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Dispositif de refroidissement par l'air à contre-courant des machines électriques.
L'obtention d'un refroidissement régulier et suffi- sant par l'air, des pièces de machines soumises à un travail et à l'échauffement, constitue au point de vue de la bonne utilisation de la matière et d'une diminution du poids, un des problèmes importants de la construction des machines.
Le mode de refroidissement par l'air des machines électriques qui a été employé jusqu'ici, non seulement s'est montré insuffisant,mais encore il provoque également des dif- férences nuisibles de températures dans les pièces de la ma- chine ainsi que dans son enroulement, ce qui empêche une très bonne utilisation électrique de la matière. En outre, ces
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différences de température amènent très souvent des défectuo- sités de fonctionnement.
Les différences de température importantes peuvent aussi par exemple produire des déformations des éléments de la machine lorsqu'il existe des dispositifs de ventilation sur les deux côtés de celle-ci, et lorsque l'air échauffé est évacué au milieu de l'enveloppe. Il existe aussi des sys- tèmes de refroidissement par l'air à contre-courant, dans lesquels la chaleur provenant de l'air s'écoulant dans une direction, est évacuée d'un côté de la machine sur l'envelop- pe du stator, d'où elle est entraînée par le courant d'air circulant extérieurement autour de cette enveloppe dans la direction inverse. Dans ce cas, il se produit également des différences de température sur les deux côtés de la machine lorsque l'action de refroidissement n'est pas égale sur ces deux côtés.
L'invention a pour objet un système de refroidisse- ment des machines électriques par l'air à contre-courant, dans lequel l'air de refroidissement, - qui est fourni par deux dispositifs de ventilation aménagés à la manière connue des deux côtés du rotor, c'est-à-dire sur les deux côtés de la machine, et formés soit par l'enroulement du rotor lui- même, soit par des pales convenablement adaptées-, s'écoule sur les deux têtes de l'enroulement du stator en formant des courants alternativement opposés, et passe dans des chambres d'évacuation distinctes qui sont ici formées dans l'envelop- pe du stator, de telle sorte que les deux courants d'air ne se rencontrent pas au milieu et, d'autre part, ne se détrui- sent pas.
Ces canaux d'air alternés peuvent, soit être ou- verts et droits,soit être combinés avec les courants d'air venant des canaux de ventilation connus ménagés dans les tôles
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du rotor ou du stator. Le refroidissement par l'air à contre- courant est, avec le présent système, obtenu avec la résis- tance minimum et sans tourbillonnement. La réalisation con- forme à l'invention peut être appliquée aussi bien aux machi- nes du type ouvert qu'à celles du type fermé et cela grâce à une disposition particulière de leurs flasques ou coquilles.
Le dessin annexé montre, à titre d'exemples, deux modes de réalisation de l'objet de l'invention, l'un concer- nant un moteur asynchrome à courant tournant avec induit en court-circuit et l'autre relatif à un moteur avec induit en phase.
La fig. 1 montre la coupe longitudinale axiale, suivant la ligne I-I de la fig. 2, d'un moteur du type ou- vert avec induit en court-circuit, muni du système de re- froidissement par l'air à contre-courant objet de l'invention.
La fig. 2 est la vue de côté correspondante, vue dans la di- rection de la flèche A de la fig. 1 et montrant le flasque.
La fig. 3 est la coupe longitudinale analogue d'un moteur du type fermé, faite suivant la ligne III-III de la fig. 4, et montrant, sur la moitié gauche de la fig. 3, un moteur avec induit en court-circuit et,sur la moitié droite, un moteur avec induit en phase. La fig. 4 montre la vue de côté correspondante, vue dans la direction de la flèche A de la fig. 3 et montrant le flasque.
La fig. 5 montre une variante de réalisation d'une partie de la fig. 1.
Dans les machines électriques, aussi bien du type ouvert que du type fermé, comme par exemple dans les dynamos ou les moteurs électriques comportant un stator 1 de disposi- tion extérieure normale, le refroidissement par l'air à con- tre-courant est obtenu par l'agencement de flasques ou coquil- les 6 et 6' spécialement conformées, présentant des fentes 18
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et 19 qui sont ménagées à leur périphérie et de préférence en forme d'arc et qui débouchent dans des canaux périphéri- ques 8 et 9 du corps du stator, disposés longitudinalement dans l'enveloppe du moteur, de telle sorte que le décalage en position rotative d'un flasque 6 par rapport à l'autre flasque 6' ou par rapport au corps du stator permet de faire varier la direction d'écoulement de l'air de refroidissement.
L'on peut, par conséquent, aussi bien pour les moteurs du type ouvert des fig. 1 et 2 que pour les moteurs du type fer- mé des fig. 3 et 4, employer les mêmes flasques pour diriger l'air de refroidissement à contre-courant, quoique les flas- ques des deux types de moteurs, dans les deux exemples de réalisation représentés, diffèrent l'un de l'autre par le nombre des ouvertures périphériques.
Dans la réalisation des fig. 1 et 2, l'air est aspiré par l'enroulement 5 du moteur, soit par les barres 20 du rotor qui agissent comme ventilateurs, soit par les faces extrêmes du rotor qui comportent des ailettes 21 engagées dans un anneau 23 comme le montre la fig. 5, soit au moyen d'une roue à palettes adaptée sur le rotor 4. L'air de re- froidissement pénètre par les ouvertures 7 dans l'enveloppe du moteur entre le corps 22 du palier et la paroi latérale adjacente du flasque 6 et 6' du moteur. Il s'écoule ainsi autour des têtes d'enroulement 3 du stator et, de là, sur toute la longueur du paquet des tôles 2 du stator, en for- mant de larges courants partiels à la périphérie du stator grâce à un groupe de canaux longitudinaux 8 disposés et ré- partis régulièrement à la périphérie du corps 1 du stator.
De la mené manière l'air de refroidissement est aspiré par l'enroulement 5 du rotor ou par des ailettes spéciales 21 du rotor 4 (voir fig. 1), sur l'autre côté du moteur par les ouvertures 7' du flasque opposé 6'. Cet air s'écoule sur cette
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face du moteur autour des têtes 3 de l'enroulement du stator et de nouveau sur toute la longueur du paquet des tôles 2 du stator, mais dans une direction opposée à celle précédem- ment indiquée, et cela grâce à un deuxième groupe'de canaux indépendants 9 ménagés dans le corps 1 du stator de façon à - alterner régulièrement avec les canaux 8, de telle sorte que, dans les six canaux représentés à titre d'exemple sur les fig. 1 et 2, les axes radiaux de deux canaux voisins fassent entre eux un angle de 60 .
Les ouvertures 19 du flasque de gauche 6 et les ouvertures 18 du flasque de droite 6' sont, dans cette réalisation, décalées les unes des autres de 60 , comme il a été dit, de sorte qu'en regard de l'ouverture de l'un des flasques se trouve toujours la surface d'extrémité pleine du-flasque opposé; il en résulte que l'air de refroidis- sement s'écoule,d'une part dans la direction des flèches a-a' par les canaux 8 dans un sens et, dans la direction des flèches b-b', par les canaux 9, dans l'autre sens. Grâce à l'action alternée des courants de refroidissement dans les canaux péri- phériques du corps du stator, l'on obtient une compensation très efficace de la chute de température, de telle sorte qu'à l'intérieur de la machine, l'effet de refroidissement est égal partout.
Le nombre des nervures de répartition qui limitent les canaux longitudinaux 8 et 9 dans le corps 1 à la périphé- rie des tôles 2 du stator, et qui servent simultanément au centrage et à la fixation de ces tôles 2 et, par suite, le nombre des canaux 8 et 9 peuvent naturellement être choi- sis suivant la taille de la machine. Ces nervures form.ent, avec les fentes 18,19 et avec les ouvertures d'admission d'air de refroidissement 7, 7', ménagées dans les deux flas- ques 6, 6', des canaux de passage 8,9, séparés les uns des autres,en nombre correspondant au type de construction donné et au nombre des nervures et des ouvertures.
La totalité de
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l'air de refroidissement aspiré sur les deux côtés de la machine traverse ainsi deux groupes de canaux 8 et 9 formés à la périphérie des tôles du stator, et cela alternativement dans l'une et l'autre direction; il en résulte que cet air s'écoule, non seulement autour des têtes d'enroulement 3, mais aussi autour de tout le fer actif du stator, ce qui as- sure une évacuation régulière de la chaleur, ainsi qu'une diminution considérable du degré d'échauffement de la machine, en augmentant ainsi notablement le rendement de la machine comparativement à une machine d'égale grosseur refroidie de la façon antérieure usuelle.
La disposition décrite ci-dessus des flasques 6, 6' et des canaux périphériques 8, 9 du corps 1 du stator peut, conformément à l'invention,être employée aussi pour des ma- chines du type fermé; il suffira de faire tourner l'un des flasques par rapport à l'autre de manière que les ouvertures 19 d'un flasque 6 se trouvent toujours, par rapport aux ouvertures 18 de l'autre flasque 6', dans une position telle qu'elles soient également en regard des surfaces d'ex- trémité pleines de ce flasque. Par suite, l'on obtient une surface de refroidissement plus que doublée comparativement à celle des machines complètement fermées du type usuel.
Dans ce cas, chaque deuxième canal 8 et 9 du corps du stator est ouvert sur les deux cotés, comme on le voit sur la fig. 3, au lieu d'être relié des deux cotés à la chambre intérieure de la machine, comme le sont les canaux usuels, de telle sorte que la chaleur se trouve évacuée sur toute la périphérie des tôles du stator, ce qui a pour résultat à la fois une meil- leure utilisation de la matière et un fonctionnement plus . économique.
Cette réalisation d'une construction complètement fermée est montrée sur les fig. 3 et 4. Les deux flasques ou
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coquilles 6 et 6' sont également réalisées comme dans le type ouvert des fig. 1 et 2. Dans l'exemple de réalisation des fig. 3 et 4, chaque flasque comporte seulement deux fen- tes 18, 19 ayant la forme d'un arc sous-tendant un angle de 90 . Entre ces deux fentes se trouve une surface pleine du flasque qui entoure aussi un arc de 90 . Les flasques 6, 6' sont réglés en position l'un par rapport à l'autre de telle sorte qu'en face la fente 19 de l'un des flasques se trouve la fente 18 de l'autre flasque et que les surfaces pleines situées entre les fentes se trouvent en regard l'une de l'au- tre.
Les parois et les nervures du corps 1 du stator limitent dans celui-ci quatre canaux 8, 9, dont les deux canaux 8 sont, dans le cas considéré, ouverts aux deux extrémités, alors que les deux canaux 9 sont fermés vers l'extérieur à leurs deux extrémités par la paroi pleine d'extrémité des flasques. Ces canaux sont toutefois reliés des deux côtés à la chambre dans laquelle se trouvent l'enroulement 3 du stator et l'enroule- ment 5 du rotor.
L'enroulement 5 du stator est conformé de telle sor- te que, dans les moteurs à induit en court circuit, l'espace compris entre*le fer actif 4 du rotor et le flasque 6 (moitié de gauche de la fig. 3) est fermé par un fourreau tubulaire 10, qui constitue en même temps la bague de mise en court circuit de l'enroulement 5 du rotor. Dans le cas d'un enroulement en phase du rotor 5' (moitié de droite de la fig. 3), ce four- reau est remplacé par un support d'étanchéité et d'appui 11, qui assure également l'étanchéité de la chambre comprise entre le fer 4 du rotor et le flasque 6.
Par suite de l'étanchéité de la chambre comprise entre le rotor 4 et les flasques 6 et 6', obtenue par l'emploi du fourreau ou support 10 ou 11, lequel peut aussi comporter
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un dispositif d'étanchéité à labyrinthe, l'on obtient une grande chambre de refroidissement et une grande surface de refroidissement, puisque l' espace où se trouvent les faces d'extrémité du rotor est relié aux canaux 8 et 9 situés à la périphérie des tôles du stator par les canaux 15 parallèles à l'axe du rotor et par les canaux radiaux 14 perpendiculaires à cet axe, ces derniers canaux 14 étant ménagés dans le rotor 4 et le stator 2 et débouchant dans les canaux longitudinaux 8 et 9.
Dans les canaux ouverts 8, l'air de refroidissement s'écoule par conséquent dans la direction des flèches a-a' et b-b', tandis que dans la chambre fermée l'air de refroi- dissement se trouve dans ce cas aspiré dans la direction des flèches c-d, de la même manière que cela était indiqué par les flèches c-d dans la fig. 1. Dans le type fermé des fig.3 et 4, le système de circulation produit, par suite, un re- froidissement plus efficace, car les courants partiels d'air de refroidissement ne se rencontrent pas et ne viennent pas s'entrechoquer l'un contre l'autre, quoique chaque courant partiel n'entoure pas sur toute leur longueur les tôles du stator.
Dans la disposition conforme à l'invention, les paliers 22 et les parties voisines de l'arbre 25 sont refroi- dis par le courant d'air, tandis que dans les modes de cons- truction fermés usuels, il se produit souvent un échauffement des paliers du fait de l'air chaud intérieur.
La solution conforme à l'invention satisfait complè- tement aux exigences techniques des machines électriques du type fermé, et elle assure, grâce à un refroidissement très efficace, leur protection contre les impuretés et les effets nuisibles analogues de l'air de refroidissement, de sorte que les machines munies du système de refroidissement objet de
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l'invention travaillent économiquement et donnent un rende- ment parfait.