WO2021001180A1 - Machine tournante électrique comportant un circuit interne de refroidissement du rotor - Google Patents

Machine tournante électrique comportant un circuit interne de refroidissement du rotor Download PDF

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WO2021001180A1
WO2021001180A1 PCT/EP2020/067219 EP2020067219W WO2021001180A1 WO 2021001180 A1 WO2021001180 A1 WO 2021001180A1 EP 2020067219 W EP2020067219 W EP 2020067219W WO 2021001180 A1 WO2021001180 A1 WO 2021001180A1
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WO
WIPO (PCT)
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stator
rotor
circuit
fan
casing
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/067219
Other languages
English (en)
Inventor
Matthieu BOIRLAUD
Original Assignee
Moteurs Leroy-Somer
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Priority to EP20733298.2A priority Critical patent/EP3994789A1/fr
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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/08—Arrangements for cooling or ventilating by gaseous cooling medium circulating wholly within the machine casing
    • 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 electrical rotating machines, and more particularly to so-called closed electrical rotating machines, that is to say without air circulation between the interior of the machine along the rotor and the exterior.
  • These may in particular be electric generators or electric motors.
  • Closed machines are not cooled directly by the ambient air but by a cooling fluid, usually in liquid form, circulating within a casing in physical contact with the stator and cooling it.
  • Closed electric rotating machines cooled by a main cooling circuit have separate cooling mechanisms for the stator and for the rotor.
  • a known stator cooling solution consists in circulating a primary cooling fluid inside the carcass itself.
  • the coolant then exchanges heat with the carcass.
  • the heat is transmitted by conduction to the outer surface of the stator, the latter being in direct physical contact with the inner surface of the casing.
  • conduction heat transfer occurs in the stator up to the stator winding.
  • the thermal contact resistance between the frame and the stator tends to limit the extent of heat transfer.
  • Cooling according to this method is relatively inefficient because of the low air movement speeds and the absence of a cold source.
  • US Pat. No. 8,519,580 describes an electric machine comprising a rotor cooling circuit which is contained in the machine.
  • the solution disclosed cannot achieve optimum cooling of the rotor without requiring complex construction arrangements.
  • the air in the rotor cooling circuit is cooled only by contact with the stator, by circulating within stator channels.
  • the stator sheets being made of steel, the latter do not conduct heat efficiently.
  • the invention aims to at least partially meet this need.
  • the invention relates to a rotating electrical machine, comprising:
  • a casing comprising a primary cooling circuit by circulation of a cooling fluid
  • stator arranged inside the casing and preferably in thermal contact with it
  • a secondary cooling circuit comprising at least one fan for generating a forced circulation in a closed circuit of a secondary fluid, preferably a gas, in thermal contact with the rotor, this secondary fluid being cooled by the primary circuit.
  • the secondary circuit is arranged radially inside relative to the primary circuit.
  • the fluid which circulates in the secondary circuit does not reach the outside of the carcass, but always remains radially inside the primary circuit. This results in greater compactness and the production of sealing at the interface between the carcass and the channels outside the latter of the previous solution is avoided. The reliability of the machine according to the invention is thereby enhanced.
  • thermal contact it should be understood that there can be a significant thermal transfer between the two elements in thermal contact, when their temperatures are different. This thermal contact can be achieved by direct physical contact between the two elements, possibly with the presence of thermal paste, or by the interposition of a third heat conducting element between the two.
  • the machine thus comprises a secondary rotor cooling circuit, which is contained inside the frame of the machine, and the coolant of which is cooled by the primary stator cooling circuit by thermal contact with the stator and / or the carcass as it travels along the stator and / or the carcass.
  • the invention allows efficient cooling of the rotor, thanks to the forced circulation of the secondary fluid which is cooled by the primary cooling circuit.
  • the carcass and the stator are separated by at least one separator forming a spacer, the at least one separator being inserted into a groove formed in the carcass and / or the stator.
  • the invention advantageously makes it possible to facilitate the positioning of the separators. In addition, it improves the mechanical strength of the assembly.
  • the coolant of the primary circuit is a liquid, for example an oil or water, optionally added with an additive such as an antifreeze for example.
  • the secondary fluid forced into circulation by the fan is preferably in gaseous form, more preferably air, but could be other.
  • the fan is driven in rotation by the rotor, being for example carried by the shaft thereof and rotating at the same speed as the rotor.
  • the fan has its own motor, and for example rotates relatively to the rotor shaft.
  • the machine comprises two fans, each arranged on one side of the rotor along the longitudinal axis. Each fan may or may not be of different shape and size.
  • the rotor comprises at least one internal rotor channel through which the secondary fluid circulated forced by the fan.
  • said inner rotor channel is produced within a packet of rotor sheets.
  • the rotor sheets can be cut with openings to form internal channels allowing the rotor to be cooled.
  • internal rotor channel is understood to mean a channel whose walls are defined solely by the rotor.
  • the circulation of the secondary fluid in a closed loop can be done on the way through the rotor and back through the stator and / or the casing or in one or more passages between the two.
  • the stator When the fluid forced into circulation by the fan circulates at least in part through the stator, the latter may include at least one stator internal channel through which the fluid passes.
  • stator internal channel is meant a channel whose walls are defined only by the stator.
  • said inner stator channel is produced within a package of stator sheets, for example using openings formed during the cutting of the sheets.
  • stator inner channels are arranged near the outer surface of the stator, in particular at a distance less than 50% of the thickness of the stator yoke.
  • the internal stator channels are dimensioned so that the secondary fluid can circulate with a sufficient flow rate for adequate cooling of the rotor, without however the passage of the magnetic flux in the stator sheets being significantly affected.
  • the carcass comprises at least one internal channel through which the secondary fluid circulated forced by the fan.
  • the fluid circulating in an internal channel of the carcass is cooled by the primary cooling circuit.
  • the cooling of the fluid can be more efficient in an internal channel of the carcass than in an internal channel of the stator, the carcass being preferably made of aluminum or an aluminum alloy, or even another metal or metal alloy which better conducts the heat than the steel of the stator sheets.
  • the fluid can circulate in the casing at a shorter distance from the primary cooling circuit.
  • the circulation of the secondary fluid in the carcass supposes to provide one or more passages allowing the fluid to reach the carcass from the rotor and to return to the fan, or vice versa.
  • This or these passage (s) can be made within the stator and / or the carcass.
  • the internal channels of the carcass are dimensioned so that the secondary fluid can circulate with a sufficient flow rate for adequate cooling of the rotor, while keeping the carcass sufficient mechanical strength.
  • the outer surface of the stator and the inner surface of the casing define between them at least one channel through which the secondary fluid circulated forced by the fan.
  • the facing surfaces of the carcass and the stator may include channels formed recessed in at least one of the stator and the carcass.
  • the carcass and the stator can be separated by at least one separator forming a spacer, better still by a plurality of separators, two adjacent separators forming with the outer surface of the stator and the inner surface of the carcass a channel through which the secondary fluid circulated. forced by the fan.
  • the separators extend for example longitudinally by being evenly distributed angularly around the axis of rotation of the machine.
  • the separators are dimensioned so that they do not unduly increase the size of the rotating machine, while allowing sufficient secondary fluid flow to be provided to adequately cool the rotor.
  • the separator or separators are preferably made of a material that is a good thermal conductor, such as a metal, without this being imperative.
  • the presence of one or more separators can be combined with the presence of channels formed recessed on at least one of the stator and of the carcass.
  • the separators can include, where appropriate, at least one internal separator channel through which the secondary fluid circulated forced by the fan.
  • the rotor shaft is mounted on a bearing, the latter being in thermal contact with the secondary fluid.
  • the secondary cooling circuit also makes it possible to cool the bearing of the machine, on the side opposite to the mechanical coupling, for example by being placed in the air flow of the secondary circuit. This advantageously makes it possible to extend the life of the bearing.
  • the rotating machine is an electric rotating machine operating in generator mode. Alternatively, it is an electric rotating machine operating in motor mode.
  • the motor can be synchronous or asynchronous.
  • Figure 1 is a schematic and partial view in cross section of a rotating machine according to the invention.
  • FIG 2 shows a detail of an embodiment of a cooling channel of the machine of Figure 1;
  • Figure 3 is partial and schematic axial section of the rotary machine of Figure 1;
  • Figure 4 is a partial and schematic perspective view of a rotary machine according to the invention, some faces of the carcass not being shown;
  • FIG 5 is a perspective view illustrating an embodiment of a stator according to the invention.
  • Figure 6 illustrates an alternative stator;
  • FIG. 7 Figures 7 to 13 show variants of stators
  • FIG. 7 to 13 show variants of stators
  • FIG. 7 to 13 show variants of stators
  • FIG. 7 to 13 show variants of stators
  • FIG. 7 to 13 show variants of stators
  • FIG. 7 to 13 show variants of stators
  • FIG. 7 to 13 show variants of stators
  • Figure 14 shows an example of a carcass according to the invention
  • Figure 15 is a cross-sectional view of the carcass of Figure 14;
  • Figure 16 is a perspective view of the carcass of Figure 14;
  • Figure 17 shows the frame of Figure 14, the stator being mounted in the latter;
  • FIG 18 Figures 18 to 21 illustrate alternative embodiments of a carcass according to the invention
  • FIG 19 Figures 18 to 21 illustrate alternative embodiments of a carcass according to the invention
  • FIG 20 Figures 18 to 21 illustrate alternative embodiments of a carcass according to the invention
  • FIG 21 Figures 18 to 21 illustrate alternative embodiments of a carcass according to the invention
  • FIG 22 Figures 22 to 24 show carcasses and a stators according to alternative embodiments of the invention.
  • FIG 23 Figures 22 to 24 show carcasses and a stators according to alternative embodiments of the invention.
  • FIGs 22 to 24 show carcasses and a stators according to alternative embodiments of the invention.
  • FIG 25 shows a detail of Figure 24
  • FIG. 26 Figures 26 to 32 show variants of carcasses and stators according to the invention
  • Figures 26 to 32 represent variants of carcasses and stators according to the invention
  • Figures 26 to 32 represent variants of carcasses and stators according to the invention
  • Figures 26 to 32 show variants of carcasses and stators according to the invention.
  • Figures 26 to 32 show variants of carcasses and stators according to the invention
  • Figures 26 to 32 show variants of carcasses and stators according to the invention
  • FIG. 26 to 32 show variants of carcasses and stators according to the invention
  • FIG 33 shows a detail of the embodiment illustrated in Figure 30;
  • Figure 34 shows a frame and a stator separated by a plurality of separators according to an alternative embodiment of the invention
  • Figure 35 shows the frame and stator of Figure 34
  • Figure 36 shows the separators of Figure 34
  • Figure 37 is a sectional view of the machine of Figure 34;
  • Fig. 38 shows a detail of the embodiment of an alternative embodiment where the frame and the stator are separated by a plurality of separators;
  • Figure 39 shows a detail of the embodiment of Figure 34.
  • This machine 1 comprises a carcass 3 which seals off the machine. Inside this casing 3 are arranged a stator 5 and a rotor 7 carried by a shaft 9. The stator 5 is fixed relative to the casing 3, while the rotor 7 rotates with the shaft 9 around a axis of rotation which is a longitudinal axis for the machine.
  • the carcass 3 has a length along the longitudinal axis greater than that of the stator 5. It is also conceivable that the carcass 3 is of the same length as the stator 5.
  • the machine has no external channels attached to the carcass 3.
  • the machine 1 also comprises a fan 11 disposed inside the machine 1.
  • This fan 11 is in the example considered a turbine driven in rotation by the rotor 7.
  • the fan 11 can be any type of mechanical device allowing to raise the fluid pressure internal to the machine 1, and thus making it possible to create a forced circulation of fluid.
  • a primary cooling circuit 13 is provided in the casing 3.
  • the fluid circulating in the primary circuit 13, which is preferably a liquid, makes it possible to cool the casing 3 as well as the stator 5, the latter being in thermal contact with the casing. 3.
  • stator 5 is in physical contact with the carcass 3, the carcass 3 being for example force-mounted on the stator 5.
  • the stator 5 comprises a plurality of teeth 15 defining notches for receiving the stator windings 17, in a conventional manner, the invention not being limited to a particular technology for producing the stator winding.
  • the rotor 7 can be of any type, cage, wound or permanent magnets.
  • the rotor 7 comprises a plurality of permanent magnets 19 intended to interact magnetically with the magnetic circuit of the stator 5.
  • a secondary rotor cooling circuit entirely housed within the machine 1, allows the secondary fluid set in motion by the fan 11 to circulate in a closed loop in order to cool the rotor.
  • This secondary circuit comprises a plurality of internal rotor channels 21.
  • the rotor inner channels 21 may extend parallel to the longitudinal axis of the machine 1 all along the rotor and have a constant section, for example of trapezoidal, rectangular or circular shape.
  • the channels 21 are arranged radially between the permanent magnets 19 and the shaft 9.
  • this circuit also comprises a plurality of intermediate channels 27 located between the stator 5 and the frame 3.
  • the intermediate channels 27 may have a constant cross section and extend parallel to the axis of rotation of the rotor 7, respectively all along the rotor and all along the stator.
  • the intermediate channels 27 can be formed between grooves 26 cut in the outer surface of the stator 5 on the one hand, and by the inner surface of the casing 3 opposite on the other hand. These grooves can for example be produced by cutting the sheets from the pack of sheets constituting the stator 5.
  • Figures 3 and 4 illustrate by arrows the direction of circulation of the secondary fluid in the cooling circuit of the rotor.
  • the secondary fluid leaving the fan 11, first passes through an interior space 33 delimited by the internal walls of the machine 1, the fan 11, the coils 17 and the stator 5.
  • the secondary fluid passes over the heads 35 coils before entering the intermediate channel 27.
  • the secondary fluid is cooled by thermal contact with the stator 5 and the casing 3, in which circulates the fluid of the primary circuit 13.
  • the fluid secondary opens onto a second interior space 37, delimited by the internal walls of the machine 1, the stator 5, the windings 17 and the rotor 7.
  • the secondary fluid then enters the rotor channels 21, where it exchanges heat with the rotor 7 to cool the latter.
  • the secondary fluid then returns to the fan 11 where a new cycle starts.
  • the shaft 9 is mounted on a bearing 10.
  • this bearing 10 is in thermal contact with the secondary fluid during its circulation in the cooling circuit of the rotor, being exposed to the flow of secondary fluid.
  • the primary circuit 13 can be shaped as a single channel which occupies most of the volume of the casing 3 in order to maximize the heat exchanges of the primary coolant.
  • This single channel has a plurality of channel sections 12 which each run around the circumference of the carcass in a circumferential direction.
  • Each channel section 12 is fluidly connected to adjacent channel sections by a baffle passage 14. Two adjacent sections share a common wall.
  • the primary circuit fluid can enter the casing 3 through opening 16 and exit through opening 18. It can be set in motion by an external fluid circulation pump, not shown. It passes through an external heat exchanger, not shown, configured to cool it.
  • the primary circuit can also cool a drive of the machine, not shown.
  • FIGS 6 to 13 illustrate in cross section several alternative embodiments.
  • the secondary fluid circulation channels can be formed in the stator and / or on the external surface of the stator. In the first case, they form internal stator channels 23; in the second case, they form, in cooperation with the internal surface of the carcass 3, intermediate channels 27.
  • stator inner channels 23 are provided, they are preferably arranged near the outer surface of the stator, in particular at a distance from the outer surface of less than 50% of the thickness e of the stator yoke.
  • the grooves 26 are formed on the outer surface of the stator 5, that is to say on the surface of the stator opposite the teeth 15 defining notches for receiving the stator windings.
  • the cross section of the grooves 26 is shaped in the shape of a semi-circle, the diameter of which is greater than the width of the ridges 39 separating two adjacent grooves.
  • the stator 5 comprises stator channels 23 of rectangular section arranged in close proximity to the outer surface of the stator. Thus, only a thin sheet metal separates the channels 23 from the surface.
  • FIGS. 14 to 16 represent a carcass 3 whose internal surface comprises a plurality of grooves 28 whose walls form, in cooperation with the external surface of the stator 5, intermediate channels 27.
  • Figure 17 shows an assembly consisting of a casing 3 as illustrated in Figures 14 to 16 and a stator 5 comprising grooves 26 on its outer surface.
  • the grooves of the carcass 28 and those of the rotor 26 are arranged so as to face each other and together define the intermediate channels 27.
  • the casing 3 comprises internal channels 25 intended for the circulation of the fluid of the secondary circuit.
  • FIGS. 22 to 28 represent different embodiments of the invention in which the carcass 3 and / or the stator 5 define the cooling channels for the secondary fluid. It is not necessary, within the framework of the invention, for the stator 5 and the casing 3 to be in direct physical contact. Indeed, the cooling of the stator by the primary circuit 13 can be achieved without physical contact: it suffices that there is sufficient thermal contact between these two elements.
  • Figures 29 to 33 illustrate different examples of machines in which the frame and the stator are separated by a plurality of separators 31.
  • the separators 31 are arranged between the interior surface of the frame 3 and the exterior surface of the stator 5 and extend preferably all along the stator 5. It is also conceivable that the separators 31 have a shorter length than that of the stator 5.
  • the walls of two adjacent separators define, in cooperation with the interior surface of the carcass 3 and the exterior surface of the stator 5, an intermediate channel 27 allowing the circulation of the fluid of the secondary circuit.
  • the stator 5 also comprises stator channels 23, in a number equal to that of the intermediate channels 27.
  • the channels 23 and 27 are distributed equiangularly, but they could also be distributed unevenly.
  • the stator channels 23 are arranged with an angular offset relative to the intermediate channels 27, so that a part of each stator channel 23 is located opposite a separator 31.
  • the carcass has channels 25 equal in number to that of the intermediate channels 27.
  • the channels 25 and 27 are distributed equiangularly, but they could also be distributed unevenly.
  • the channels 25 are arranged with a slight angular offset from the intermediate channels 27, so that a part of each intermediate channel 27 is located opposite a solid area of the carcass 3.
  • the channel of the primary circuit 13 of the casing 3 is disposed radially outside the channels of the casing 25 for circulating the secondary fluid.
  • the fluid of the primary circuit 13 circulates in a circumferential direction, that is to say in a direction orthogonal to the direction of circulation of the secondary fluid in the channels 23, 25, 27. It could also circulate in a direction parallel to the channel. direction of circulation of the secondary fluid, or in any other direction.
  • the separators 31 are made of a metal or any other material that is a good conductor of heat.
  • the separators 31 may also consist of a stack of two or more layers of different thermal conductive materials. For example, there is a better thermal conductor on the side of the separator in contact with the carcass than on the side of the separator in contact with the stator. This advantageously makes it possible to limit the amount of material of the best thermal conductor, which can be expensive. This also makes it possible to preferentially cool the secondary fluid rather than the stator.
  • the separators 31 can be fixed to the stator and / or to the carcass, and this by any type of process, for example by welding, brazing, screwing or shrinking. These fixing methods are given by way of example and are not exhaustive.
  • the separators 31 are inserted into grooves formed in the casing or the stator, which can facilitate the positioning of the separators and improve the mechanical strength of the 'set obtained.
  • the separators 31 have internal channels 29.
  • the secondary fluid can thus circulate both in the intermediate channels 27 between two adjacent separators and in the internal channels 29 of the separators 31.
  • the invention is not limited to particular geometries, in particular to particular cross sections, internal stator channels 23, internal carcass channels 25, intermediate channels 27 or internal separator channels 29.
  • These channels are for example of round, oval, rectangular, semicircular or even triangular section.
  • the invention is also not limited to a particular number, to a particular angular distribution or to a particular radial distribution of the internal stator channels 23, the internal carcass channels 25, the intermediate channels 27 or the internal separator channels 29. . It is possible to increase the heat exchanges of the fluid of the secondary circuit with the stator and / or the carcass by producing local disturbances of the flow, for example by placing baffles or other deviations on the path of the secondary fluid.

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Abstract

Machine tournante électrique comportant un circuit interne de refroidissement du rotor Machine électrique tournante (1), comportant : - une carcasse (3) comportant un circuit de refroidissement primaire (13) par circulation d'un fluide de refroidissement, - un stator (5) disposé à l'intérieur de la carcasse et de préférence en contact thermique avec celle-ci, - un rotor (7), - un circuit secondaire de refroidissement, comportant au moins un ventilateur (11) pour générer une circulation forcée en circuit fermé d'un fluide secondaire en contact thermique avec le rotor, ce fluide secondaire étant refroidi par le circuit primaire, le circuit secondaire étant disposé d'une façon radialement intérieure par rapport au circuit primaire, la carcasse et le stator étant séparés par au moins un séparateur (31) formant entretoise, l'au moins un séparateur étant inséré dans un aménagement formé dans la carcasse et/ou le stator.

Description

Description
Titre : Machine tournante électrique comportant un circuit interne de refroidissement du rotor
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des machines tournantes électriques, et plus particulièrement les machines tournantes électriques dites fermées, c’est-à-dire sans circulation d’air entre l’intérieur de la machine le long du rotor et l’extérieur.
Il peut notamment s’agir de générateurs électriques ou de moteurs électriques.
Technique antérieure
Les machines fermées ne sont pas refroidies directement par l’air ambiant mais par un fluide de refroidissement, généralement sous forme liquide, circulant au sein d’une carcasse en contact physique avec le stator et refroidissant celui-ci.
Les machines tournantes électriques fermées et refroidies par un circuit principal de refroidissement comportent des mécanismes de refroidissement distincts pour le stator et pour le rotor.
Ainsi, une solution de refroidissement du stator connue consiste à faire circuler un fluide primaire de refroidissement à l’intérieur même de la carcasse. Le fluide de refroidissement échange alors de la chaleur avec la carcasse. La chaleur est transmise par conduction jusqu’à la surface externe du stator, ce dernier étant en contact physique direct avec la surface interne de la carcasse. Enfin, un transfert de chaleur par conduction se produit dans le stator jusqu’au niveau du bobinage du stator.
La résistance thermique de contact entre la carcasse et le stator tend à limiter l’ampleur du transfert thermique.
En ce qui concerne le refroidissement du rotor, il est connu d’utiliser le fluide présent à l’intérieur de la machine fermée, sans le faire circuler. Ce fluide, en général de l’air, échange en effet de la chaleur avec les parties solides du rotor sous la forme de transferts convectifs. L’air peut être brassé par le mouvement de rotation de pièces fixées au rotor à cet effet. Dans une moindre mesure, le rotor échange également de la chaleur avec les parois internes du stator par rayonnement.
Le refroidissement selon cette méthode s’avère relativement peu efficace en raison des faibles vitesses de déplacement de l’air et de l’absence de source froide. Le brevet US 8519580 décrit une machine électrique comportant un circuit de refroidissement du rotor qui est contenu dans la machine. Cependant, en l’absence d’une circulation d’un fluide de refroidissement dans la carcasse de la machine, la solution divulguée ne peut pas permettre d’obtenir un refroidissement optimal du rotor sans nécessiter des arrangements de construction complexes. De plus, l’air du circuit de refroidissement du rotor n’est refroidi que par contact avec le stator, en circulant au sein de canaux statoriques. Or les tôles du stator étant fabriquées en acier, ces dernières ne conduisent pas la chaleur de manière efficace.
Il est par ailleurs connu de la demande US 2017/0033641 Al de prévoir des canaux extérieurs longeant la carcasse, dans lesquels circule un fluide de refroidissement. Cependant, la présence de canaux à l’extérieur de la carcasse entraîne un encombrement de la machine plus important. La conception de la machine en est également rendue plus complexe, notamment en raison de la présence de matière supplémentaire pour former les canaux externes et en raison de la difficulté d’assurer l’étanchéité d’un circuit comportant des canaux externes.
Il existe un besoin pour perfectionner les machines tournantes électriques fermées, afin notamment d’améliorer l’efficacité du refroidissement tout en conservant à la machine une forte compacité, et ce quels que soient le type de bobinage et les gammes de tension, de puissance ou de vitesse considérés.
L’invention vise à répondre au moins en partie à ce besoin.
Exposé de l’invention
Pour ce faire, l’invention a pour objet une machine électrique tournante, comportant :
une carcasse comportant un circuit de refroidissement primaire par circulation d’un fluide de refroidissement,
un stator disposé à l’intérieur de la carcasse et de préférence en contact thermique avec celle-ci,
un rotor,
un circuit secondaire de refroidissement, comportant au moins un ventilateur pour générer une circulation forcée en circuit fermé d’un fluide secondaire, de préférence un gaz, en contact thermique avec le rotor, ce fluide secondaire étant refroidi par le circuit primaire. Avantageusement, le circuit secondaire est disposé d’une façon radialement intérieure par rapport au circuit primaire. Autrement dit, le fluide qui circule dans le circuit secondaire n’atteint pas l’extérieur de la carcasse, mais reste toujours radialement intérieur au circuit primaire. Il en résulte une plus grande compacité et l’on évite la réalisation de l’étanchéité à l’interface entre la carcasse et les canaux extérieurs à celle-ci de la solution antérieure. La fiabilité de la machine selon l’invention s’en trouve renforcée.
Par « contact thermique », il faut comprendre qu’il peut exister un transfert thermique significatif entre les deux éléments en contact thermique, lorsque leurs températures sont différentes. Ce contact thermique peut être réalisé par un contact physique direct entre les deux éléments, avec éventuellement présence d’une pâte thermique, ou par l’interposition d’un troisième élément conducteur de chaleur entre les deux.
La machine comporte ainsi un circuit secondaire de refroidissement du rotor, qui est contenu à l’intérieur de la carcasse de la machine, et dont le fluide caloporteur est refroidi par le circuit primaire de refroidissement du stator par contact thermique avec le stator et/ou la carcasse lors de son trajet le long du stator et/ou de la carcasse. L’invention permet un refroidissement efficace du rotor, grâce à la circulation forcée du fluide secondaire qui est refroidi par le circuit de refroidissement primaire.
De plus, grâce à l’invention, il n’est pas nécessaire de prévoir des canaux sur l’extérieur de la carcasse, comme mentionné ci-dessus. Il suffit de prévoir des aménagements dans le stator et/ou dans la carcasse, et/ou des séparateurs agencés entre le stator et la carcasse pour ménager un ou plusieurs canaux de passage du fluide secondaire circulant en boucle fermée à l’intérieur de la machine, mis en circulation par le ventilateur.
Selon un mode de réalisation particulier, la carcasse et le stator sont séparés par au moins un séparateur formant entretoise, l’au moins un séparateur étant inséré dans un sillon formé dans la carcasse et/ou le stator.
Comme les séparateurs formant entretoise entre la carcasse et le stator sont insérés dans des sillons formés dans la carcasse et/ou dans le stator, l’invention permet de manière avantageuse de faciliter le positionnement des séparateurs. De plus, cela permet d’améliorer la tenue mécanique de l’ensemble.
De préférence, le fluide de refroidissement du circuit primaire est un liquide, par exemple une huile ou de l’eau, additionnée le cas échéant d’un additif tel qu’un antigel par exemple. Le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur est de préférence sous forme gazeuse, de préférence encore de l’air, mais pourrait être autre. Selon un mode de réalisation particulier, le ventilateur est entraîné en rotation par le rotor, étant par exemple porté par l’arbre de celui-ci et tournant à la même vitesse que le rotor. En variante, le ventilateur dispose de son propre moteur, et par exemple tourne relativement à l’arbre du rotor. En variante encore, la machine comporte deux ventilateurs, agencés chacun d’un côté du rotor selon l’axe longitudinal. Chaque ventilateur peut ou non être de forme et de dimensions distinctes.
Dans des exemples de réalisation, le rotor comporte au moins un canal intérieur rotorique parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur. De préférence, ledit canal intérieur rotorique est réalisé au sein d’un paquet de tôles du rotor. En particulier, les tôles du rotor peuvent être découpées avec des ouvertures pour former des canaux intérieurs permettant de refroidir le rotor.
Par « canal intérieur rotorique», on entend un canal dont les parois sont définies uniquement par le rotor.
La circulation du fluide secondaire en boucle fermée peut se faire à l’aller à travers le rotor et au retour à travers le stator et/ou la carcasse ou dans un ou plusieurs passages ménagés entre les deux.
Lorsque le fluide mis en circulation forcée par le ventilateur circule au moins en partie à travers le stator, ce dernier peut comporter au moins un canal intérieur statorique parcouru par le fluide.
Par « canal intérieur statorique », on entend un canal dont les parois sont définies uniquement par le stator.
De préférence, ledit canal intérieur statorique est réalisé au sein d’un paquet de tôles statoriques, par exemple à l’aide d’ouvertures formées lors de la découpe des tôles.
Le stator étant en contact thermique avec la carcasse refroidie, le fluide circulant dans un canal intérieur statorique est refroidi par le circuit de refroidissement primaire. De préférence, les canaux intérieurs statoriques sont disposés à proximité de la surface extérieure du stator, en particulier à une distance inférieure à 50 % de l’épaisseur de la culasse du stator.
De préférence, les canaux intérieurs statoriques sont dimensionnés de manière à ce que le fluide secondaire puisse circuler avec un débit suffisant pour un refroidissement adéquat du rotor, sans pour autant que le passage du flux magnétique dans les tôles du stator ne soit affecté de manière significative. Dans un exemple de réalisation, la carcasse comporte au moins un canal intérieur parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur. Ainsi, le fluide circulant dans un canal intérieur de la carcasse est refroidi par le circuit de refroidissement primaire. Le refroidissement du fluide peut être plus efficace dans un canal intérieur de la carcasse que dans un canal intérieur du stator, la carcasse étant préférentiellement réalisée en aluminium ou en alliage d’aluminium, ou encore en un autre métal ou alliage métallique qui conduit mieux la chaleur que l’acier des tôles statoriques. En outre, le fluide peut circuler dans la carcasse à une moindre distance du circuit primaire de refroidissement. La circulation du fluide secondaire dans la carcasse suppose de ménager un ou plusieurs passages permettant au fluide de gagner la carcasse depuis le rotor et de revenir vers le ventilateur, ou inversement. Ce ou ces passages peuvent être réalisés au sein du stator et/ou de la carcasse. De préférence, on dimensionne les canaux intérieurs de la carcasse de manière à ce que le fluide secondaire puisse circuler avec un débit suffisant pour un refroidissement adéquat du rotor, tout en gardant à la carcasse une tenue mécanique suffisante.
Dans un exemple de réalisation, la surface extérieure du stator et la surface intérieure de la carcasse définissent entre elles au moins un canal parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur. Les surfaces en regard de la carcasse et du stator peuvent comporter des canaux formés en creux dans l’un au moins du stator et de la carcasse.
La carcasse et le stator peuvent être séparés par au moins un séparateur formant entretoise, mieux par une pluralité de séparateurs, deux séparateurs adjacents formant avec la surface extérieure du stator et la surface intérieure de la carcasse un canal parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur. Les séparateurs s’étendent par exemple longitudinalement en étant équirépartis angulairement autour de l’axe de rotation de la machine.
De préférence, les séparateurs sont dimensionnés de manière à ce qu’ils n’accroissent pas outre mesure l’encombrement de la machine tournante, tout en permettant d’assurer un débit de fluide secondaire suffisant pour refroidir le rotor de manière adéquate.
Le ou les séparateurs sont préférentiellement réalisés en un matériau bon conducteur thermique, tel qu’un métal, sans que cela ne soit impératif.
La présence d’un ou plusieurs séparateurs peut se combiner à la présence de canaux formés en creux sur l’un au moins du stator et de la carcasse. Les séparateurs peuvent comporter, le cas échéant, au moins un canal intérieur de séparateur parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
La combinaison dans une même machine de plusieurs types de canaux de refroidissement du fluide secondaire, par exemple canal intérieur statorique et/ou canal intérieur à la carcasse et/ou canal intermédiaire entre le stator et la carcasse et/ou canal intérieur au séparateur, permet d’augmenter le nombre de canaux et donc, à débit de fluide constant, de diminuer les dimensions des canaux individuels. Cela permet avantageusement de minimiser l’influence des canaux de refroidissement du fluide secondaire sur les performances magnétiques et sur la tenue mécanique de la machine.
Dans un exemple de réalisation, l’arbre du rotor est monté sur un roulement, ce dernier étant en contact thermique avec le fluide secondaire. Ainsi, de manière avantageuse, le circuit secondaire de refroidissement permet également de refroidir le roulement de la machine, du côté opposé à l’accouplement mécanique, par exemple en étant placé dans le flux d’air du circuit secondaire. Cela permet avantageusement de prolonger la durée de vie du roulement. Dans un exemple de réalisation de l’invention, la machine tournante est une machine tournante électrique fonctionnant en mode générateur. En variante, il s’agit d’une machine tournante électrique fonctionnant en mode moteur. Le moteur peut être synchrone ou asynchrone.
Brève description des dessins
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
[Fig 1] la figure 1 est une vue schématique et partielle, en coupe transversale d’une machine tournante selon l’invention ;
[Fig 2] la figure 2 représente un détail de réalisation d’un canal de refroidissement de la machine de la figure 1 ;
[Fig 3] la figure 3 est coupe axiale partielle et schématique de la machine tournante de la figure 1 ;
[Fig 4] la figure 4 est une vue en perspective partielle et schématique d’une machine tournante selon l’invention, certaines faces de la carcasse n’étant pas représentées ;
[Fig 5] la figure 5 est une vue en perspective illustrant un mode de réalisation d’un stator selon l’invention ; [Fig 6] la figure 6 illustre une variante de stator ;
[Fig 7] les figures 7 à 13 représentent des variantes de stators ;
[Fig 8] les figures 7 à 13 représentent des variantes de stators ;
[Fig 9] les figures 7 à 13 représentent des variantes de stators ;
[Fig 10] les figures 7 à 13 représentent des variantes de stators ;
[Fig 11] les figures 7 à 13 représentent des variantes de stators ;
[Fig 12] les figures 7 à 13 représentent des variantes de stators ;
[Fig 13] les figures 7 à 13 représentent des variantes de stators ;
[Fig 14] la figure 14 représente un exemple de carcasse selon l’invention ;
[Fig 15] la figure 15 est une vue en coupe transversale de la carcasse de la figure 14 ;
[Fig 16] la figure 16 est une vue en perspective de la carcasse de la figure 14 ;
[Fig 17] la figure 17 représente la carcasse de la figure 14, le stator étant monté dans cette dernière ;
[Fig 18] les figures 18 à 21 illustrent des modes de réalisation alternatifs d’une carcasse selon l’invention ;
[Fig 19] les figures 18 à 21 illustrent des modes de réalisation alternatifs d’une carcasse selon l’invention ;
[Fig 20] les figures 18 à 21 illustrent des modes de réalisation alternatifs d’une carcasse selon l’invention ;
[Fig 21] les figures 18 à 21 illustrent des modes de réalisation alternatifs d’une carcasse selon l’invention ;
[Fig 22] les figures 22 à 24 représentent des carcasses et un stators selon des modes de réalisation alternatifs de l’invention ;
[Fig 23] les figures 22 à 24 représentent des carcasses et un stators selon des modes de réalisation alternatifs de l’invention ;
[Fig 24] les figures 22 à 24 représentent des carcasses et un stators selon des modes de réalisation alternatifs de l’invention ;
[Fig 25] la figure 25 représente un détail de la figure 24 ;
[Fig 26] les figures 26 à 32 représentent des variantes de carcasses et stators selon l’invention ;
[Fig 27] les figures 26 à 32 représentent des variantes de carcasses et stators selon l’invention ; [Fig 28] les figures 26 à 32 représentent des variantes de carcasses et stators selon l’invention ;
[Fig 29] les figures 26 à 32 représentent des variantes de carcasses et stators selon l’invention ;
[Fig 30] les figures 26 à 32 représentent des variantes de carcasses et stators selon l’invention ;
[Fig 31] les figures 26 à 32 représentent des variantes de carcasses et stators selon l’invention ;
[Fig 32] les figures 26 à 32 représentent des variantes de carcasses et stators selon l’invention ;
[Fig 33] la figure 33 représente un détail du mode de réalisation illustré en figure 30 ;
[Fig 34] La figure 34 représente une carcasse et un stator séparés par une pluralité de séparateurs selon un mode de réalisation alternatif de l’invention ;
[Fig 35] la figure 35 représente la carcasse et le stator de la figure 34 ;
[Fig 36] la figure 36 représente les séparateurs de la figure 34 ;
[Fig 37] la figure 37 est une vue en coupe de la machine de la figure 34 ;
[Fig 38] la figure 38 représente un détail du mode d’un mode de réalisation alternatif où la carcasse et le stator sont séparés par une pluralité de séparateurs ; et
[Fig 39] la figure 39 représente un détail du mode de réalisation de la figure 34.
Description détaillée
On a représenté aux figures 1 à 4 une machine tournante 1 selon l’invention.
Cette machine 1 comprend une carcasse 3 qui ferme de façon étanche la machine. A l’intérieur de cette carcasse 3 sont agencés un stator 5 et un rotor 7 porté par un arbre 9. Le stator 5 est fixe par rapport à la carcasse 3, tandis que le rotor 7 tourne avec l’arbre 9 autour d’un axe de rotation qui est un axe longitudinal pour la machine.
La carcasse 3 a une longueur selon l’axe longitudinal supérieure à celle du stator 5. Il est également envisageable que la carcasse 3 soit de même longueur que le stator 5.
Comme visible à la figure 3, la machine ne comporte pas de canaux extérieurs rapportés sur la carcasse 3.
La machine 1 comporte également un ventilateur 11 disposé à l’intérieur de la machine 1. Ce ventilateur 11 est dans l’exemple considéré une turbine entraînée en rotation par le rotor 7. Le ventilateur 11 peut être tout type de dispositif mécanique permettant d’élever la pression du fluide interne à la machine 1, et permettant ainsi de créer une circulation forcée de fluide.
Un circuit de refroidissement primaire 13 est prévu dans la carcasse 3. Le fluide circulant dans le circuit primaire 13, qui est de préférence un liquide, permet de refroidir la carcasse 3 ainsi que le stator 5, ce dernier étant en contact thermique avec la carcasse 3.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, le stator 5 est en contact physique avec la carcasse 3, la carcasse 3 étant par exemple montée à force sur le stator 5.
Le stator 5 comporte une pluralité de dents 15 définissant des encoches de réception des bobinages statoriques 17, de façon conventionnelle, l’invention n’étant pas limitée à une technologie particulière de réalisation du bobinage stator.
Le rotor 7 peut être de tout type, à cage, bobiné ou à aimants permanents.
Dans l’exemple considéré, le rotor 7 comporte une pluralité d’aimants permanents 19 destinés à interagir magnétiquement avec le circuit magnétique du stator 5.
Un circuit secondaire de refroidissement du rotor, entièrement logé au sein de la machine 1, permet au fluide secondaire mis en mouvement par le ventilateur 11 de circuler en boucle fermée afin de refroidir le rotor.
Ce circuit secondaire comprend une pluralité de canaux intérieurs rotoriques 21.
Les canaux intérieurs rotoriques 21 peuvent s’étendre parallèlement à l’axe longitudinal de la machine 1 tout le long du rotor et présenter une section constante, par exemple de forme trapézoïdale, rectangulaire ou circulaire.
Dans l’exemple considéré, les canaux 21 sont disposés radialement entre les aimants permanents 19 et l’arbre 9.
Dans l’exemple illustré aux figures 1 à 4, ce circuit comprend également une pluralité de canaux intermédiaires 27 situés entre le stator 5 et la carcasse 3.
Les canaux intermédiaires 27 peuvent présenter une section transversale constante et s’étendre parallèlement à l’axe de rotation du rotor 7, respectivement tout le long du rotor et tout le long du stator.
Les canaux intermédiaires 27 peuvent être formés entre des sillons 26 creusés dans la surface externe du stator 5 d’une part, et par la surface interne de la carcasse 3 en regard d’autre part. On peut par exemple réaliser ces sillons par découpe des tôles du paquet de tôles constituant le stator 5. Les figures 3 et 4 illustrent par des flèches le sens de circulation du fluide secondaire dans le circuit de refroidissement du rotor.
On voit que le fluide secondaire, en sortant du ventilateur 11, parcourt d’abord un espace intérieur 33 délimité par les parois internes de la machine 1, le ventilateur 11, les bobinages 17 et le stator 5. Le fluide secondaire passe sur les têtes 35 de bobines avant de pénétrer dans le canal intermédiaire 27. Lors de son passage dans le canal 27, le fluide secondaire est refroidi par contact thermique avec le stator 5 et la carcasse 3, dans laquelle circule le fluide du circuit primaire 13. Le fluide secondaire débouche sur un deuxième espace intérieur 37, délimité par les parois internes de la machine 1, le stator 5, les bobinages 17 et le rotor 7. Le fluide secondaire pénètre ensuite dans les canaux rotoriques 21, où il échange de la chaleur avec le rotor 7 pour refroidir ce dernier. Le fluide secondaire revient ensuite dans le ventilateur 11 où un nouveau cycle démarre.
Dans l’exemple illustré à la figure 3, l’arbre 9 est monté sur un roulement 10. De manière avantageuse, ce roulement 10 est en contact thermique avec le fluide secondaire lors de sa circulation dans le circuit de refroidissement du rotor, en étant exposé au flux du fluide secondaire.
Comme il ressort de la figure 4, le circuit primaire 13 peut être conformé en un canal unique qui occupe l’essentiel du volume de la carcasse 3 afin de maximiser les échanges thermiques du fluide de refroidissement primaire. Ce canal unique comporte une pluralité de sections de canal 12 qui parcourent chacune la circonférence de la carcasse dans une direction circonférentielle. Chaque section de canal 12 est connectée fluidiquement aux sections de canal adjacentes par un passage en chicane 14. Deux sections adjacentes partagent une paroi commune.
Le fluide du circuit primaire peut pénétrer dans la carcasse 3 par l’ouverture 16 et en sortir par l’ouverture 18. Il peut être mis en mouvement par une pompe de circulation du fluide externe, non représentée. Il passe par un échangeur de chaleur externe, non représenté, configuré pour le refroidir.
Le circuit primaire peut également refroidir un variateur de la machine, non représenté.
Sur la figure 5, la géométrie des sillons 26 est clairement visible.
Les figures 6 à 13 illustrent en section transversale plusieurs modes de réalisation alternatifs. Comme visible sur ces figures, les canaux de circulation du fluide secondaire peuvent être formés dans le stator et/ou sur la surface externe du stator. Dans le premier cas, ils forment des canaux intérieurs statoriques 23 ; dans le second cas, ils forment en coopération avec la surface interne de la carcasse 3, des canaux intermédiaires 27.
Lorsque des canaux intérieurs statoriques 23 sont prévus, ils sont de préférence agencés à proximité de la surface extérieure du stator, en particulier à une distance de la surface extérieure inférieure à 50 % de l’épaisseur e de la culasse du stator.
Dans l’exemple de la figure 6, les sillons 26 sont formés sur la surface extérieure du stator 5, c’est-à-dire sur la surface du stator opposée aux dents 15 définissant des encoches de réception des bobinages statoriques.
Dans l’exemple de la figure 8, la section transversale des sillons 26 est conformée en forme de demi-cercle dont le diamètre est supérieur à la largeur des crêtes 39 séparant deux sillons adjacents.
Dans l’exemple de la figure 11, le stator 5 comporte des canaux statoriques 23 de section rectangulaire disposés à proximité immédiate de la surface extérieure du stator. Ainsi, seule une fine épaisseur de tôle sépare les canaux 23 de la surface.
Les figures 14 à 16 représentent une carcasse 3 dont la surface intérieure comporte une pluralité de sillons 28 dont les parois forment, en coopération avec la surface extérieure du stator 5, des canaux intermédiaires 27.
Comme il ressort de la figure 16, la présence de ces sillons 28 dans la carcasse 3 est compatible avec la circulation d’un fluide de refroidissement dans le circuit primaire 13.
La figure 17 représente un ensemble constitué d’une carcasse 3 telle qu’illustrée aux figures 14 à 16 et d’un stator 5 comprenant des sillons 26 sur sa surface extérieure. Dans cet exemple, les sillons de la carcasse 28 et ceux du rotor 26 sont agencés de manière à se faire face et à définir ensemble les canaux intermédiaires 27.
Dans les exemples des figures 18 à 21, la carcasse 3 comporte des canaux intérieurs 25 destinés à la circulation du fluide du circuit secondaire.
Il est possible de combiner les caractéristiques des différents modes de réalisation qui viennent d’être décrits.
L’utilisation en combinaison de canaux intérieurs statoriques 23 et/ou de canaux intérieurs de carcasse 25 et/ou de canaux intermédiaires 27 permet d’augmenter le débit du circuit de fluide secondaire ou, à débit constant, de diminuer les dimensions des canaux. Cela permet donc de minimiser les risques d’affecter les performances magnétiques et/ou mécaniques de la machine. Les figures 22 à 28 représentent différents modes de réalisation de l’invention dans lesquels la carcasse 3 et/ou le stator 5 définissent les canaux de refroidissement du fluide secondaire. Il n’est pas nécessaire, dans le cadre de l’invention, que le stator 5 et la carcasse 3 soient en contact physique direct. En effet, le refroidissement du stator par le circuit primaire 13 peut être réalisé sans contact physique : il suffit qu’il y ait un contact thermique suffisant entre ces deux éléments.
Les figures 29 à 33 illustrent différents exemples de machines dans lesquelles la carcasse et le stator sont séparés par une pluralité de séparateurs 31. Les séparateurs 31 sont disposés entre la surface intérieure de la carcasse 3 et la surface extérieure du stator 5 et s’étendent de préférence tout le long du stator 5. Il est également envisageable que les séparateurs 31 aient une longueur plus courte que celle du stator 5.
Ainsi, les parois de deux séparateurs adjacents définissent en coopération avec la surface intérieure de la carcasse 3 et la surface extérieure du stator 5 un canal intermédiaire 27 permettant la circulation du fluide du circuit secondaire.
Dans l’exemple de la figure 31, le stator 5 comporte également des canaux statoriques 23, en nombre égal à celui des canaux intermédiaires 27. Les canaux 23 et 27 sont répartis équiangulairement, mais ils pourraient également être répartis de manière non régulière. Les canaux statoriques 23 sont disposés avec un décalage angulaire par rapport aux canaux intermédiaires 27, de sorte qu’une partie de chaque canal statorique 23 se trouve en regard d’un séparateur 31.
Dans l’exemple de la figure 32, la carcasse comporte des canaux 25 en nombre égal à celui des canaux intermédiaires 27. Les canaux 25 et 27 sont répartis équiangulairement, mais ils pourraient également être répartis de manière non régulière. Les canaux 25 sont disposés avec un léger décalage angulaire par rapport aux canaux intermédiaires 27, de sorte qu’une partie de chaque canal intermédiaire 27 se trouve en regard d’une zone pleine de la carcasse 3.
Comme représenté à la figure 33, le canal du circuit primaire 13 de la carcasse 3 est disposé radialement à l’extérieur des canaux de la carcasse 25 de circulation du fluide secondaire. Le fluide du circuit primaire 13 circule dans une direction circonférentielle, c’est-à-dire dans une direction orthogonale à la direction de circulation du fluide secondaire dans les canaux 23, 25, 27. Il pourrait également circuler dans une direction parallèle à la direction de circulation du fluide secondaire, ou dans toute autre direction. De préférence, les séparateurs 31 sont réalisés dans un métal ou tout autre matériau bon conducteur de la chaleur.
Les séparateurs 31 peuvent également être constitués d’un empilement de deux ou plusieurs couches de matériaux conducteurs thermiques différents. On dispose par exemple un meilleur conducteur thermique du côté du séparateur en contact avec la carcasse que du côté du séparateur en contact avec le stator. Cela permet avantageusement de limiter la quantité de matière du meilleur conducteur thermique, qui peut être onéreux. Cela permet également de refroidir préférentiellement le fluide secondaire plutôt que le stator.
Les séparateurs 31 peuvent être fixés au stator et/ou à la carcasse, et ce par tout type de procédé, par exemple par soudage, brasage, vissage ou frettage. Ces procédés de fixation sont donnés à titre d’exemple et sont non exhaustifs.
Dans certains modes de réalisation, tels que ceux des figures 34 à 39, les séparateurs 31 sont insérés dans des sillons formés dans la carcasse ou le stator, ce qui peut permettre de faciliter le positionnement des séparateurs et d’améliorer la tenue mécanique de l’ensemble obtenu. Comme illustré aux figures 34 à 37 et 39, il est possible de prévoir des canaux intérieurs de séparateur 29 s’étendant à l’intérieur des séparateurs 31 pour faire circuler le fluide du circuit secondaire. Cela permet avantageusement d’augmenter encore le nombre de canaux de refroidissement du fluide secondaire.
Dans l’exemple de la figure 34, les séparateurs 31 comportent des canaux intérieurs 29. Le fluide secondaire peut ainsi circuler à la fois dans les canaux intermédiaires 27 entre deux séparateurs adjacents et dans les canaux intérieurs 29 des séparateurs 31.
L’invention n’est pas limitée à des géométries particulières, en particulier à des sections transversales particulières, des canaux intérieurs statoriques 23, des canaux intérieurs de carcasse 25, des canaux intermédiaires 27 ou des canaux intérieurs de séparateur 29.
Ces canaux sont par exemple de section ronde, ovale, rectangulaire, en demi-cercle ou encore triangulaire.
L’invention n’est pas non plus limitée à un nombre particulier, à une répartition angulaire particulière ou à une répartition radiale particulière des canaux intérieurs statoriques 23, des canaux intérieurs de carcasse 25, des canaux intermédiaires 27 ou des canaux intérieurs de séparateur 29. On peut augmenter les échanges thermiques du fluide du circuit secondaire avec le stator et/ou la carcasse en réalisant des perturbations locales de l’écoulement, par exemple en disposant des chicanes ou autres déviations sur le trajet du fluide secondaire.

Claims

Revendications
1. Machine électrique tournante (1), comportant :
une carcasse (3) comportant un circuit de refroidissement primaire (13) par circulation d’un fluide de refroidissement,
un stator (5) disposé à l’intérieur de la carcasse et de préférence en contact thermique avec celle-ci,
un rotor (7),
un circuit secondaire de refroidissement, comportant au moins un ventilateur (11) pour générer une circulation forcée en circuit fermé d’un fluide secondaire en contact thermique avec le rotor, ce fluide secondaire étant refroidi par le circuit primaire, le circuit secondaire étant disposé d’une façon radialement intérieure par rapport au circuit primaire, la carcasse et le stator étant séparés par au moins un séparateur (31) formant entretoise, l’au moins un séparateur étant inséré dans un sillon formé dans la carcasse et/ou le stator.
2. Machine selon la revendication 1, la carcasse et le stator étant séparés par une pluralité de séparateurs (31) formant entretoise,
deux séparateurs adjacents formant avec la surface extérieure du stator et la surface intérieure de la carcasse un canal (27) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
3. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, les séparateurs comportant au moins un canal intérieur de séparateur (29) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
4. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, les séparateurs étant constitués d’un matériau unique ou d’un empilement de plusieurs matériaux, le ou les matériaux étant de préférence conducteurs de chaleur.
5. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, la surface extérieure du stator et la surface intérieure de la carcasse définissant entre elles au moins un canal (27) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur, la surface extérieure du stator et la surface intérieure de la carcasse comportant chacune des sillons (26, 28), les sillons de la carcasse et les sillons du stator étant agencés de manière à se faire face et à définir ensemble les canaux (27) parcourus par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
6. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, le stator comportant au moins un canal intérieur statorique (23) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
7. Machine selon la revendication précédente, ledit canal statorique étant réalisé au sein d’un paquet de tôles statorique.
8. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, le fluide de refroidissement étant un liquide, de préférence une huile ou de l’eau, additionnée le cas échéant d’un additif tel qu’un antigel.
9. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’au moins un ventilateur étant entraîné en rotation par le rotor.
10. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rotor comportant au moins un canal intérieur rotorique (21) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
11. Machine selon la revendication précédente, ledit canal intérieur rotorique étant réalisé au sein d’un paquet de tôles du rotor.
12. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit fluide secondaire étant sous forme gazeuse, étant de préférence de l’air.
13. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, la carcasse comportant au moins un canal intérieur (25) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
14. Machine selon l’une des revendications précédentes, l’arbre (9) du rotor (7) étant monté sur un roulement, le roulement étant en contact thermique avec le fluide secondaire.
15. Machine selon l’une des revendications précédentes, la machine étant une machine tournante électrique fonctionnant en mode moteur.
16. Machine selon l’une des revendications 1 à 14, la machine étant une machine tournante électrique fonctionnant en mode générateur.
17. Machine électrique tournante (1), comportant :
une carcasse (3) comportant un circuit de refroidissement primaire (13) par circulation d’un fluide de refroidissement,
un stator (5) disposé à l’intérieur de la carcasse et de préférence en contact thermique avec celle-ci, un rotor (7),
un circuit secondaire de refroidissement, comportant au moins un ventilateur (11) pour générer une circulation forcée en circuit fermé d’un fluide secondaire en contact thermique avec le rotor, ce fluide secondaire étant refroidi par le circuit primaire, le circuit secondaire étant disposé d’une façon radialement intérieure par rapport au circuit primaire, la carcasse et le stator étant séparés par une pluralité de séparateurs (31) formant entretoise, deux séparateurs adjacents formant avec la surface extérieure du stator et la surface intérieure de la carcasse un canal (27) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
18. Machine électrique tournante (1), comportant :
une carcasse (3) comportant un circuit de refroidissement primaire (13) par circulation d’un fluide de refroidissement,
un stator (5) disposé à l’intérieur de la carcasse et de préférence en contact thermique avec celle-ci,
un rotor (7),
un circuit secondaire de refroidissement, comportant au moins un ventilateur (11) pour générer une circulation forcée en circuit fermé d’un fluide secondaire en contact thermique avec le rotor, ce fluide secondaire étant refroidi par le circuit primaire, le circuit secondaire étant disposé d’une façon radialement intérieure par rapport au circuit primaire, la surface extérieure du stator et la surface intérieure de la carcasse définissant entre elles au moins un canal (27) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur, la surface extérieure du stator et la surface intérieure de la carcasse comportant chacune des sillons (26, 28), les sillons de la carcasse et les sillons du stator étant agencés de manière à se faire face et à définir ensemble les canaux (27) parcourus par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
19. Machine électrique tournante (1), comportant :
une carcasse (3) comportant un circuit de refroidissement primaire (13) par circulation d’un fluide de refroidissement,
un stator (5) disposé à l’intérieur de la carcasse et de préférence en contact thermique avec celle-ci,
un rotor (7), un circuit secondaire de refroidissement, comportant au moins un ventilateur (11) pour générer une circulation forcée en circuit fermé d’un fluide secondaire en contact thermique avec le rotor, ce fluide secondaire étant refroidi par le circuit primaire, le circuit secondaire étant disposé d’une façon radialement intérieure par rapport au circuit primaire, le stator comportant au moins un canal intérieur statorique (23) parcouru par le fluide secondaire mis en circulation forcée par le ventilateur.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1349625A (fr) * 1963-02-23 1964-01-17 Ass Elect Ind Dispositif de refroidissement de machine dynamo-électrique
DE19635196A1 (de) * 1996-08-30 1998-03-12 Audi Ag Kühlanordnung für einen Elektromotor
DE102008045667A1 (de) * 2008-09-03 2010-03-04 Siemens Aktiengesellschaft Dynamoelektrische Maschine mit Kühlung
US8519580B2 (en) 2008-08-01 2013-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Electric machine with a high protection class with improved rotor cooling
US9225224B2 (en) * 2010-06-11 2015-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Dynamoelectric machine having air/liquid cooling
US20170033641A1 (en) 2014-03-12 2017-02-02 Moteurs Leroy-Somer Rotating electric machine
DE102016203945A1 (de) * 2016-03-10 2017-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Statoreinrichtung für eine elektrische Maschine und Verfahren zu deren Herstellung
DE102017202801A1 (de) * 2017-02-21 2018-08-23 Continental Automotive Gmbh Rotorblechpaket für einen Rotor

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1349625A (fr) * 1963-02-23 1964-01-17 Ass Elect Ind Dispositif de refroidissement de machine dynamo-électrique
DE19635196A1 (de) * 1996-08-30 1998-03-12 Audi Ag Kühlanordnung für einen Elektromotor
US8519580B2 (en) 2008-08-01 2013-08-27 Siemens Aktiengesellschaft Electric machine with a high protection class with improved rotor cooling
DE102008045667A1 (de) * 2008-09-03 2010-03-04 Siemens Aktiengesellschaft Dynamoelektrische Maschine mit Kühlung
US9225224B2 (en) * 2010-06-11 2015-12-29 Siemens Aktiengesellschaft Dynamoelectric machine having air/liquid cooling
US20170033641A1 (en) 2014-03-12 2017-02-02 Moteurs Leroy-Somer Rotating electric machine
DE102016203945A1 (de) * 2016-03-10 2017-09-14 Siemens Aktiengesellschaft Statoreinrichtung für eine elektrische Maschine und Verfahren zu deren Herstellung
DE102017202801A1 (de) * 2017-02-21 2018-08-23 Continental Automotive Gmbh Rotorblechpaket für einen Rotor

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