber.
  • the outer wall 48 is generally a relatively rigid cylinder, with a circular cross-section, having 35 cm of external length and 26 cm of internal diameter, having a crown front face 52 and three centering studs 54i_ 3 , arranged at 120 °, arranged at 3 cm from the bottom of the chamber 46.
  • the upstream and downstream mouths of the chamber 46 are not shown, so as not to overload the drawing.
  • the thickness of the wall 48, its front face 52 and the pads 54 is 3 mm.
  • the pads 54 are 6 cm long, 4 cm wide and 2 cm thick. (The figure does not take into account these dimensions).
  • the inner wall 50 of the enclosure 46 is a thin-walled elastic case, 1 mm thick, and its initial internal diameter is 2 mm smaller than that of the motor body 40.
  • the front edge of this molded elastic case 50 is arranged according to the circular mortise 56.
  • the section of this mortise 56 is a hollow, flat bottom wide 3 mm, formed between two elastic flanks 60i_ 2 high 5 mm. Between these flanks 60i_ 2 , is engaged a circular post 62, relatively stiff, 3 mm thick, formed by the inner edge of the front face 52 of the outer wall 48 of the enclosure 46.
  • a ring 64 made of polymer semi-rigid, trapezoidal section and with a diameter equal to that of the body of the motor 40, is inserted by force between the front edge of the body of the motor 40 and the front edge of the elastic case 50.
  • This trapezoidal section has a large base of 15 mm, a small base of 5 mm and a height of 4 mm.
  • These bosses 66 are 50 mm long and have a trapezoidal cross section, having a large base of 60 mm, incorporated in the case 50, a height of 10 mm and a small base of 40 mm, resting on a stud 54.
  • the circular post 62 formed by the inner edge of the crown front face 52 of the outer wall 48, is then engaged at best between the elastic sidewalls 60. 2 of the circular mortise 56.
  • the semi-rigid ring 64 trapezoidal section, is inserted by force under the front edge of the elastic sheath 50, and during this insertion, the mortise 56 is pushed towards the pin 62 until the end of this circular post comes to bear tight against the circular bottom of the mortise 56.
  • the sealing of the front edge common to the inner and outer walls of the enclosure is perfectly ensured by the slight deformations generated in the sides 60i_ 2 and the bottom of the mortise 56, because of the engagement of the post 62 in response to the insertion of the ring 64.
  • both relatively thick and trapezoidal section are greatly reduced short stretching, imposed by the starting and vibration of the motor 40, the zones of the thin elastic case 50 integral with these bosses, the makes immobilization of the centering studs 54i_ 3 . Under these conditions, no rupture of the wall of this thin elastic case is no longer to be feared, in response to stretching efforts, generated in the wall zones engaged between the centering studs, by the innumerable starts of the engine or by the vibrations experienced during the transport of the engine equipped with its cooling device.
  • the invention is not limited to the cooling device described in FIGS. 1 and 2.
  • the electric motor cooling device, according to the invention, described in this FIG. 1, equips a pump motor pump.
  • This motor pump thus equipped is a subset incorporated in a system with two cooling devices: that of the engine and that of the circulating water in closed circuit.
  • the cooling device, according to the invention can be used to cool various types of electric motors, used in different systems, the coolant may not be water, especially when the power of the engine is relatively high. When this liquid is water, this water may in some cases circulate in open loop. When this liquid is not water, especially oil, its circulation loop will be closed and include a second appropriate cooling device.
  • the geometrical specifications of the external walls of the enclosure of the cooling device according to the invention will be determined by the dimensions, the weight and the thermal power of the engine.
  • its elastic case may, as has been said above, not comprise damping bosses, when the thickness of this case will be uniformly large, in the case where its conductance thermal will not need to be maximized.

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Abstract

Ce dispositif (44) est une sorte de récipient à paroi creuse, engagé sur le corps cylindrique du moteur (40), qui constitue une enceinte (46) à parois, externe (48) et interne (50). La paroi interne (50) est un étui élastique moulé, adhérant au corps du moteur (40). Les deux parois (48-50) ont un bord avant commun. Le bord avant de l'étui (50) est en mortaise circulaire élastique (56), dans laquelle est engagé un tenon (62), formé par la paroi externe (48). L'étanchéité de cet engagement est assurée par un anneau semi rigide (64) inséré entre la mortaise (56) et le moteur (40). L'enceinte (46) est centrée par trois plots (54), entre lesquels sont engagés trois bossages élastiques (66) pour minimiser les chocs et les vibrations du moteur (40) et éviter toute rupture à cet étui et lui assurer une étanchéité permanente. Application principale : Refroidissement du moteur des motopompes de piscines.

Description

DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT DE MOTEUR ELECTRIQUE
L'invention concerne un dispositif de refroidissement de moteurs électriques, à circulation de liquide. Plus particulièrement, elle concerne le refroidissement des moteurs de motopompes pour piscines.
Divers dispositifs à circulation de liquide (notamment d'eau), destinés au refroidissement de moteurs électriques, ont été décrits dans différents brevets ou demandes de brevets publiées. Parmi ces documents, on peut citer les suivants : DE 10 2005 043313 Al (Dl), JP 11 248324 (D2), US 5 509 463 (D3), US 5 906 236 (D4) et DE 198 08 602 Cl (D5).
Les documents Dl et D2 décrivent deux dispositifs de refroidissement de moteur électrique, utilisant un liquide à circulation interne et externe. Chaque dispositif comprend un manchon relativement peu épais, en polymère moulé, engagé autour du corps cylindrique du moteur. La paroi de ce manchon enferme un conduit tubulaire hélicoïdal, doté d'extrémités aménagées en raccords, amont et aval, permettant l'entrée d'un liquide froid et la sortie d'un liquide réchauffé. Un tel dispositif présente deux inconvénients : (a) ne pas refroidir la face arrière du moteur et (b) n'autoriser qu'un débit limité de liquide dans le conduit tubulaire, incorporé à la paroi du manchon. Le diamètre de ce conduit est plusieurs fois inférieur au diamètre du moteur (lequel diamètre détermine la puissance thermique à évacuer). Dans ces conditions, pour tenir compte des pertes de charge dans un conduit à section limitée, l'utilisation d'un tel dispositif de refroidissement, pour refroidir le moteur d'une motopompe, implique ou que seule une petite partie du débit de la pompe circule dans ce conduit ou que soit notablement augmentée la pression normale de production du débit nominal de la pompe. Dans le premier cas, on ne peut pas être sûr que le débit passant par le conduit sera toujours suffisant pour assurer le refroidissement du moteur, notamment en présence d'un bouchon partiel dans ce conduit, Dans le second cas, les pertes de charges dues au passage de la totalité du débit pompé représenterait plus de 90% de la puissance délivrée par la pompe, ce qui serait absurde. Par ailleurs, du fait de la raideur non négligeable de ces manchons, pour assurer un bon transfert de chaleur, entre le moteur et le liquide de refroidissement, il apparaît nécessaire d'utiliser une pâte thermique pour interdire toute présence de bulles d'air entre le moteur et le manchon. Les documents D3 et D4 décrivent deux dispositifs de refroidissement de moteur électrique, du type utilisant un liquide à circulation interne et externe. Chacun comprend une enceinte moulée, en polymère, dotée d'une section en forme de C, engagée de force sur la totalité du corps cylindrique du moteur mais seulement sur environ les deux tiers de sa périphérie. Dans sa partie médiane proche d'une extrémité du dispositif, la paroi externe de cette enceinte est pourvue d'un raccord amont. A l'autre extrémité du dispositif, deux raccords aval sont aménagés au voisinage des deux bords rectilignes de l'enceinte. Ces raccords permettent l'entrée d'un liquide froid et la sortie d'un liquide réchauffé. Ces dispositifs de refroidissement ont un inconvénient majeur. Deux zones (le fond arrière et la partie basse du corps), représentant pratiquement la moitié de la surface externe du moteur, ne sont pas refroidies. L'emploi d'une pâte thermique apparaît à nouveau nécessaire.
Le document D5 décrit un dispositif de refroidissement d'un moteur électrique particulier, conformé pour normalement fonctionner, arbre moteur vertical. Ce dispositif comporte un manchon à paroi creuse, en polymère moulé, constituant une enceinte annulaire, engagée autour du corps cylindrique du moteur. Cette enceinte est remplie d'un liquide (eau ou alcool). Une cloison annulaire flottante est installée dans le manchon pour y aménager deux conduits annulaires concentriques, communiquant par leurs bases et leurs sommets. Dans ces deux conduits annulaires, le liquide circule en boucle fermée, par convection naturelle. Dans le conduit interne, en contact avec la paroi du moteur, le liquide bout et circule de bas en haut, en réponse à la chaleur transmise par le moteur. Dans le conduit annulaire externe, doté d'ailettes en contact avec l'air ambiant, le liquide circule de haut en bas, en se refroidissant par convection naturelle de cet air. Ce dispositif de refroidissement, sans circulation forcée de l'air, a nécessairement une efficacité limitée, qui peut dans de nombreux cas, s'avérer notoirement insuffisante. L'emploi d'une pâte thermique apparaît à nouveau nécessaire.
Le premier objet de l'invention est un dispositif de refroidissement, à circulation de liquide, pour moteurs électriques, qui n'ait aucun des inconvénients des dispositifs connus.
Le second objet de l'invention est un dispositif de refroidissement, à circulation d'eau, pour moteurs de motopompes de piscines, Selon l'invention, un dispositif de refroidissement de moteur électrique, du genre comportant une enceinte, à parois en polymère moulées, pourvue d'embouchures amont et aval, permettant l'entrée et la sortie d'un liquide refroidisseur, ledit moteur ayant un corps cylindrique à section circulaire, une face arrière et une face avant, d'où sort l'arbre moteur ;
caractérisé en ce que :
- l'enceinte comporte deux parois concaves cylindriques, l'une interne et l'autre externe ;
- la paroi interne de l'enceinte est un étui élastique, notamment en caoutchouc, enserrant la face arrière et tout le corps du moteur ;
- la paroi externe de l'enceinte possède une face avant, à bord interne circulaire, solidaire du bord avant de la paroi interne, les deux formant ensemble un bord commun circulaire étanche ;
- cette paroi externe comporte des plots internes de centrage, lui assurant des appuis radiaux sur la partie arrière de l'étui enserrant le corps du moteur;
- le bord avant de l'étui élastique est aménagé en mortaise circulaire et, dans cette mortaise, un tenon circulaire est engagé étanche, ce tenon étant formé par le bord interne de la face avant de la paroi externe de l'enceinte.
Selon une première caractéristique complémentaire, ce dispositif de refroidissement a une paroi externe suffisamment rigide pour lui permettre, une fois installé sur le moteur, de reposer sans déformation notable sur un support, et une paroi interne suffisamment mince pour avoir une conductance thermique en accord avec la puissance thermique à évacuer.
Selon une deuxième caractéristique complémentaire, des bossages élastiques, incorporés à l'étui, sont engagés entre les plots de centrage de la paroi externe de l'enceinte, pour fortement réduire les efforts locaux d'étirement subis par l'étui élastique, en réponse aux démarrages et aux vibrations d'un moteur équipé de ce dispositif de refroidissement.
Selon une troisième caractéristique complémentaire, un anneau en polymère, à section trapézoïdale, est inséré entre le corps du moteur et le bord avant de l'étui élastique, pour parfaire l'étanchéité de l'engagement du tenon dans la mortaise. Selon une caractéristique particulière d'un dispositif de refroidissement du moteur d'une motopompe, l'embouchure amont de l'enceinte et l'embouchure aval de la pompe ont des sections sensiblement égales et sont raccordées l'une à l'autre. Grâce à ces dispositions, on réalise un dispositif de refroidissement de moteur électrique qui ne présente aucun des inconvénients des antériorités citées et qui comporte une architecture, nouvelle et non évidente, totalement différente de celles des dispositifs antérieurs.
Tout d'abord, l'enceinte est formée entre deux parois concaves cylindriques, en polymère moulé, l'une interne relativement mince, à section circulaire, pratiquement collée au corps du moteur, et l'autre externe, relativement rigide, à section indifférente (notamment circulaire ou carrée), centrée sur ce même corps par des plots internes ; en outre, ces parois sont solidaires l'une de l'autre, par un unique bord commun étanche. Grâce à la paroi interne en forme d'étui de ce dispositif de refroidissement, le fond arrière et la totalité du corps cylindrique du moteur peuvent être refroidis. Ce que les dispositifs des brevets cités ne permettent pas. Ensuite, cet étui est élastique (caoutchouc moulé), ce qui n'est envisagé dans aucun brevet cité. L'intérêt de cet étui élastique est clair : une fois mis en place, il adhère à la face arrière et à la totalité du corps du moteur, en effaçant tout mini relief ou mini creux du corps du moteur et en chassant toute bulle d'air. Cela rend inutile la présence d'une pâte thermique, tout en maximisant la conductance thermique entre le moteur et le liquide de refroidissement. Ce que les dispositifs des brevets cités ne permettent pas.
Grâce aux plots de centrage de l'enceinte autour du corps du moteur, on peut minimiser au mieux l'épaisseur de la paroi externe de l'enceinte et celle du bord avant, aménagé en mortaise, de l'étui élastique. En effet, en l'absence de ces plots de centrage, cette enceinte aurait été installée en porte à faux autour du moteur. Et, dans ce cas, la face avant de la paroi externe et le bord avant de l'étui auraient dû, tous deux, avoir des raideurs (et donc des épaisseurs) suffisamment importantes pour leur permettre de subir sans déformation notable les contraintes engendrées par ce porte à faux.
Mais ces plots de centrage ne peuvent être quelconques. En effet, dès lors que l'épaisseur de l'étui élastique est choisie minimale, pour maximiser au mieux la conductance thermique entre le corps du moteur et l'eau de l'enceinte, une fragilité se manifeste dans la paroi de cet étui, autour de ces plots de centrage. En effet, au cours des premiers essais de ce nouveau dispositif de refroidissement d'un moteur, après quelques dizaines de démarrages de celui-ci et/ou après quelques centaines de kilomètres de transport en camion, des ruptures de la paroi mince de l'étui élastique sont apparues autour des surfaces de contact de cet étui et de ces plots de centrage de l'enceinte. A travers ces ruptures, l'eau en surpression, circulant dans l'enceinte, pénétrait sous l'étui, aboutissait à la face avant du moteur et finissait par le noyer. Pour supprimer la cause de ces ruptures, à savoir les brefs efforts d'étirement, localement appliqués à la paroi de l'étui en réponse aux démarrages du moteur et à toutes vibrations subies par lui, des bossages élastiques relativement épais, sont incorporés à la partie arrière de l'étui et sont engagés entre les plots de centrage de la paroi externe de l'enceinte. Dans ces conditions, les brefs efforts d'étirement, ainsi engendrés par le corps du moteur, sont appliqués à toute la masse des bossages, et les zones concernées de la paroi de l'étui ne subissent qu'une petite fraction de ces efforts. Ce qui évite toute rupture de cette paroi élastique mince, du fait des démarrages et des vibrations d'un tel moteur équipé de son dispositif de refroidissement.
On notera que le choix d'un étui élastique à paroi mince (1 mm, par exemple), pour maximiser la conductance thermique moteur/eau dans le dispositif de refroidissement, a pour conséquence d'imposer la présence des bossages élastiques à l'arrière de cet étui. Toutefois, dans le cas où une telle maximisation de conductance ne s'imposerait pas, on pourra utiliser un étui à paroi élastique plus épaisse (5 mm, par exemple) et supprimer ces bossages.
Selon l'invention, une fois l'étui élastique en place sur le corps du moteur, le bord avant de cet étui doit être raccordé au bord avant de la paroi externe de l'enceinte, pour former un bord commun étanche. Pour ce faire, on utilise le tenon circulaire, formé par la tranche du bord interne de la face avant de cette paroi externe, et on l'engage au mieux dans une mortaise circulaire élastique, aménagée dans le bord avant de l'étui élastique. Ensuite, pour améliorer l'étanchéité relative ainsi réalisée, on insère un anneau à section trapézoïdale, en polymère relativement dur, entre le corps du moteur et le bord avant de l'étui élastique. Ce qui a pour effet de fortement appliquer le fond de la mortaise élastique sur le tenon et ainsi de donner une étanchéité parfaite au bord avant commun des parois interne et externe de l'enceinte.
Le dispositif de refroidissement d'un moteur électrique doit être adapté à la puissance thermique à évacuer, produite par ce moteur. Cette puissance thermique est une fraction notable (10% à 25%) de la puissance mécanique fournie et donc proportionnelle au débit. En conséquence, il est aisé d'en tenir compte, en utilisant tout le débit de liquide pour emporter au mieux toute cette puissance thermique. Pour ce faire, l'embouchure amont de l'enceinte et l'embouchure aval de la pompe ont des sections sensiblement égales et sont raccordées l'une à l'autre. Cette disposition simple est ignorée dans les brevets cités et sa non évidence s'en déduit.
Grâce à ces différentes dispositions, un tel dispositif de refroidissement permet d'utiliser en permanence une motopompe pompant l'eau d'une piscine, sans avoir à prêter attention aux conditions d'ambiance. En pratique, ces conditions d'ambiance sont déterminées par les réglementations applicables, qui imposent le coffrage des motopompes de piscines. En l'absence d'un refroidissement par circulation d'eau, la mise en œuvre de cette obligation a pour effet de limiter la circulation de l'air autour du moteur d'une telle motopompe et augmente notablement sa température de fonctionnement. Ce qui, généralement, diminue sa durée de vie et justifie l'usage d'un tel dispositif de refroidissement. En outre, avec un dispositif de refroidissement de moteur, selon l'invention, il est possible, toutes choses égales par ailleurs, d'utiliser un moteur électrique à puissance nominale réduite.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'une manière plus précise de la description ci-après, faite à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins dans lesquels,
- la figure 1 représente trois vues schématiques simplifiées d'un dispositif de refroidissement équipant une motopompe de piscine : en A, une vue latérale, en B est une vue de dessus du seul dispositif, et en C, une vue de l'ensemble installé au bord d'une piscine ;
- la figure 2 représente deux vues d'un dispositif de refroidissement de moteur électrique, selon l'invention, en A, une vue en coupe transversale et en B une vue en coupe longitudinale. Selon la figure 1, un moteur électrique 10, couplé à une pompe 12, est pourvu d'un dispositif de refroidissement 14, ayant la forme générale d'un récipient à paroi creuse (représentée trans-parente pour les besoins du dessin). Ce dispositif 14 constitue une enceinte 16, dotée d'une paroi externe 18 et d'une paroi interne 20, toutes deux cylindriques. La paroi externe 18 est relativement rigide, avec une section de forme indifférente, notamment circulaire ou carrée, et elle comporte une face avant 22 ayant un bord interne circulaire. La paroi 18 est réalisée en polymère moulé. La paroi interne 20 est élastique, avec une section circulaire, et les deux parois 18-20 sont solidaires l'une de l'autre par un bord avant circulaire commun étanche 24. La paroi interne 20 est un étui élastique, à paroi mince en caoutchouc moulé, enserrant de près le corps cylindrique à section circulaire du moteur 10. La pompe 12 possède un conduit axial d'entrée 26 et un conduit latéral coudé de sortie 28, à débouché circulaire. L'enceinte 16 comporte, au voisinage de son bord avant 24, un conduit d'entrée 30, directement raccordé au conduit de sortie 28 de la pompe 12. Au voisinage de sa face arrière, l'enceinte 16 comporte un conduit coudé de sortie 32, à section rectangulaire allongée. Les conduits 30-32 de l'enceinte 16 sont moulés solidaires de sa paroi externe 18, au cours de la fabrication de cette paroi. La motopompe 10-12 et son dispositif de refroidissement 14, sont installés sur un coussin 34, amortisseur de vibrations, l'ensemble pouvant être installé fixe sur une tablette 36, solidaire du mur 38 d'une piscine. Le conduit de sortie 32 du refroidisseur 14 débouche alors directement au-dessus de cette piscine. Dans de nombreux pays, la réglementation des piscines impose un coffrage (non représenté) de tout cet ensemble.
Grâce à ces dispositions générales, illustrées par ces trois schémas, l'eau de la piscine peut être constamment pompée, filtrée, traitée, et/ou réchauffée, puis déversée dans cette piscine. Le dispositif de refroidissement 14 de la motopompe 10-12, est constamment traversé par de l'eau à température modérée, et, à travers l'étui élastique à paroi mince 20, pratiquement collé sur le corps du moteur 10, cette eau possède un couplage thermique élevé avec ce corps de moteur. En conséquence, la motopompe 10- 12 peut, malgré son coffrage, fonctionner d'une manière continue, sans risquer à long terme la moindre détérioration, due à une température de fonctionnement trop élevée. Avec une enceinte 16, dotée de conduits d'entrée 30 et de sortie 32 aussi larges que ceux d'entrée 26 et de sortie 28 de la pompe 12, ainsi que d'une épaisseur interne importante, la puissance consommée par le passage de tout le débit d'eau à travers cette enceinte 16, est négligeable. Par ailleurs, la puissance nominale et donc le prix du moteur 10 de la pompe 12 peuvent être diminués du fait que sa température de fonctionnement, est abaissée de plusieurs dizaines de degrés. La figure 2 représente deux vues en coupes, longitudinale A et transversale B, d'un dispositif de refroidissement de moteur électrique, présentant les détails pratiques de sa réalisation. A titre d'exemple, le moteur électrique 40 a 30 cm de long et 20 cm de diamètre et il fournit 20 kW sur son arbre moteur 42. Son rendement électrique étant de 80 à 90%, la puissance thermique à évacuer est de 2 à 4 kW. A cet effet, un dispositif de refroidissement 44 est associé au moteur 40. Ce dispositif 44 constitue une enceinte 46, dotée d'une paroi externe 48, extrudée-soufflée, en poly-mère approprié (polypropylène, polycarbonate...) et d'une paroi interne élastique 50, en caoutchouc moulé.
La paroi externe 48 est globalement un cylindre relativement rigide, à section circulaire, ayant 35 cm de longueur externe et 26 cm de diamètre interne, comportant une face avant en couronne 52 et trois plots de centrage 54i_3, disposés à 120°, aménagés à 3 cm du fond de l'enceinte 46. Les embouchures amont et aval de l'enceinte 46 ne sont pas représentées, pour ne pas surcharger le dessin. L'épaisseur de la paroi 48, de sa face avant 52 et des plots 54 est de 3 mm. Les plots 54 ont 6 cm de long, 4 cm de large et 2 cm d'épaisseur. (La figure ne tient pas compte de ces dimensions).
La paroi interne 50 de l'enceinte 46 est un étui élastique à paroi mince, épaisse de 1 mm, et son diamètre interne initial est inférieur de 2 mm à celui du corps du moteur 40. Le bord avant de cet étui élastique moulé 50 est aménagé en mortaise circulaire 56. Selon la loupe 58, la section de cette mortaise 56 est un creux, à fond plat large de 3 mm, formé entre deux flancs élastiques 60i_2 hauts de 5 mm. Entre ces flancs 60i_2, est engagé un tenon circulaire 62, relativement raide, épais de 3 mm, constitué par le bord interne de la face avant en couronne 52 de la paroi externe 48 de l'enceinte 46. Un anneau 64, en polymère semi rigide, à section trapézoïdale et à diamètre égal à celui du corps du moteur 40, est inséré de force entre le bord avant du corps du moteur 40 et le bord avant de l'étui élastique 50. Cette section trapézoïdale a une grande base de 15 mm, une petite base de 5 mm et une hauteur de 4 mm.
Au voisinage du bord arrière de cet étui 50, sont moulés trois bossages élastiques 66i_3, disposés à 120°, destinés à être engagés entre les trois plots de centrage 54i_3. Ces bossages 66 ont 50 mm de long et une section transversale trapézoïdale, ayant une grande base de 60 mm, incorporée à l'étui 50, une hauteur de 10 mm et une petite base de 40 mm, en appui sur un plot 54.
Grâce à ces dispositions, sont parfaitement assurés tout d'abord le maintien bien centré de l'enceinte 46 autour du corps du moteur 40, mais également la bonne tenue mécanique de l'étui 50, entre les plots de centrage 54, et l'étanchéité parfaite du bord avant commun aux parois, externe 48 et interne 50, de l'enceinte 46. En effet, après avoir progressivement mis en place, sur le moteur 40, l'étui élastique 50 constituant cette paroi interne, il est aisé de correctement placer le moteur 40 dans la paroi externe 48 de la future enceinte 46. Au cours de cette opération, les trois bossages 66i_3 de l'étui 50 sont progressivement engagés entre les trois plots 54i_3 de la paroi externe 48 de l'enceinte 46, en cours de réalisation. Ce qui assure un bon centrage final de l'enceinte 46 autour du moteur 40. Le tenon circulaire 62, formé par le bord interne de la face avant en couronne 52 de la paroi externe 48, est alors engagé au mieux entre les flancs élastiques 60i_2 de la mortaise circulaire 56. Ensuite, l'anneau 64 semi rigide, à section trapézoïdale, est inséré de force sous le bord avant de la gaine élastique 50, et au cours de cette insertion, la mortaise 56 est repoussée vers le tenon 62 jusqu'à ce que l'extrémité de ce tenon circulaire vienne en appui serré sur le fond circulaire de la mortaise 56. Dans ces conditions, l'étanchéité du bord avant commun aux parois interne et externe de l'enceinte est parfaitement assurée, par les légères déformations engendrées dans les flancs 60i_2 et le fond de la mortaise 56, du fait de l'engagement du tenon 62 en réponse à l'insertion de l'anneau 64.
Grâce aux bossages élastiques 66i_3, à la fois relativement épais et à section trapézoïdale, sont fortement réduits les brefs étirements, imposés par les démarrages et les vibrations du moteur 40, aux zones de l'étui élastique mince 50 solidaires de ces bossages, du fait de l'immobilité des plots de centrage 54i_3. Dans ces conditions, aucune rupture de paroi de cet étui élastique mince n'est plus à redouter, en réponse aux efforts d'étirement, engendrés dans les zones de paroi engagées entre les plots de centrage, par les innombrables démarrages du moteur ou par les vibrations subies pendant le transport du moteur équipé de son dispositif de refroidissement.
L'invention n'est pas limitée au dispositif de refroidissement décrit aux figures 1 et 2. Le dispositif de refroidissement de moteur électrique, selon l'invention, décrit à cette figure 1, équipe une motopompe de piscine. Cette motopompe ainsi équipée constitue un sous-ensemble incorporé à un système comportant deux dispositifs de refroidissement : celui du moteur et celui de l'eau circulant en circuit fermé. Mais comme le dispositif de refroidissement, selon l'invention, peut être utilisé pour refroidir divers types de moteurs électriques, utilisés dans différents systèmes, le liquide refroidisseur pourra ne pas être de l'eau, notamment lorsque la puissance du moteur est relativement élevée. Lorsque ce liquide est de l'eau, cette eau pourra dans certains cas circuler en boucle ouverte. Lorsque ce liquide n'est pas de l'eau, notamment de l'huile, sa boucle de circulation sera fermée et comportera un second dispositif approprié de refroidissement. Dans tous les cas, les spécifications géométriques des parois externes de l'enceinte du dispositif de refroidissement selon l'invention, seront déterminées par les dimensions, le poids et la puissance thermique du moteur.
Quant au dispositif de refroidissement décrit à la figure 2, son étui élastique pourra, comme cela a été dit plus haut, ne pas comporter de bossages d'amortissement, lorsque l'épaisseur de cet étui sera uniformément importante, dans le cas où sa conductance thermique n'aura pas besoin d'être maximisée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de refroidissement (14 ou 44) de moteur électrique (10 ou 40), du genre comportant une enceinte (16 ou 46), à parois moulées (18-20 ou 48-50) en polymère, pourvue d'embouchures amont et aval (30-32), permettant l'entrée et la sortie d'un liquide refroidisseur, ledit moteur (10 ou 40) ayant un corps cylindrique à section circulaire, une face arrière et une face avant, d'où sort l'arbre moteur (42) ;
caractérisé en ce que :
- l'enceinte (16 ou 46) comporte deux parois concaves cylindriques, l'une interne (20 ou 50) et l'autre externe (18 ou 48) ;
- la paroi interne (20 ou 50) de l'enceinte (16 ou 46) est un étui élastique, notamment en caoutchouc, enserrant la face arrière et tout le corps du moteur (10 ou 40) ;
- la paroi externe (18 ou 48) de l'enceinte (16 ou 46) possède une face avant (22 ou 52), à bord interne circulaire, solidaire du bord avant de la paroi interne (20 ou 50), les deux formant ensemble un bord commun circulaire étanche (24 ou 58) ;
- cette paroi externe (48) comporte des plots internes de centrage (541-3), lui assurant des appuis radiaux sur la partie arrière de l'étui élastique (50) recouvrant le corps du moteur (40);
- le bord avant de l'étui élastique (50) est aménagé en mortaise circulaire (56) et, dans cette mortaise, un tenon circulaire (62) est engagé étanche, ce tenon étant formé par le bord interne de la face avant (52) de la paroi externe (48) de l'enceinte (46).
2. Dispositif de refroidissement (14 ou 44) de moteur électrique (10 ou 40), selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'enceinte (16 ou 46) possède une paroi externe (18 ou 48) suffisamment rigide, pour permettre à ce dispositif, une fois installé sur le moteur, de reposer sans déformation notable sur un support (34-36), et une paroi interne (20 ou 50) suffisamment mince, pour avoir une conductance thermique en accord avec la puissance thermique à évacuer.
3. Dispositif de refroidissement (44) de moteur électrique (40), selon la revendication 2, caractérisé en ce que des bossages élastiques (66i_3), incorporés à la partie arrière de l'étui (50), sont engagés entre les plots de centrage (541-3) de la paroi externe (48) de l'enceinte (46), pour fortement réduire les efforts locaux d'étirement subis par cet étui (50), en réponse aux démarrages et aux vibrations du moteur (40) équipé de ce dispositif.
4. Dispositif de refroidissement (44) de moteur électrique (40), selon la revendication 2, caractérisé en ce que un anneau (64) en polymère, à section trapézoïdale, est inséré entre le corps du moteur et le bord avant de l'étui élastique (50), pour parfaire l'étanchéité de l'engagement du tenon (62) dans la mortaise (60).
5. Dispositif de refroidissement (14) du moteur d'une motopompe (10-12), selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que l'embouchure amont (30) de l'enceinte (16) et l'embouchure aval (28) de la pompe (12) ont des sections sensiblement égales et sont raccordées l'une à l'autre.
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