BE448753A - - Google Patents

Description

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  Procédé et dispositif pour favoriser le refroidissement des extrémités des moteurs et d'autres machines électriques. 



   La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif en vue d'effectuer le refroidissement des extrémités des moteurs et d'autres machines électriques her- métiques. 



   Elle s'applique à tous les types de moteurs her-   mtiques   mono- ou polyphasés, mais plus particulièrement aux moteurs à rotor à court-circuit dits à cage d'écureuil.   insi   que cela est bien connu, le courant électri- que absorbé par les moteurs en fonctionnement se transforme partiellement en énergie motrice et partiellement en cha- leur. Cette chaleur doit être éliminée parce qu'elle provo- querait un échauffement anormal qui limiterait la puissance des dits moteurs. 



   Dans les moteurs hermétiques, la chaleur qui se dégage dans les parties actives du moteur, doit traverser 

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 l'enveloppe inactive pour se dissiper dans le milieu exté- rieur et à cet effet, dans la majorité des cas, l'enveloppe est refroidie sur sa surface externe par un courant d'air aussi abondant et aussi froid que possible qui emporte les calories provenant du moteur et traversant l'enveloppe. 



   Pour activer le refroidissement, il importe donc que la chaleur dégagée dans les parties actives du stator et du rotor soit transmise efficacement aux parois externes de l'enveloppe au fur et à mesure de son dégagement. Cette transmission se fait par conductibilité grâce au contact direct entre notamment le paquet de tôles du stator ou d'autres parties du moteur et l'intérieur de   Il.enveloppe.   



  Le paquet de tôles du stator reçoit en outre, par rayonne- ment et par convection à travers l'entre-fer, une partie de la chaleur dégagée dans le rotor et transmet cette cha- leur à l'enveloppe. 



   Une émission importante de chaleur se fait tou- tefois également à partir des faces d'extrémité de   l'ensem-   ble des parties actives, d'une part, par rayonnement sur certaines parties de la surface intérieure de l'enveloppe et, d'autre part, par convection sur cette surface inté- rieure par l'intermédiaire de l'air renfermé dans l'envelop pe lequel sert de véhicule à la chaleur. 



   Dans les moteurs connus tels qu'utilisés   actuel-   lement, la transmission de la chaleur dissipée par ces fa- ces d'extrémités se fait dans de mauvaises conditions en raison, d'une part, de ce que la chaleur émise par rayon- l'intérieur nement, notamment par/des chignons, est renvoyée en grande partie vers la face opposée du chignon sans être transmise vers l'extérieur et, d'autre part, de ce que l'air mis en mouvement, habituellement par une couronne d'ailettes pré- vues sur la face ou bague externe de la cage du rotor, su- bit un mouvement tourbillonnaire désordonné. 



   La présente invention a pour but de favoriser, 

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 dans une mesure appréciable, la transmission vers l'exté- rieur de la chaleur émise par les faces d'extrémité de l'ensemble des éléments actifs du moteur. 



   En   vue   de la réalisation de ce but, le procédé, objet de l'invention, est caractérisé essentiellement en ce qu'une grande partie de la chaleur dissipée par rayon- nement par les extrémités du moteur et notamment par les surfaces intérieures des / /chignons est captée par des surfaces qui font saillie vers l'intérieur sur les flasques ou couvercles d'extrémité de l'enveloppe et qui, en outre, par leur coopération avec les turbines de mise en circulation de   l'air   intérieur véhiculant la chaleur dissipée par convection peuvent déterminer une circulation ordonnée et en circuit fermé de cet air. 



   On peut réaliser l'invention en prolongeant le flasque d'extrémité vers l'intérieur du moteur par une buselure constituant un écran ou surface de captation de chaleur et s'étendant concentriquement à l'axe du moteur à proximité et à l'extérieur de celui-ci de préférence jusqu'à peu de distance des faces extrêmes du rotor. 



   En combinaison avec cette buselure, ou sans que celle-ci existe, on prévoit en général des ailettes de captation de la chaleur qui font saillie radialement vers l'intérieur sur le flasque d'extrémité de l'envelop- pe et qui sont disposées autour de l'axe du moteur. 



   Les ailettes de refroidissement des flasques d'extrémité prennent naissance sur ce dernier à une cer- taine distance au-dessus de l'axe puis s'infléchissent en formant une arête perpendiculaire à l'axe et peuvent rejoindre ensuite la buselure concentrique à l'axe, soit à proximité du flasque d'extrémité, soit à proximité de l'extrémité de la buselure située à peu de distance du rotor. 



   Une caractéristique importante de l'invention est en outre que grâce à une inclinaison qui est donnée 

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 aux arêtes, tournées vers l'axe du moteur, des ailettes du rotor, et qui est telle que ces arêtes soient plus rap- prochées de cet axe à leur naissance du côté du rotor qu'à leur extrémité dirigée vers le flasque, les ailettes du rotor peuvent coopérer de telle manière avec les ailettes fixes et directrices du flasque, (qui possèdent sur leurs arêtes situées à faible distance des arêtes du rotor une inclinaison correspondante) que, grâce à la dépression plus forte régnant à la racine des ailettes du rotor, le courant d'air,après avoir été canalisé dans les interval- les entre les ailettes du flasque,

   se répartit sur toute l'étendue des ailettes du rotor et réalimente la turbine en ayant tendance à se porter davantage vers cette racine et à refroidir d'une manière plus intense la face extrême du rotor et les enroulements du chignon que l'extrémité des ailettes du rotor, extrémité où se porterait principale ment le courant d'air si les ailettes fixes directrices n'existaient pas. 



   Les dessins ci-joints montrent, à titre d'exem- ple, une application de l'invention à-un moteur triphasé hermétique à cage d'écureuil. 



   La figure 1 est une vue de face de l'ensemble du moteur, la partie supérieure montrant l'intérieur du moteur. 



   La figure 2 est une vue de côté montrant dans chaque quadrant des éléments différents du moteur. 



     La.   figure 3 est une vue agrandie montrant le dispositif de refroidissement représenté à la figure 1. 



   Sur les dessins ci-joints, 1 désigne le paquet de tôles cylindrique dans lequel passent les enroulements statoriques (non représentés) qui se terminent d'une ma- nière connue par les "chignons" extérieurs 2 constituant dans leur ensemble un volume de révolution. A l'intérieur de ce stator, se trouve le rotor 3 comprenant un paquet de 

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 tôles monté sur un axe de rotation 4 porté par deux pa- liers 5. Ce rotor est traversé, comme d'habitude, par une couronne extérieure de barres rotoriques (non représentées) dont les extrémités aboutissent à deux bagues annulaires 6 avec lesquelles elles constituent la cage d'écureuil par- courue par les courants induits. 



   Dans l'exemple représenté, ces bagues 6 portent chacune une couronne d'ailettes 7 agissant, lors de la rotation de l'axe 4, à la façon d'une turbine de ventila- tion centrifuge. Ces ailettes ont pour fonction, en pre- mier lieu, de drainer vers l'extérieur la chaleur prove- nant par conductibilité thermique, de l'intérieur du rotor et, en second lieu, d'agiter l'air servant à éliminer par convection la chaleur provenant des parties actives du mo- teur pour la conduire vers l'enveloppe extérieure. 



   Le rotor porte en outre, à l'extérieur de l'en- veloppe, soit à une extrémité de l'axe, soit à dhacune de ces extrémités, un ventilateur 8 provoquant un courant d'air de refroidissement léchant l'extérieur de l'enveloppe du moteur; cette enveloppe comprend une carcasse 9 pourvue vers l'extérieur d'ailettes de radiation 10 parallèles à l'axe 4 et deux flasques d'extrémité 11 fermant herméti- quement le logement du moteur. L'enveloppe comporte en ou- tre, dans l'exemple représenté, deux contre-flasques 12 portant les paliers 5, protégeant le ventilateur 8 et gui- dant l'air de refroidissement que ce dernier met en circu- lation. 



   Conformément à l'invention, le flasque d'extré- mité 11 est prolongé vers l'intérieur du moteur par une buselure 13 s'étendant concentriquement à   l'axe 'à   proximité et à l'extérieur de celui-ci jusqu'à peu de distance de la bague extérieure 6 du rotor. 



   D'autre part, avec cette buselure, qui est habi- tuellement venue de fonderie avec le flasque 11, fait corps une couronne d'ailettes radiales 14 qui font saillie sur le 

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 flasque 11 vers l'intérieur   du'moteur.   Ces ailettes pren- nent naissance sur ce flasque à une certaine distance au- dessus de   l'axe   4, s'infléchissent en formant ensuite une arête 15 s'étendant perpendiculairement à l'axe 4 et re- joignent finalement par une arête inclinée 16 l'extrémité de la buselure. 



   Les arêtes verticales 15 faisant partie des ai- lettes 14 constituant une couronne sont disposées de telle manière que le plan vertical représenté par la ligne A-A passant par ces différentes arêtes soit voisin du plan B-B passant par les extrémités des ailettes de ventila- tion 7 prévues sur la bague 6. Le-s arêtes inclinées 16 sont de leur côté situées à faible distance de la face 17 des ailettes 7 tournées vers l'axe 4, de telle sorte que la surface formant enveloppe des arêtes 16 soit à une faible distance de la surface de révolution engendrée par les faces 17 des différentes ailettes 7. 



   Cette disposition présente des avantages impor- tants par rapport aux constructions connues dans lesquel- les le flasque 11 ne comporte ni la buselure 13 ni les ailettes radiales 14 et dans lesquelles les inconvénients suivants se manifestent: I ) la chaleur émise par rayonnement des chignons 2 vers l'axe 4 du moteur est renvoyée en grande partie vers la face opposée du chignon et n'est pas dissipée vers l'ex- térieur. 



  2 ) L'air mis en mouvement par la couronne d'ailettes 7 subit un mouvement tourbillonnaire désordonné qui n'est aucunement favorable aux échanges thermiques. 



   Au contraire, dans un moteur dont les flasques d'extrémité 11 sont munis de surfaces de captation comme décrit ci-dessus, la chaleur dissipée par rayonnement à partir des chignons 2 rencontre la buselure 13 et les ai- lettes 14 qui constituent des surfaces recueillant cette 

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 chaleur laquelle est ensuite conduite par conductibilité vers l'extérieur de l'enveloppe où elle est emportée par le courant dtair produit par le ventilateur 8. 



   Ces surfaces 13,14, outre qu'elles captent une grande partie de la chaleur rayonnée, coopèrent avec la turbine formée par les ailettes 7 de manière à déterminer une circulation rationnelle et ordonnée et non plus tour- billonnaire de l'air mis en mouvement par cette turbine. 



   L'air mis en mouvement par cette turbine est pro- jeté sous l'action de la force centrifuge et lèche à grande vitesse les ailettes 7 et la face ou bague externe 6 du ro- tor qui sont ainsi refroidies. Cet air est ensuite lancé   c@   tre le chignon 2 et passe en partie entre les interstices   que présentent les enroulements de celui-ci ; ilsuit en   partie le parcours des flèches F1 et en partie celui de la flèche F2 et est dirigé contre l'intérieur du flasque 11 et dans les intervalles compris entre les ailettes 14 où il est canalisé. L'air portant la chaleur de convection peut ainsi céder ses calories au flasque 11, aux ailettes 14 et à la buselure 13 qui le transmettent au dehors par conductibilité.

   L'air débarrassé de la majeure partie de sa chaleur réalimente alors la turbine de circulation en pénétrant de bas en haut entre les ailettes 7. 



     On   obtient ainsi, grâce à l'invention, un re- froidissement très efficace de l'air en mouvement, en rai- son du grand développement des surfaces en contact avec l'air chaud qui se déplace suivant un circuit fermé bien ordonné. 



   Pour des raisons de facilité de construction, on une partie peut   pour/des   ailettes 14 éventuellement supprimer la par- tie située entre l'extrémité inférieure de l'arête 15 et l'extrémité de la buselure 13 et raccorder l'ailette à la buselure par une arête 18 aboutissant à proximité du flas- que 11. 

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   La couronne d'ailettes 7 peut être fermée vers    l'extérieur par une paroi annulaire ; demême, les ailettes   radiales 14 peuvent être reliées le long de leurs arêtes 15 par une paroi verticale de manière à former des canaux fermés conduisant l'air. 



   De préférence, et comme représenté au dessin, les ailettes 7 du rotor seront inclinées du côté intérieur de la turbine de manière à être plus rapprochées de l'axe à leur naissance près de la bague 6 qu'à leur extrémité. 



  Ces ailettes 7 peuvent ainsi coopérer avec les ailettes fixes et directrices du flasque, de telle manière que, grâce à la dépression plus forte régnant ainsi à la racine des ailettes du rotor, le courant d'air, après avoir été canalisé dans les intervalles entre les ailettes du flas- que, peut se répartir sur toute l'étendue des ailettes du rotor et réalimenter la turbine en ayant tendance à se porter davantage vers la racine que vers l'extrémité des ailettes et à refroidir d'une manière plus intense la face extrême du rotor et les enroulements du chignon. 



  On comprend aisément que si les ailettes fixes du flasque n'existaient pas, le courant d'air se porterait surtout sur ces extrémités et aurait moins d'action sur la bague 6 
Le dispositif décrit à titre d'exemple peut évidemment suivant les cas être prévu à une seule extrémi- té du moteur ou bien aux deux extrémités.

Claims (1)

1. R e v e n d i c a t i o n s .

   ----------------------- I/ Procédé pour favoriser le refroidissement des extrémités des moteurs et dtautres machines électri- ques, caractérisé en ce qu'une grande partie de la cha- leur dissipée par rayonnement par les extrémités du moteur et notamment par les chignons (2) est captée par des sur- faces (13, 14) qui font saillie vers l'intérieur sur le EMI8.1 flasque d'extrémité (11) de l'enveloppe et qui, en outre, <Desc/Clms Page number 9> par leur coopération avec la turbine de mise en circula- tion de l'air intérieur véhiculant la chaleur dissipée par convection, peuvent déterminer une circulation ordonnée et en circuit fermé de cet air.

   2/ Dispositif pour la réalisation du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le flas- que d'extrémité (11) est prolongé vers l'intérieur du mo- teur par une buselure (13) constituant un écran ou sur- face de captation de la chaleur et s'étendant concentri- quement à l'axe (4) du moteur, à proximité et à l'exté- rieur de celui-ci, de préférence jusqu'à peu de distance de la face extrême (6) du rotor.

   3/ dispositif pour la réalisation du procédé sui- vant la revendication 1, caractérisé en ce que le flasque d'extrémité (11) porte des ailettes (14) de captation de la chaleur qui font saillie radialement vers l'éntérieur du moteur et qui sont disposées autour de l'axe (4) de celui-ci.

   4/ Dispositif suivant les revendications 2 et 5, caractérisé en ce que les ailettes (14) de captation de la chaleur portées par le flasque d'extrémité (11) et de préférence faisant corps avec celui-ci se raccordent à la buselure (13) concentrique à l'axe (4) du moteur.

   5/ Dispositif suivant la revendication 3, carac- térisé en ce que les ailettes radiales (14) prévues sur la face intérieure du flasque d'extrémité (11) forment entre elles des canaux de circulation de l'air véhiculant la cha- leur émise par convection et coopèrent en outre avec la turbine de circulation de l'air intérieur constituée en général par la couronne d'ailettes 7 prévue sur la face ou bague extrême du rotor de manière à créer une circula- tion ordonnée et en circuit fermé de cet air.

   6/ Dispositif suivant les revendications 3 à 5; caractérisé en ce que les ailettes de refroidissement (14) EMI9.1 du flasque d'extrémité (11) prennent naissance sur ce; <Desc/Clms Page number 10> dernier à une certaine distance de l'axe, puis se rappro- chant de celui-ci, s'infléchissent en formant une arête (15) perpendiculaire à l'axe (4) et'habituellement rejoi- gnent ensuite la buselure (13) concentrique à l'axe (4), soit à proximité du flasque d'extrémité (11), soit à pro- ximité de l'extrémité de la buselure (13) située à peu de distance du rotor.

   7/ Dispositif suivant les revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le plan vertical (A-A) passant par les arêtes (15) perpendiculaires à l'axe du moteur et for- mées par les ailettes (14) du flasque d'extrémité (11) est voisin du plan vertical (B-B) passant par les extré- mités des ailettes de ventilation (7) prévues sur la face extrême ou sur la bague (6) du rator.

   8/ Dispositif suivant les revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les ailettes (14) du flasque d'ex- trémité (11) possèdent une arête inclinée (16) s'étendant depuis l'arête (15) perpendiculaire à l'axe du moteur jus- qu'à l'extrémité de la buselure (13) située à proximité du rotor et en ce que ces différentes arêtes inclinées (16) sont situées par rapport aux ailettes (7) du rotor à fai- ble distance des faces (17) de celles-ci tournées vers l'axe de telle sorte que la surface formant enveloppe des arêtes inclinées (16) soit à une faible distance de la sur- face de révolution engendrée par les faces (17) des ailet- tes (7) du rotor.

   9/ ispositif suivant les revendications 3 à 8, caractérisé en ce que la couronne d'ailettes (7) du rotor est fermée vers l'extérieur par une paroi annulaire de façon à constituer des canaux de guidage de l'air intérieur du logement du moteur.

   IO/ Dispositif suivant les revendications 3 à 8, 'caractérisé en ce que la couronne d'ailettes (14) du flas- que d'extrémité (11) est fermée le long des arê- <Desc/Clms Page number 11> tes (15) perpendiculaires à l'axe de manière à constituer des canaux conduisant l'air d'une façon positive sur une partie de la longueur des ailettes.

   Il/ Dispositif suivant les revendications 3 à 9, caractérisé en ce que la coopération des ailettes inté- rieures (14) du flasque d'extrémité (11) et des ailettes (7) du rotor a lieu de telle manière que l'air mis en mou- vement par la turbine de circulation soit lancé par la for- ce centrifuge contre le chignon (2), passe en partie entre les interstices que présentent les enroulements de celui-ci et soit dirigé ensuite contre la face intérieure du flasque d'extrémité (11) et dans les intervalles compris entre les ailettes (14) de celui-ci, après quoi et après avoir été débarrassé de la majeure partie de sa chaleur, il réaliment= par l'intérieur la turbine de circulation de l'air en cir- cuit fermé et ordonné.

   12/ Dispositif suivant les revendications 1 à 11, caractérisé en ce que, grâce à une inclinaison qui est donnée aux arêtes (17), tournées vers l'axe (4) du moteur, des ailettes (7) du rotor et qui telle que ces arêtes (17) soient plus rapprochées de l'axe (4) à leur naissance du côté du rotor qu'à leur extrémité dirigée vers le flasque (11), les ailettes (7) peuvent coopérer de telle manière avec les ailettes fixes et directrices @u flasque (11) que par suite de la dépression plus forte régnant à la racine des ailettes (7), le courant d'air, après avoir été cana- lisé dans les intervalles entre les ailettes du flasque, se répartit sur toute l'étendue des ailettes (7) et réali- mente la turbine en ayant tendance à se porter davantage vers la racine des ailettes 17)

   et à refroidir d'une ma- nière plus intense la face extrême du rotor et les enrou- lements du chignon que l'extrémité des ailettes (7). <Desc/Clms Page number 12>

   15/Moteur ou machine électrique dont les extré- mités sont refroidies à l'aide du procédé suivant la re- vendication 1.

   14/ Moteur ou machine électrique muni d'un dis- positif de refroidissement des extrémités en substance tel que décrit et tel que représenté aux dessins annexés.