FR2903246A1 - Electric motor for driving compressor, has stator, whose windings are partially made of aluminum wires covered with alumina layer, and electrical conductors arranged in electrically insulating maintaining part that is engaged in opening - Google Patents
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Abstract
Description
1 La présente invention concerne les moteurs électriques et plusThe present invention relates to electric motors and more
particulièrement mais non exclusivement ceux destinés à être utilisés dans les compresseurs ayant comme réfrigérant le gaz ammoniac. L'avantage de ce gaz est de préserver l'environnement et de présenter un bon pouvoir calorifiant. Un inconvénient est qu'il attaque l'émail et certains métaux dont le cuivre, ce qui impose une construction particulière pour réaliser les bobinages du stator et les isoler. La demande de brevet européen EP 1 566 546 Al divulgue un compresseur à vis utilisant l'ammoniac. Cette demande mentionne qu'il est connu de réaliser les bobinages du moteur en aluminium de haute pureté avec un revêtement d'une résine fluorée qui est chimiquement stable dans l'ammoniac. Il est également mentionné dans cette demande qu'il est connu de réaliser des bobinages formés de fils de cuivre nickelés ou étamés qui sont immergés dans une huile de lubrification compatible avec l'ammoniac de façon à éviter un contact direct avec celui-ci. particularly but not exclusively those for use in compressors having as refrigerant ammonia gas. The advantage of this gas is to preserve the environment and to present a good calorific power. A disadvantage is that it attacks the enamel and some metals including copper, which imposes a particular construction to achieve the windings of the stator and isolate them. European Patent Application EP 1 566 546 A1 discloses a screw compressor using ammonia. This application mentions that it is known to make the motor windings of high purity aluminum with a coating of a fluorinated resin which is chemically stable in ammonia. It is also mentioned in this application that it is known to produce coils formed of nickel-plated or tinned copper wires which are immersed in an ammonia-compatible lubricating oil so as to avoid direct contact therewith.
La demande de brevet européen EP 0 729 214 A2 divulgue un moteur destiné à fonctionner au contact de l'ammoniac, dans lequel l'isolation des bobines est obtenue par un revêtement d'une matière synthétique. La demande de brevet européen EP 0 710 807 A2 divulgue un compresseur fonctionnant avec de l'ammoniac, dans lequel les bobinages du stator sont réalisés en aluminium isolé avec du polytétrafluoroéthylène. L'invention vise à simplifier encore la fabrication des moteurs destinés à fonctionner au contact de l'ammoniac et à en accroître également la fiabilité. L'invention a aussi pour objet, selon l'un de ses aspects, un moteur électrique comportant un stator dont les bobinages sont réalisés au moins partiellement avec des fils d'aluminium revêtus d'une couche d'alumine. L'invention présente l'avantage que le transfert thermique peut être amélioré comparativement à l'emploi d'un fil gainé d'une matière synthétique, ce qui peut permettre d'améliorer les performances de la machine ou, à performances identiques, d'en diminuer le coût et/ou l'encombrement en diminuant la quantité de métal utilisé pour réaliser les bobinages. Les fils d'aluminium revêtus d'une couche d'alumine peuvent être réalisés par exemple par un procédé d'anodisation tel que divulgué dans la demande internationale 2903246 2 WO 98/21385, ce procédé d'anodisation pouvant comporter la formation à la surface du conducteur en aluminium d'une couche d'alumine. Celle-ci est un isolant électrique et peut former également une barrière chimique, tout en présentant une conductivité thermique relativement bonne. La couche d'alumine présente en outre une dureté relativement élevée 5 ce qui lui permet de supporter les contraintes d'enroulement. La couche d'alumine peut encore être réalisée par d'autres procédés que l'anodisation. Le stator peut être à bobinage concentré ou distribué. Le stator peut notamment être à bobinage concentré et réalisé par exemple 10 selon les enseignements du brevet européen EP 1 152 516 B I. Le rotor peut être à aimants permanents, lesquels peuvent être des aimants en surface ou des aimants enterrés entre des pièces polaires destinées à concentrer le flux des aimants, comme divulgué dans le brevet EP 1 152 516 B1 précité. L'alimentation du stator peut s'effectuer par des conducteurs électriques en 15 aluminium, pouvant avantageusement être revêtus d'une couche d'alumine. Selon un autre aspect de l'invention, les conducteurs électriques d'alimentation du stator sont disposés dans une pièce de maintien électriquement isolante, engagée dans une ouverture pratiquée dans l'enveloppe du stator. Un joint d'étanchéité peut s'interposer entre un épaulement de cette ouverture et la pièce de maintien. Cette dernière peut être 20 fixée sur l'enveloppe du stator par une bague de serrage du côté extérieur de l'enveloppe. Les conducteurs électriques disposés dans la pièce de maintien peuvent être des tiges en aluminium auxquelles sont connectés les fils venant du bobinage du stator. La connexion à ces tiges en aluminium peut s'effectuer, à l'extérieur de l'enveloppe du stator, par tous moyens, par exemple au moyen de cosses fixées sur les tiges. European patent application EP 0 729 214 A2 discloses a motor intended to operate in contact with ammonia, in which the insulation of the coils is obtained by a coating of a synthetic material. European Patent Application EP 0 710 807 A2 discloses a compressor operating with ammonia, wherein the stator windings are made of insulated aluminum with polytetrafluoroethylene. The invention aims to further simplify the manufacture of engines intended to operate in contact with ammonia and to increase its reliability. The invention also relates, in one of its aspects, to an electric motor comprising a stator whose coils are made at least partially with aluminum son coated with a layer of alumina. The invention has the advantage that the heat transfer can be improved compared to the use of a wire wrapped with a synthetic material, which can improve the performance of the machine or, with identical performance, to reduce the cost and / or bulk by reducing the amount of metal used to make the coils. Alumina-coated aluminum wires can be made, for example, by anodizing process as disclosed in International Application WO 98/21385, this anodizing process possibly including surface formation. aluminum conductor with a layer of alumina. This is an electrical insulator and can also form a chemical barrier, while having a relatively good thermal conductivity. The alumina layer also has a relatively high hardness which allows it to withstand winding stresses. The alumina layer can still be made by other methods than anodizing. The stator may be concentrated or distributed winding. The stator may in particular be concentrated winding and made for example 10 according to the teachings of the European patent EP 1 152 516 B I. The rotor may be permanent magnets, which may be surface magnets or magnets buried between polar parts intended to concentrate the flux of the magnets, as disclosed in the aforementioned EP 1 152 516 B1 patent. The stator can be fed by aluminum electrical conductors, which can advantageously be coated with a layer of alumina. According to another aspect of the invention, the electrical conductors for supplying the stator are arranged in an electrically insulating holding part engaged in an opening made in the stator casing. A seal may be interposed between a shoulder of this opening and the holding piece. The latter can be fixed on the stator casing by a clamping ring on the outside of the casing. The electrical conductors arranged in the holding part may be aluminum rods to which are connected the son coming from the stator winding. The connection to these aluminum rods can be effected, outside the stator casing, by any means, for example by means of lugs fixed on the rods.
25 Selon un autre aspect de l'invention, indépendamment ou en combinaison avec ce qui précède, le moteur comporte au moins un capteur magnétique, par exemple à effet Hall, disposé de manière à détecter un champ magnétique tournant avec le rotor. Il peut s'agir par exemple du champ magnétique d'un aimant solidaire de l'arbre du rotor, voire du champ magnétique du circuit magnétique du rotor.According to another aspect of the invention, independently or in combination with the foregoing, the motor comprises at least one magnetic sensor, for example Hall effect, arranged to detect a rotating magnetic field with the rotor. It may be for example the magnetic field of a magnet secured to the rotor shaft, or the magnetic field of the magnetic circuit of the rotor.
30 Le capteur magnétique peut être disposé dans un support en forme de doigt de gant qui s'étend à l'intérieur de l'enveloppe du moteur. Ce support peut être réalisé dans un matériau non magnétique et résistant chimiquement à l'atmosphère présente à l'intérieur 2903246 3 du moteur, notamment un matériau résistant à l'ammoniac. Le support en forme de doigt de gant est par exemple réalisé dans une matière synthétique, par exemple du polytétrafluoroéthylène, ou un métal, par exemple de l'acier inoxydable ou de l'aluminium. Le support peut comporter une collerette à une extrémité, venant en appui 5 contre un joint d'étanchéité s'interposant entre un épaulement de l'ouverture dans laquelle le support en forme de doigt de gant est inséré et la collerette. Le maintien du support en forme de doigt de gant dans l'ouverture correspondante de l'enveloppe du stator par exemple est assuré au moyen d'une bague de serrage.The magnetic sensor may be disposed in a thimble-shaped support which extends inside the motor housing. This support can be made of a non-magnetic material and chemically resistant to the atmosphere present inside the engine, in particular an ammonia-resistant material. The glove-shaped support is for example made of a synthetic material, for example polytetrafluoroethylene, or a metal, for example stainless steel or aluminum. The support may comprise a flange at one end bearing against a seal interposed between a shoulder of the opening in which the glove-shaped support is inserted and the flange. The maintenance of the glove-shaped support in the corresponding opening of the stator casing for example is provided by means of a clamping ring.
10 L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de celle-ci, à l'examen du dessin annexé, sur lequel : - la figure 1 représente de manière schématique et partielle, en coupe axiale, un exemple de moteur réalisé conformément à l'invention, et 15 - la figure 2 représente en coupe axiale partielle et schématique un détail de réalisation du moteur. Le moteur électrique 1 représenté à la figure 1 de manière schématique et partielle comporte un stator 2 et un rotor 3 pouvant tourner autour d'un axe de rotation relativement au stator 2.The invention will be better understood on reading the following detailed description of examples of non-limiting implementation thereof, on examining the appended drawing, in which: FIG. schematically and partially, in axial section, an example of a motor made according to the invention, and - 2 shows in partial and schematic axial section a detail of the motor. The electric motor 1 shown in FIG. 1 in a schematic and partial manner comprises a stator 2 and a rotor 3 rotatable about an axis of rotation relative to the stator 2.
20 Ce moteur 1 est par exemple destiné à entraîner un compresseur fonctionnant avec de l'ammoniac comme fluide réfrigérant. Le stator 2 comporte une enveloppe 5 de stator et l'espace 4 intérieur à cette enveloppe 5 est susceptible d'être exposé à de l'ammoniac liquide ou à des vapeurs d'ammoniac.This engine 1 is for example intended to drive a compressor operating with ammonia as a coolant. The stator 2 comprises a stator envelope 5 and the space 4 inside this envelope 5 is likely to be exposed to liquid ammonia or to ammonia vapors.
25 Le stator 2 comporte un circuit magnétique 7 comportant des dents sur lesquelles sont montées des bobines 8 dans l'exemple considéré, le stator étant à bobinage concentré. Dans une variante non illustrée, le stator est à bobinage distribué. Le rotor 3 peut être à aimants permanents et peut comporter des pièces polaires 30 pour concentrer le flux des aimants.The stator 2 comprises a magnetic circuit 7 comprising teeth on which coils 8 are mounted in the example in question, the stator being with concentrated winding. In a variant not shown, the stator is distributed winding. The rotor 3 may be permanent magnets and may have pole pieces 30 to concentrate the flow of the magnets.
2903246 4 Conformément à un aspect de l'invention, les bobines 8 sont réalisées avec des fils d'aluminium revêtus en surface d'un dépôt d'alumine. Les bobines 8 sont par exemple réalisées avec des fils en aluminium anodisé. L'alimentation des bobines du stator peut s'effectuer au moyen de tiges 5 conductrices 10 engagées dans une pièce de maintien 11 en un matériau isolant électrique, par exemple une céramique. Les tiges 10 sont reliées à une extrémité 12 aux conducteurs électriques des bobines et à l'extrémité opposée 13 peuvent comporter chacune un filetage 14 permettant de visser un écrou 16 de serrage d'une ou plusieurs cosses 18 reliées à une alimentation du 10 moteur, par exemple un variateur de vitesse. La pièce de maintien 11 traverse l'enveloppe 5 du stator 2 à la faveur d'une ouverture 20 qui est pourvue d'un épaulement 21 et la pièce de maintien 11 comporte une collerette 23 s'appliquant contre un joint d'étanchéité 22 porté par l'épaulement 11, de manière à assurer une traversée étanche.According to one aspect of the invention, the coils 8 are made of aluminum wires coated on the surface of an alumina deposit. The coils 8 are for example made with anodized aluminum son. The supply of the stator coils can be effected by means of conductive rods 10 engaged in a holding part 11 made of an electrically insulating material, for example a ceramic. The rods 10 are connected at one end 12 to the electrical conductors of the coils and at the opposite end 13 may each comprise a thread 14 for screwing a nut 16 for clamping one or more lugs 18 connected to a power supply of the motor, for example a variable speed drive. The holding piece 11 passes through the casing 5 of the stator 2 through an opening 20 which is provided with a shoulder 21 and the holding piece 11 comprises a flange 23 which bears against a seal 22 carried by the shoulder 11, so as to ensure a tight passage.
15 La collerette 23 est maintenue en appui contre le joint 22 par une bague de serrage 26 qui est par exemple vissée dans un taraudage 30 de l'enveloppe 5. Les fils des bobines sont par exemple soudés aux extrémités 12 des tiges conductrices 10 mais pourraient encore être fixés autrement, par exemple par sertissage ou vissage.The flange 23 is held in abutment against the seal 22 by a clamping ring 26 which is for example screwed into a tapping 30 of the casing 5. The son of the coils are for example welded to the ends 12 of the conductive rods 10 but could still be fixed otherwise, for example by crimping or screwing.
20 Dans l'exemple considéré, le moteur 1 comporte un capteur magnétique 40 et le rotor 3 comporte un dispositif magnétique 41 tournant avec le rotor, de telle manière que le capteur 40 puisse transmettre au variateur de vitesse une information permettant de connaître par exemple la position et/ou la vitesse du rotor. Le capteur 40 comporte par exemple un capteur à effet Hall.In the example under consideration, the motor 1 comprises a magnetic sensor 40 and the rotor 3 comprises a magnetic device 41 rotating with the rotor, in such a way that the sensor 40 can transmit to the speed variator information making it possible to know, for example, the position and / or rotor speed. The sensor 40 comprises for example a Hall effect sensor.
25 Le capteur 40 est engagé dans un support amagnétique 43 en forme de doigt de gant, qui traverse une ouverture 44 de l'enveloppe 5. Le support 43 présente, du côté de son extrémité extérieure, un rebord annulaire 45 qui se positionne en regard d'un épaulement 47 de l'ouverture 44 afin de permettre l'interposition d'un joint d'étanchéité 48 assurant un montage étanche du support 30 43 sur l'enveloppe 5.The sensor 40 is engaged in a non-magnetic support 43 in the form of a thimble, which passes through an opening 44 of the casing 5. The support 43 has, on the side of its outer end, an annular rim 45 which is positioned facing a shoulder 47 of the opening 44 to allow the interposition of a seal 48 ensuring a tight mounting of the support 43 on the casing 5.
2903246 5 Le support 45 peut être maintenu en appui contre le joint d'étanchéité 47 au moyen d'une bague de serrage 49 qui est par exemple vissée sur un taraudage 50 de l'enveloppe. Le dispositif magnétique 41 comporte par exemple au moins un aimant 5 permanent. En variante, le capteur 40 est agencé pour détecter le champ magnétique d'aimants ou de tôles magnétiques du rotor. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits. En particulier, l'invention s'applique à tous types de moteurs et de 10 compresseurs. L'expression comportant un doit être comprise comme étant synonyme de comportant au moins un , sauf si le contraire est spécifié.The support 45 can be held in abutment against the seal 47 by means of a clamping ring 49 which is for example screwed to a tapping 50 of the casing. The magnetic device 41 comprises for example at least one permanent magnet. Alternatively, the sensor 40 is arranged to detect the magnetic field of magnets or magnetic sheets of the rotor. Of course, the invention is not limited to the embodiments which have just been described. In particular, the invention applies to all types of motors and compressors. The expression containing one must be understood as being synonymous with at least one, unless the opposite is specified.
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