WO2019037930A1 - Machine electrique avec dispositif de refroidissement comprenant un canal partiellement subdivise - Google Patents

Machine electrique avec dispositif de refroidissement comprenant un canal partiellement subdivise Download PDF

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WO2019037930A1
WO2019037930A1 PCT/EP2018/068390 EP2018068390W WO2019037930A1 WO 2019037930 A1 WO2019037930 A1 WO 2019037930A1 EP 2018068390 W EP2018068390 W EP 2018068390W WO 2019037930 A1 WO2019037930 A1 WO 2019037930A1
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WO
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channel
cooling device
electrical machine
machine according
stator
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/068390
Other languages
English (en)
Inventor
Luca FAVRE
Abdenour ABDELLI
Thomas VALIN
Benjamin GAUSSENS
Julien BOISSON
Wissam DIB
Davide Bettoni
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles
Mavel S.R.L
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Publication date
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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to the field of rotating electrical machines, in particular the cooling of rotating electrical machines.
  • It relates more particularly to the cooling of a closed rotary electrical machine with synchronous reluctance.
  • a rotating electrical machine conventionally comprises a fixed part, the stator, and a rotatable part, the rotor, arranged coaxially one inside the other.
  • the rotor is generally housed inside the stator which carries electrical windings generating a rotating magnetic field for rotating the rotor.
  • the rotor typically comprises a body formed of a stack of sheets, and placed on a rotating shaft. These sheets include housings for permanent magnets or coils forming magnetic poles at the periphery of the rotor. Magnets may appear on the surface of the rotor or be completely integrated within the rotor.
  • the rotor may comprise permanent magnets housed inside flow barriers carried by this rotor, these flow barriers being typically empty spaces. It is also called synchro-reluctant machine assisted by permanent magnets.
  • the main sources of heat in an electrical machine are the windings, and in particular the coil heads, on the stator side, and the magnets and the shaft on the rotor side.
  • the stator winding is also sensitive to temperature rise: the higher the winding temperature, the lower the electrical conductivity of the copper and the service life of the winding.
  • FIG. 1 illustrates a stator water cooling system of an electric machine according to the prior art.
  • the electric machine 1 comprises active parts of the electric machine 2 (stator 6 and rotor 7), and a cooling system.
  • the cooling system comprises a channel 8 in which circulates a coolant (here water), an outer casing 3 of the cooling system, an inlet 4 of the coolant and an outlet 5 of the coolant.
  • the coolant circulation channel 8 comprises a coil 9 illustrated in FIG. 2.
  • the coil 9 comprises a plurality of juxtaposed turns of constant passage section. For this coil 9, the inlet 4 of the coolant and the outlet 5 of the coolant are not located at the ends of the coil 9. This results in zones 10, in which the coolant circulates little or no, which causes poor efficiency of the cooling system in the zones 10 (little heat exchange in the zones 10).
  • a general objective of the invention is to provide efficient cooling of a closed rotary electrical machine, in particular of a synchronous reluctance closed rotary electrical machine, also known as synchro-reluctant, in order to guarantee performance and efficiency.
  • a closed rotary electrical machine in particular of a synchronous reluctance closed rotary electrical machine, also known as synchro-reluctant
  • IP high protection rating
  • the present invention aims to improve the cooling of an electric machine, more specifically the cooling of the outer portion of the stator.
  • the present invention relates to a rotating electrical machine comprising a rotor, a stator and a cooling device.
  • the cooling device comprises a circulation channel of a heat transfer liquid.
  • the channel includes substantially circumferential areas, wherein the channel is subdivided into a plurality of passages.
  • the channel further comprises substantially helical zones in which the channel is not subdivided.
  • the subdivision of the channel makes it possible to increase the exchange surface (and thus the efficiency of the cooling system), but also the speed of the fluid locally, increasing the convective coefficients.
  • the helical zones without subdivision make it possible to limit the losses of load. Thus, it is possible to maintain a good performance of the electric machine.
  • the present invention relates to a rotating electrical machine comprising a stator disposed in a housing, a rotor arranged within said stator, and a cooling device of the outer portion of said stator, said cooling device being substantially cylindrical and said cooling device comprising a circulation channel of a heat transfer fluid arranged around said stator.
  • Said circulation channel of said coolant comprises at least one substantially circumferential zone, wherein said channel is subdivided into several passages, and at least one substantially helical zone, wherein said heat transfer fluid circulation channel is not subdivided.
  • said cooling device comprises an inlet and an outlet of said heat transfer fluid connected to said heat transfer fluid circulation channel, said inlet and said outlet being arranged at the ends of said heat transfer fluid circulation channel.
  • said cooling device comprises an inlet and an outlet of said heat transfer fluid connected to said channel, said inlet and said outlet being arranged on a generatrix of said cylinder formed by said cooling device.
  • said at least one substantially helical zone is aligned with said inlet and said outlet of said heat transfer fluid.
  • the channel is subdivided into two passages.
  • said passages of a circumferential zone have a substantially identical section and are substantially parallel to each other.
  • said channel and said passages are delimited by ribs formed on an inner casing of said cooling device.
  • said cooling device comprises an outer casing having a smooth tubular shape.
  • said channel comprises between two and six circumferential zones, preferably three or four circumferential zones.
  • said cooling device has a length substantially equal to the axial length of the body of said stator.
  • said heat transfer fluid comprises water.
  • said electrical machine is of the synchronous reluctance type.
  • Figure 1 already described, illustrates an electric machine equipped with a cooling system according to the prior art.
  • Figure 2 already described, illustrates a coil of a cooling system of an electric machine according to the prior art.
  • FIG. 3 illustrates an electric machine equipped with a cooling system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 4 illustrates, in sectional view, an electric machine equipped with a cooling system according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 5 illustrates an external casing of a cooling device according to one embodiment of the invention.
  • the present invention relates to a rotating electrical machine, preferably a synchronous reluctance machine.
  • the electric machine comprises:
  • the stator may comprise a stator body supporting magnetic flux generators such as windings, a rotor arranged within the stator, preferably the rotor is arranged coaxially with the stator, the rotor comprises magnetic flux generators such as magnets,
  • the cooling device is arranged around the stator, the cooling device comprises a circulation channel for a heat transfer fluid, in particular a heat-transfer liquid, for example water, to cool the stator.
  • a heat transfer fluid in particular a heat-transfer liquid, for example water
  • stator windings
  • rotor magnets
  • flux generators make it possible to generate a magnetic field that makes it possible to rotate the rotor in association with the magnetic field generated by the magnets and / or the rotor coils.
  • the stator body and the rotor body can be made by a stack of sheets.
  • the channel of the cooling device comprises at least one substantially circumferential zone, wherein said channel is subdivided into several passages.
  • Circumferential zone is understood to mean an area in which the coolant circulates in a substantially circumferential direction of the cooling device.
  • the heat exchange surface is increased thanks to the subdivisions, which causes an increase in the efficiency of the cooling device.
  • the heat transfer fluid velocity is increased, which improves the convective coefficients for the heat exchange.
  • the channel of the cooling device comprises at least one substantially helical zone, in which said channel is not subdivided.
  • Helical zone means an area in which the heat transfer fluid circulates in a substantially helical direction, that is to say a direction inclined with respect to the circumferential direction.
  • the channel comprises an alternation of circumferential zones and helical zones to form the channel; the helical zones connect the circumferential zones.
  • the coolant circulates successively in passages of small section in a circumferential direction, then in a channel of greater section in a direction inclined relative to the circumferential direction.
  • the cooling device may comprise an inlet and an outlet of the coolant. The inlet and the outlet are connected to the circulation channel of the coolant.
  • the inlet and outlet of the coolant can be arranged at both ends of the channel; there is no portion of the channel without circulation of the liquid unlike the prior art of Figure 2. With this configuration, the coolant can circulate throughout the channel. In this way, there is a better efficiency of the cooling device, and all the available exchange surface is used.
  • the inlet and the outlet of the coolant are aligned on a generatrix of the cylinder formed by the cooling device.
  • the inlet and outlet of the heat transfer fluid are arranged on one side of the electrical machine, which facilitates the connection, and limits the bulk.
  • At least one helical zone can be aligned with the inlet and outlet of the coolant.
  • all the helicoidal zones can be aligned with the inlet and the outlet of the coolant.
  • the inlet and the outlet are located on a helical zone, and in this way, the channel is inclined as soon as the heat transfer fluid arrives.
  • the helical zones can be located on this generator.
  • the channel is subdivided into two passages.
  • the channel is subdivided into three or four passages.
  • the passages have an identical section and are parallel to each other.
  • the channel and the passages may be delimited by ribs formed on an internal casing of the cooling device.
  • the inner casing of the cooling device has a substantially cylindrical shape, with ribs arranged on its outer surface and directed towards the outside of the electric machine. In the circumferential zones, the ribs are substantially circumferential, and in the helical zones, the ribs are substantially helical.
  • the cooling device may comprise an outer casing having a smooth tubular shape.
  • the outer casing of the cooling device does not include any specific relief to form the channel.
  • the inner and outer casings of the cooling device may be provided with means for fixing one to the other (for example by screwing, threading, etc.) and with sealing means. (for example by O-rings), so as to close the cooling device in a sealed manner.
  • the channel may comprise between two and six circumferential zones.
  • the channel may comprise three or four circumferential zones.
  • the number of circumferential zones is greater than the number of helical zones to limit the pressure drops.
  • the cooling device may have a length substantially equal to the axial length of the stator body.
  • the electric machine can be of any type.
  • the electrical machine according to the invention can be a synchronous reluctance closed rotary electrical machine, also called a synchronous-reluctant, in particular a synchronous reluctance closed rotary electrical machine, having a high protection index "IP" in accordance with the standard EN 60529, typically an IP67 degree of protection.
  • IP protection index
  • FIG. 3 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, an electric machine 1 according to one embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a three-dimensional view of the electric machine 1 without outer casing of the cooling device.
  • the electric machine 1 comprises an inner casing 1 1 of the cooling device, a front flange 15 and a rear flange 16, inside which are arranged the rotor and the stator.
  • the inner casing 1 1 of the cooling device, the front flange 15 and the rear flange 16 are sealed.
  • the inner casing 1 1 of the cooling device has substantially a cylindrical shape, and comprises a channel 8, an inlet 4 of the coolant, and an outlet 5 of the fluid coolant.
  • the inlet 4 and the outlet 5 of the coolant are arranged on a generatrix of the inner casing 1 1 of the cooling device.
  • the channel 8 consists of circumferential zones and helicoidal zones 12.
  • the helical zones 12 are arranged on the generatrix of the inner casing 1 1 of the cooling device which connects the inlet 4 and the outlet 5 of the coolant.
  • the channel 8 is subdivided into two passages 13.
  • the channel 8 is not subdivided.
  • the channel 8 and the passages 13 are delimited by ribs 14 formed on the inner casing 1 1 of the cooling device.
  • FIG. 4 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, an electric machine 1 according to the embodiment of FIG. 3.
  • FIG. 4 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, an electric machine 1 according to the embodiment of FIG. 3.
  • FIG. 4 illustrates, schematically and in a nonlimiting manner, an electric machine 1 according to the embodiment of FIG. 3.
  • FIG. 4 illustrates, schematically and
  • the electrical machine 1 comprises a stator 6, a rotor 7 arranged coaxially within the stator 6, a cooling device arranged around the stator 6, a front flange 15 and a rear flange 16.
  • the inner casing 11 of the device the front flange 15 and the rear flange 16 are sealed.
  • the inner casing 1 1 and the two flanges 15 and 16 can be fixed by means of screws.
  • the substantially cylindrical cooling device comprises an inner casing 1 1, a channel, an outer casing 19, an inlet 4 of the coolant, an outlet 5 of the coolant.
  • the channel consists of helical zones 12 (not subdivided) and circumferential zones, in which the channel is subdivided into two passages 13.
  • the helical zones 12 are located in the upper part of the electrical machine, between the inlet 4 and the outlet 5 of the coolant.
  • the cooling device allows heat exchange on an exchange surface 17 (shaded area) which covers the body of the stator 6 and the coil heads 18 of the stator 6. This exchange surface 17 allows in particular the cooling of the cylinder head external 20 of the stator 6, which comprises the windings.
  • Figure 5 illustrates, schematically and without limitation, an outer casing 19 for a cooling device of an electric machine according to the embodiment of Figures 3 and 4.
  • the outer casing 19 has substantially a tubular shape.
  • the outer casing 19 of the cooling device comprises a smooth inner surface 23, that is to say without specific relief.
  • the outer casing 19 of the cooling device comprises two orifices 21 and 22.
  • the orifice 21 is provided for the inlet of the coolant
  • the orifice 22 is provided for the outlet of the coolant.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

La présente invention concerne une machine électrique (1) tournante comprenant un rotor (7), un stator (6) et un dispositif de refroidissement. Le dispositif de refroidissement comprend un canal (8) de circulation d'un liquide caloporteur. Le canal comprend des zones sensiblement circonférentielles, dans lesquelles le canal (8) est subdivisé en plusieurs passages (13). Le canal comprend en outre des zones sensiblement hélicoïdales (12), dans lesquelles le canal (8) n'est pas subdivisé.

Description

MACHINE ELECTRIQUE AVEC DISPOSITIF DE REFROIDISSEMENT COMPRENANT UN CANAL PARTIELLEMENT SUBDIVISE
La présente invention concerne le domaine des machines électriques tournantes, en particulier le refroidissement de machines électriques tournantes.
Elle concerne plus particulièrement le refroidissement d'une machine électrique tournante fermée à réluctance synchrone.
Une machine électrique tournante comporte classiquement une partie fixe, le stator, et une partie mobile en rotation, le rotor, disposées coaxialement l'une dans l'autre. Le rotor est généralement logé à l'intérieur du stator qui porte des bobinages électriques générant un champ magnétique tournant permettant d'entraîner en rotation le rotor. Le rotor comprend typiquement un corps formé d'un empilage de tôles, et placé sur un arbre de rotation. Ces tôles comprennent des logements pour des aimants permanents ou des bobines formant des pôles magnétiques à la périphérie du rotor. Les aimants peuvent apparaître à la surface du rotor ou être complètement intégrés au sein du rotor. Dans le cas des machines électriques tournantes à réluctance synchrone, le rotor peut comporter des aimants permanents logés à l'intérieur de barrières de flux portées par ce rotor, ces barrières de flux étant typiquement des espaces vides. On parle aussi de machine synchro-réluctante assistée par des aimants permanents.
Les machines électriques s'échauffent du fait des pertes par conduction (effet Joule), électromagnétiques (pertes fer) et mécaniques. Cet échauffement nuit à leur fonctionnement et conduit à la dégradation de leurs performances. Les principales sources de chaleur dans une machine électrique sont les bobinages, et notamment les têtes de bobines, du côté du stator, et les aimants et l'arbre du côté du rotor. Typiquement, si les aimants du rotor ne sont pas refroidis, le flux magnétique est moins intense, ce qui conduit à une perte de couple et donc une dégradation des performances de la machine électrique. Une démagnétisation irréversible des aimants peut se produire. Le bobinage du stator est également sensible aux élévations de température : plus la température du bobinage est élevée, plus la conductivité électrique du cuivre et la durée de vie du bobinage sont réduites. La résistance du cuivre augmentant, il y a également une perte de rendement. Les divers composants électromagnétiques d'une machine électrique tournante, ainsi que certains matériaux isolants utilisés dans les pièces de la machine électrique, sont ainsi sensibles à réchauffement produit en fonctionnement, et leur refroidissement est indispensable pour dissiper la chaleur produite, afin de conserver un bon rendement de la machine électrique, d'assurer une répétabilité de ses performances, d'allonger sa durée de vie et de limiter la maintenance.
La recherche d'un refroidissement performant est donc une préoccupation majeure pour les fabricants et les intégrateurs de machines électriques tournantes.
Différents types de refroidissement existent, souvent adaptés à la puissance de la machine, parmi lesquels les systèmes de refroidissement par air, constituant une solution généralement économique mais souvent cantonnée à des machines électriques peu puissantes du fait de son efficacité limitée (par exemple des moteurs électriques d'une puissance inférieure à 20 kW dans les applications de traction) et/ou des machines ouvertes (non étanches), les systèmes de refroidissement par liquide, par exemple par eau, notamment utilisés dès que les pertes sont importantes comme dans le cas des moteurs de traction électriques, ou par huile. D'autres systèmes de refroidissement par hélium ou azote liquide peuvent être utilisés pour les machines électriques de centrales électriques. La figure 1 illustre un système de refroidissement à eau du stator d'une machine électrique selon l'art antérieur. La machine électrique 1 comprend des parties actives de la machine électrique 2 (stator 6 et rotor 7), et un système de refroidissement. Le système de refroidissement comprend un canal 8 dans lequel circule un liquide de refroidissement (ici de l'eau), un carter externe 3 du système de refroidissement, une entrée 4 du liquide de refroidissement et une sortie 5 du liquide de refroidissement. Le canal 8 de circulation du liquide de refroidissement comprend un serpentin 9 illustré en figure 2. Le serpentin 9 comprend une pluralités de spires juxtaposées de section de passage constante. Pour ce serpentin 9, l'entrée 4 du liquide de refroidissement et la sortie 5 du liquide de refroidissement ne se situent pas aux extrémités du serpentin 9. Il en résulte des zones 10, dans lesquelles le liquide de refroidissement circule pas ou peu, ce qui engendre une mauvaise efficacité du système de refroidissement dans les zones 10 (peu d'échanges thermiques dans les zones 10).
Un objectif général visé par l'invention est de fournir un refroidissement performant d'une machine électrique tournante fermée, en particulier d'une machine électrique tournante fermée à réluctance synchrone, aussi appelée synchro-réluctante, en vue de garantir les performances et le rendement souhaités de la machine électrique, en particulier dans le cas d'une machine électrique tournante fermée à réluctance synchrone, et notamment lorsque la machine électrique présente un indice de protection « IP » élevé conformément à la norme EN 60529, typiquement un indice de protection IP67. En particulier, la présente invention vise à améliorer le refroidissement d'une machine électrique, plus précisément le refroidissement de la partie extérieure du stator. Dans ce but, la présente invention concerne une machine électrique tournante comprenant un rotor, un stator et un dispositif de refroidissement. Le dispositif de refroidissement comprend un canal de circulation d'un liquide caloporteur. Le canal comprend des zones sensiblement circonférentielles, dans lesquelles le canal est subdivisé en plusieurs passages. Le canal comprend en outre des zones sensiblement hélicoïdales, dans lesquelles le canal n'est pas subdivisé. La réalisation de subdivision du canal permet d'augmenter la surface d'échange (donc l'efficacité du système de refroidissement), mais aussi la vitesse du fluide localement, augmentant les coefficients convectifs. Les zones hélicoïdales sans subdivision permettent de limiter les pertes de charge. Ainsi, il est possible de conserver un bon rendement de la machine électrique.
La machine électrique selon l'invention
La présente invention concerne une machine électrique tournante comportant un stator disposé dans un carter, un rotor agencé au sein dudit stator, et un dispositif de refroidissement de la partie externe dudit stator, ledit dispositif de refroidissement étant sensiblement cylindrique et ledit dispositif de refroidissement comprenant un canal de circulation d'un fluide caloporteur agencé autour dudit stator. Ledit canal de circulation dudit fluide caloporteur comprend au moins une zone sensiblement circonférentielle, dans laquelle ledit canal est subdivisé en plusieurs passages, et au moins une zone sensiblement hélicoïdale, dans laquelle ledit canal de circulation du fluide caloporteur n'est pas subdivisé.
Selon un mode de réalisation de l'invention, ledit dispositif de refroidissement comprend une entrée et une sortie dudit fluide caloporteur liées audit canal de circulation du fluide caloporteur, ladite entrée et ladite sortie étant agencées aux extrémités dudit canal de circulation du fluide caloporteur.
Conformément à une mise en œuvre, ledit dispositif de refroidissement comprend une entrée et une sortie dudit fluide caloporteur liées audit canal, ladite entrée et ladite sortie étant agencées sur une génératrice dudit cylindre formé par ledit dispositif de refroidissement.
Avantageusement, ladite au moins une zone sensiblement hélicoïdale est alignée avec ladite entrée et ladite sortie dudit fluide caloporteur.
De préférence, dans ladite zone circonférentielle, le canal est subdivisé en deux passages. Selon un aspect, lesdits passages d'une zone circonférentielle ont une section sensiblement identique et sont sensiblement parallèles entre eux.
Conformément à une caractéristique, ledit canal et lesdits passages sont délimités par des nervures réalisées sur un carter interne dudit dispositif de refroidissement.
De manière avantageuse, ledit dispositif de refroidissement comprend un carter externe ayant une forme tubulaire lisse.
Selon une option de réalisation, ledit canal comprend entre deux et six zones circonférentielles, de préférence trois ou quatre zones circonférentielles.
Conformément à un mode de réalisation, ledit dispositif de refroidissement a une longueur sensiblement égale à la longueur axiale du corps dudit stator.
Selon une mise en œuvre, ledit fluide caloporteur comporte de l'eau.
De préférence, ladite machine électrique est du type à réluctance synchrone.
Présentation succincte des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la machine électrique selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.
La figure 1 , déjà décrite, illustre une machine électrique équipée d'un système de refroidissement selon l'art antérieur.
La figure 2, déjà décrite, illustre un serpentin d'un système de refroidissement d'une machine électrique selon l'art antérieur.
La figure 3 illustre une machine électrique équipée d'un système de refroidissement selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 4 illustre en vue en coupe une machine électrique équipée d'un système de refroidissement selon un mode de réalisation de l'invention.
La figure 5 illustre un carter externe d'un dispositif de refroidissement selon un mode de réalisation de l'invention.
Description détaillée de l'invention
La présente invention concerne une machine électrique tournante, de préférence une machine à réluctance synchrone. La machine électrique comporte :
- un stator disposé dans un carter, le stator peut comprendre un corps de stator supportant des générateurs de flux magnétiques tels que des bobinages, - un rotor agencé au sein du stator, de préférence, le rotor est agencé coaxialement au stator, le rotor comprend des générateurs de flux magnétiques tels que des aimants,
- un dispositif de refroidissement de la partie extérieure du stator, le dispositif de refroidissement est agencé autour du stator, le dispositif de refroidissement comprend un canal de circulation d'un fluide caloporteur, en particulier un liquide caloporteur, par exemple de l'eau, pour refroidir le stator.
De manière classique, les générateurs de flux du stator (bobinages) et du rotor (aimants) permettent de générer un champ magnétique permettant d'entraîner en rotation le rotor en association avec le champ magnétique généré par les aimants et/ou les bobinages du rotor.
Selon un exemple de réalisation, le corps du stator et le corps du rotor peuvent être réalisés par un empilement de tôles. Selon l'invention, le canal du dispositif de refroidissement comporte au moins une zone sensiblement circonférentielle, dans laquelle ledit canal est subdivisé en plusieurs passages. On entend par zone circonférentielle, une zone dans laquelle le fluide caloporteur circule selon une direction sensiblement circonférentielle du dispositif de refroidissement. Ainsi, dans cette zone, la surface d'échange de chaleur est augmentée grâce aux subdivisions, ce qui engendre une augmentation de l'efficacité du dispositif de refroidissement. En outre, dans cette zone, toujours grâce à la subdivision du canal, la vitesse du fluide caloporteur est augmentée, ce qui améliore les coefficients convectifs pour l'échange de chaleur.
En outre, le canal du dispositif de refroidissement comporte au moins une zone sensiblement hélicoïdale, dans laquelle ledit canal n'est pas subdivisé. On entend par zone hélicoïdale, une zone dans laquelle le fluide caloporteur circule selon une direction sensiblement hélicoïdale, c'est-à-dire une direction inclinée par rapport à la direction circonférentielle. Ces zones hélicoïdales sans subdivision permettent de limiter les pertes de charge, à l'endroit où la circulation du fluide est déviée par rapport à la direction circonférentielle.
Ainsi, grâce au dispositif de refroidissement performant selon l'invention, il est possible de conserver un bon rendement de la machine électrique.
Avantageusement, le canal comprend une alternance de zones circonférentielles et de zones hélicoïdales pour former le canal ; les zones hélicoïdales raccordent les zones circonférentielles. Ainsi, le fluide caloporteur, circule successivement dans des passages de faible section selon une direction circonférentielle, puis dans un canal de section plus importante selon une direction inclinée par rapport à la direction circonférentielle. De plus, le dispositif de refroidissement peut comprendre une entrée et une sortie du fluide caloporteur. L'entrée et la sortie sont liées au canal de circulation du fluide caloporteur.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'entrée et la sortie du fluide caloporteur peuvent être agencées aux deux extrémités du canal ; il n'y a pas de portion du canal sans circulation du liquide contrairement à l'art antérieur de la figure 2. Grâce à cette configuration, le fluide caloporteur peut circuler dans la totalité du canal. De cette manière, il y a une meilleure efficacité du dispositif de refroidissement, et toute la surface d'échange disponible est utilisée.
Conformément à une mise en œuvre de l'invention, l'entrée et la sortie du fluide caloporteur sont alignées sur une génératrice du cylindre formé par le dispositif de refroidissement. Ainsi, l'entrée et la sortie du fluide caloporteur sont disposés sur un seul côté de la machine électrique, ce qui facilite le raccordement, et limite l'encombrement.
Selon un aspect de l'invention, au moins une zone hélicoïdale peut être alignée avec l'entrée et la sortie du fluide caloporteur. De préférence, toutes les zones hélicoïdales peuvent être alignées avec l'entrée et la sortie du fluide caloporteur. Ainsi, l'entrée et la sortie sont situées sur une zone hélicoïdale, et de cette manière, le canal est incliné dès l'arrivée du fluide caloporteur. Lorsque l'entrée et la sortie du fluide caloporteur sont situées sur une génératrice du cylindre formé par le dispositif de refroidissement, les zones hélicoïdales peuvent être situées sur cette génératrice.
De manière avantageuse, dans les zones circonférentielles, le canal est subdivisé en deux passages. Alternativement, dans les zones circonférentielles, le canal est subdivisé en trois ou quatre passages.
De préférence, les passages ont une section identique et sont parallèles entre eux.
Ainsi, le fluide caloporteur circule de manière similaire dans chaque passage, favorisant ainsi une homogénéité des échanges de chaleur, ce qui augmente l'efficacité du dispositif de refroidissement et a fortiori celle de la machine électrique. Conformément à un mode de réalisation de l'invention, le canal et les passages peuvent être délimités par des nervures formées sur un carter interne du dispositif de refroidissement. Le carter interne du dispositif de refroidissement a une forme sensiblement cylindrique, avec des nervures agencées sur sa surface extérieure et dirigées vers l'extérieur de la machine électrique. Dans les zones circonférentielles, les nervures sont sensiblement circonférentielles, et dans les zones hélicoïdales, les nervures sont sensiblement hélicoïdales. De plus, le dispositif de refroidissement peut comprendre un carter externe ayant une forme tubulaire lisse. En d'autres termes, le carter externe du dispositif de refroidissement ne comprend aucun relief spécifique pour former le canal. Une fois assemblée, la machine électrique équipée d'un dispositif de refroidissement selon l'invention, peut être similaire à la machine électrique de l'art antérieur illustrée en figure 1 . Par rapport à cette figure, seul le canal 8 a une forme différente.
De manière avantageuse, les carters interne et externe du dispositif de refroidissement peuvent être prévus avec des moyens de fixation de l'un par rapport à l'autre (par exemple par vissage, par filetage, etc.) et avec des moyens d'étanchéités (par exemple par des joints toriques), de façon à fermer le dispositif de refroidissement de manière étanche.
Afin d'optimiser les échanges thermiques, le canal peut comprendre entre deux et six zones circonférentielles. De préférence, le canal peut comprendre trois ou quatre zones circonférentielles.
Selon un aspect de l'invention, le nombre de zones circonférentielles est supérieur au nombre de zones hélicoïdales pour limiter les pertes de charge.
Afin d'optimiser le refroidissement de la machine électrique, le dispositif de refroidissement peut avoir une longueur sensiblement égale à la longueur axiale du corps du stator.
La machine électrique peut être de tout type. En particulier, la machine électrique selon l'invention peut être une machine électrique tournante fermée à réluctance synchrone, aussi appelée synchro-réluctante, notamment une machine électrique tournante fermée à réluctance synchrone, présentant un indice de protection « IP » élevé conformément à la norme EN 60529, typiquement un indice de protection IP67.
La figure 3 illustre, schématiquement et de manière non limitative, une machine électrique 1 selon un mode de réalisation de l'invention. La figure 3 est une vue tridimensionnelle de la machine électrique 1 sans carter externe du dispositif de refroidissement. La machine électrique 1 comprend un carter interne 1 1 du dispositif de refroidissement, un flasque avant 15 et un flasque arrière 16, à l'intérieur desquels sont agencés le rotor et le stator. De préférence, le carter interne 1 1 du dispositif de refroidissement, le flasque avant 15 et le flasque arrière 16 sont fixés de manière étanche. Le carter interne 1 1 du dispositif de refroidissement a sensiblement une forme cylindrique, et comprend un canal 8, une entrée 4 du fluide caloporteur, et une sortie 5 du fluide caloporteur. L'entrée 4 et la sortie 5 du fluide caloporteur sont agencées sur une génératrice du carter interne 1 1 du dispositif de refroidissement. Le canal 8 est constitué de zones circonférentielles et de zones hélicoïdales 12. Les zones hélicoïdales 12 sont agencées sur la génératrice du carter interne 1 1 du dispositif de refroidissement qui relie l'entrée 4 et la sortie 5 du fluide caloporteur. Au sein des zones circonférentielles, le canal 8 est subdivisé en deux passages 13. Au sein des zones hélicoïdales 12, le canal 8 n'est pas subdivisé. Le canal 8 et les passages 13 sont délimités par des nervures 14 formées sur le carter interne 1 1 du dispositif de refroidissement. La figure 4 illustre, schématiquement et de manière non limitative, une machine électrique 1 selon le mode de réalisation de la figure 3. La figure 4 est une vue en coupe de la machine électrique 1 . La machine électrique 1 comprend un stator 6, un rotor 7 agencé coaxialement au sein du stator 6, un dispositif de refroidissement agencé autour du stator 6, un flasque avant 15 et un flasque arrière 16. De préférence, le carter interne 1 1 du dispositif de refroidissement, le flasque avant 15 et le flasque arrière 16 sont fixés de manière étanche. Tel que représenté, le carter interne 1 1 et les deux flasques 15 et 16 peuvent être fixés au moyen de vis. Le dispositif de refroidissement, sensiblement cylindrique, comprend un carter interne 1 1 , un canal, un carter externe 19, une entrée 4 du fluide caloporteur, une sortie 5 du fluide caloporteur. Le canal est constitué de zones hélicoïdales 12 (non subdivisées) et de zones circonférentielles, dans lesquelles le canal est subdivisé en deux passages 13. Sur cette figure, les zones hélicoïdales 12 sont situées dans la partie supérieure de la machine électrique, entre l'entrée 4 et la sortie 5 du fluide caloporteur. Le dispositif de refroidissement permet des échanges thermiques sur une surface d'échange 17 (zone hachurée) qui couvre le corps du stator 6 ainsi que les têtes de bobines 18 du stator 6. Cette surface d'échange 17 permet notamment le refroidissement de la culasse externe 20 du stator 6, qui comporte les bobinages.
La figure 5 illustre, schématiquement et de manière non limitative, un carter externe 19 pour un dispositif de refroidissement d'une machine électrique selon le mode de réalisation des figures 3 et 4. Le carter externe 19 a sensiblement une forme tubulaire. Le carter externe 19 du dispositif de refroidissement comprend un surface interne 23 lisse, c'est-à-dire sans relief spécifique. En outre, le carter externe 19 du dispositif de refroidissement comprend deux orifices 21 et 22. L'orifice 21 est prévu pour l'entrée du fluide caloporteur, et l'orifice 22 est prévu pour la sortie du fluide caloporteur.

Claims

Revendications
1 ) Machine électrique tournante comportant un stator (6) disposé dans un carter, un rotor
(7) agencé au sein dudit stator (6), et un dispositif de refroidissement de la partie externe dudit stator (6), ledit dispositif de refroidissement étant sensiblement cylindrique et ledit dispositif de refroidissement comprenant un canal (8) de circulation d'un fluide caloporteur agencé autour dudit stator (6), caractérisée en ce que ledit canal (8) de circulation dudit fluide caloporteur comprend au moins une zone sensiblement circonférentielle, dans laquelle ledit canal (8) est subdivisé en plusieurs passages (13), et au moins une zone sensiblement hélicoïdale (12), dans laquelle ledit canal (8) de circulation du fluide caloporteur n'est pas subdivisé.
2) Machine électrique selon la revendication 1 , dans laquelle ledit dispositif de refroidissement comprend une entrée (4) et une sortie (5) dudit fluide caloporteur liées audit canal (8) de circulation du fluide caloporteur, ladite entrée (4) et ladite sortie (5) étant agencées aux extrémités dudit canal (8) de circulation du fluide caloporteur.
3) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit dispositif de refroidissement comprend une entrée (4) et une sortie (5) dudit fluide caloporteur liées audit canal (8), ladite entrée (4) et ladite sortie (5) étant agencées sur une génératrice dudit cylindre formé par ledit dispositif de refroidissement.
4) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite au moins une zone sensiblement hélicoïdale (12) est alignée avec ladite entrée (4) et ladite sortie (5) dudit fluide caloporteur.
5) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle dans ladite zone circonférentielle, le canal (8) est subdivisé en deux passages (13).
6) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle lesdits passages (13) d'une zone circonférentielle ont une section sensiblement identique et sont sensiblement parallèles entre eux.
7) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit canal
(8) et lesdits passages (13) sont délimités par des nervures (14) réalisées sur un carter interne (1 1 ) dudit dispositif de refroidissement. 8) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit dispositif de refroidissement comprend un carter externe (19) ayant une forme tubulaire lisse. 9) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit canal (8) comprend entre deux et six zones circonférentielles, de préférence trois ou quatre zones circonférentielles.
10) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit dispositif de refroidissement a une longueur sensiblement égale à la longueur axiale du corps dudit stator (6).
1 1 ) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit fluide caloporteur comporte de l'eau.
12) Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ladite machine électrique (1 ) est du type à réluctance synchrone.
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