EP4032172A1 - Machine électrique refroidie à l'huile - Google Patents

Machine électrique refroidie à l'huile

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Publication number
EP4032172A1
EP4032172A1 EP20754212.7A EP20754212A EP4032172A1 EP 4032172 A1 EP4032172 A1 EP 4032172A1 EP 20754212 A EP20754212 A EP 20754212A EP 4032172 A1 EP4032172 A1 EP 4032172A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
bearing
electric machine
oil
bearing housing
ring
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP20754212.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Bassel Assaad
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ampere SAS
Original Assignee
Renault SAS
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
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
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Pending legal-status Critical Current

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    • H02K5/1732—Means for supporting bearings, e.g. insulating supports or means for fitting bearings in the bearing-shields using bearings with rolling contact, e.g. ball bearings radially supporting the rotary shaft at both ends of the rotor
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    • F16C33/6637—Special parts or details in view of lubrication with liquid lubricant
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    • F16C33/6666—Details of supply of the liquid to the bearing, e.g. passages or nozzles from an oil bath in the bearing housing, e.g. by an oil ring or centrifugal disc
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    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
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    • F16C19/04—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
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    • F16C2380/00—Electrical apparatus
    • F16C2380/26—Dynamo-electric machines or combinations therewith, e.g. electro-motors and generators

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of electrical engineering and more specifically relates to an electrical machine cooled by a dielectric coolant such as oil.
  • oil circulation channels and injectors are positioned in the crankcase of the machine, in order to spray oil on the bearings and on the active parts of the machine.
  • This type of cooling system requires a pump, a strainer, injectors and a circulation circuit which significantly increase the cost of the electrical machine.
  • One of the aims of the invention is to remedy at least part of the drawbacks of the prior art by providing an electric machine cooled by a dielectric liquid, which is inexpensive while ensuring good cooling of the active parts of the machine and a good lubrication of bearings and dynamic seals of the machine.
  • an electric machine comprising:
  • a rotor comprising a rotating shaft, a lower part of said rotor bathed in a dielectric cooling liquid
  • the casing comprising at least one bearing housing substantially cylindrical receiving by means of a bearing one end of said rotating shaft, said bearing being held in position in said bearing housing by, on the one hand, a retaining ring integral with an outer ring of said bearing, said retaining ring being abutment against an axial end surface of said bearing housing, and on the other hand a circular shoulder of said rotating shaft against which is brought into abutment an internal ring of said bearing, characterized in that an upper angular portion of a substantially cylindrical portion of said bearing housing comprises a receptacle capable of collecting dielectric cooling liquid sprayed into the housing by bubbling said rotor, and in that said upper angular portion comprises at least one channel passing radially through said substantially cylindrical portion, said channel opening axially between the outer ring of said bearing and an internal annular peripheral sidewalk erne said bearing housing.
  • the working parts of the machine are cooled by the oil sprayed by the rotor when the rotor rotates, and the bearings of the machine are also lubricated by the oil sprayed by the rotor during operation.
  • the machine according to the invention is therefore less expensive, more compact and easier to manufacture than in the prior art.
  • said channel opens into a space of at least 2 mm (millimeters) formed between said internal annular peripheral sidewalk of said bearing housing and said bearing, and in which a dynamic seal is arranged around said rotating shaft in the space delimited by said internal annular peripheral sidewalk.
  • This space allows good oil circulation all around the bearing and dynamic seal.
  • said retaining ring comprises a recess, said recess being located radially between the outer ring of said bearing and an internal cylindrical surface of said bearing housing.
  • said recess is located angularly closer to a horizontal plane including the axis of said rotating shaft, than to a vertical axis intersecting the axis of said rotating shaft. This makes it possible to keep a reserve of lubricating oil at the level of the bearing, when the electrical machine is restarted.
  • said receptacle and said bearing housing of said housing are made in a single piece obtained by molding. This variant allows easy assembly of the electric machine.
  • said receptacle is formed from a separate part interposed axially between an internal wall of said housing and said retaining ring, said part comprising a weir forming said channel and molded in a lower part of said part, said lower part of said part being inserted into a corresponding recess formed in said substantially cylindrical portion of said bearing housing.
  • said receptacle is formed of a separate part interposed axially between an internal wall of said casing and said retaining ring, said part having the shape of a deformed crown section, the outer periphery of said crown being offset axially with respect to the inner periphery of said ring, said inner periphery of said ring being attached to said outer periphery of said ring by a corresponding annular section, said outer periphery of said ring resting against said retaining ring, said annular section conforming to the surface of said upper angular portion of said substantially cylindrical portion of said bearing housing, a weir forming said channel being molded in said annular section and in said inner periphery of said ring, said inner periphery of said ring being inserted into a corresponding recess formed in said substantially cylindrical portion of said bearing housing, said part further comprising retaining members in the form of walls extending radially and axially at the longitudinal ends of said annular section.
  • said receptacle is made of plastic. It is thus easy to produce by molding and inexpensive.
  • the invention also relates to an electric or hybrid vehicle comprising an electric traction machine according to the invention, in which said casing of said electric machine comprises an exchanger in its lower part incorporating a network of coolant channels connected to a cooling circuit. cooling connecting other equipment of said vehicle including the radiator located at the front of said vehicle, said cooling liquid being glycol water.
  • This exchanger allows the cooling of the dielectric cooling liquid located in the casing of the machine, in particular when the temperature of said dielectric cooling liquid is above a high temperature threshold.
  • said dielectric cooling liquid is oil
  • said electrical machine is oil-tight and comprises an oil reservoir in a lower part of said casing provided with a heating element, said vehicle comprising means for activating said heating resistor when the temperature of the oil in said reservoir is below a low temperature threshold, during a starting phase of said vehicle.
  • This heating of the oil at start-up allows the machine to operate correctly in very cold conditions, the oil at low temperature not allowing the bearings and dynamic seals of the machine to be lubricated correctly, and inducing significant viscous friction on the rotor.
  • said electric machine is dimensioned for a nominal speed not exceeding 9000 revolutions per minute and does not include an internal oil projection circuit. This dimensioning makes it possible to keep a good performance for the electric machine, the friction of the oil on the rotor inducing significant losses at very high speed.
  • the electric or hybrid vehicle according to the invention has advantages similar to those of the electric machine according to the invention.
  • FIG. 1 shows in longitudinal section an electric machine cooled by a dielectric liquid according to the invention, in this preferred embodiment
  • FIG. 2 shows an enlargement of Figure 1 at a bearing of the electric machine according to the invention, in this preferred embodiment
  • FIG. 3 shows a part of the machine according to the invention forming a receptacle, in this preferred embodiment
  • FIG. 4 shows a rotating shaft of the machine according to the invention, with the position of said part relative to other elements attached to the shaft, in this preferred embodiment.
  • an electrical machine ME comprises a sealed CAR casing in which is fixed a stator STAT, a substantially hollow cylindrical assembly, formed of sheets comprising windings of wires. of copper.
  • the STAT stator is fixed by screws or by shrinking to the substantially cylindrical internal wall of the CAR casing.
  • substantially in this application, is meant “with a few variations”, for example with bumps or holes added relative to to a shape so defined, or with a difference within a range of 10% from a direction or position so defined.
  • the STAT stator In the STAT stator is housed a ROT rotor, an assembly of sheets and windings or magnets surrounding an AT rotating shaft.
  • the ends of the AT rotating shaft are held in bearings including ball bearings mounted on the AT rotating shaft and housed in substantially cylindrical LP bearing housings formed in the substantially planar walls of the CAR housing.
  • the ball bearings are housed in a cylindrical internal part of the bearing housings.
  • the RB ball bearing housed in the cylindrical inner part of the LP bearing housing has an outer ring BER and an internal BIR ring.
  • the outer ring BER is secured to a retaining ring BR at the level of the axial end of the outer ring of the bearing RB facing the rotor ROT.
  • the axial direction refers to the rotating axis AX of the rotor ROT, the radial and ortho-radial direction are also defined with respect to this axis AX.
  • the CAR casing is for example designed in two parts, a bottom wall in which the ROT rotor is inserted, and a cover closing the CAR casing, the wall of which is visible in FIG. 2.
  • an axial end surface SEA of the LP bearing housing located on the side of the ROT rotor, presses against the retaining ring BR in the direction of the ROT rotor, participating in the stressing of the RB ball bearing.
  • the axial end surface SEA extends on a plane orthogonal to the axis AX of the rotor ROT.
  • the RB ball bearing is held in position by a circular shoulder EP on the AT rotating shaft, which exerts a force in the opposite direction of the ROT rotor on the BIR inner ring of the RB ball bearing.
  • the lower part of the ROT rotor is bathed in a dielectric coolant, which is in this preferred embodiment of the invention, OIL oil.
  • OIL oil a dielectric coolant
  • the terms lower and upper, or top and bottom in this application refer to a vertical axis V along which the electric machine ME is positioned. This axis is directed in the opposite direction to the direction of the force of gravity.
  • the NO level of the OIL oil in the lower part of the ME electric machine is located at the lower winding of the ROT rotor.
  • the rotational movement of the ROT rotor brings OIL oil over the entire cylindrical surface of the ROT rotor, which cools the rotor windings.
  • OIL oil is further sprayed by the ROT rotor onto the cylindrical inner surface of the STAT stator, thereby cooling the stator windings.
  • the sprayed oil which reaches the rotating shaft AT of the ROT rotor only lubricates the ball bearings very lightly. Another portion of the sprayed oil, as it falls, becomes trapped in a REC receptacle disposed on an upper surface of the LP bearing housing.
  • a channel passing through this upper part of the LP bearing housing brings the oil thus trapped in the space between the RB ball bearing and a dynamic seal JD extending the wall of the CAR casing to seal the electrical machine ME at the outlet. of the AT rotating shaft.
  • the oil effectively lubricates the RB ball bearing as well as the JD dynamic seal.
  • the REC receptacle is open in the upper part, its lower part conforming to an upper angular portion of the substantially cylindrical part of the LP bearing housing except at the level of the channel formed by a recess EV in the LP bearing housing and which opens out between the BER outer ring of the RB ball bearing, and an inner annular peripheral TRO curb of the LP bearing housing.
  • This ESP space between the sidewalk TRO and the BER outer ring of the RB ball bearing extends axially for at least 2mm, with the RB ball bearing not fully seated in the LP bearing housing.
  • This ESP space preferably extends axially over 4 to 6 mm.
  • the internal annular peripheral sidewalk TRO of the LP bearing housing defines, in the wall of the CAR casing, a space in which the dynamic seal JD is housed hermetically closing the axial end of the electric machine ME at the level of the ball bearing RB.
  • the REC receptacle is a part shown in Figure 3 and assembled on the LP bearing housing, for example clipped or screwed thereto.
  • This part for example made of molded plastic, has the shape of an angular section of a flat crown having been axially deformed.
  • the outer periphery PE of this crown section is offset axially with respect to the internal periphery PI of this crown section.
  • the walls of these external PE and internal PI peripheries of the REC receptacle are connected by an annular surface SA matching the upper surface of the bearing housing LP on which it is placed.
  • the wall of the outer periphery PE is pressed against the retaining ring BR, the wall of the inner periphery PI is inserted into the recess EV formed radially in the substantially cylindrical part of the bearing housing LP.
  • the REC receptacle also includes ER retaining elements closing the angular ends of the part, these angular elements extending radially along the outer peripheral wall PE and axially over the width of the annular surface SA.
  • Radial CAN channels in the inner peripheral wall PI of the REC receptacle form a weir allowing oil to descend to lubricate the RB ball bearing and JD dynamic seal.
  • FIG. 4 The position of the REC receptacle with respect to the ball bearing RB on the rotating shaft AT and with respect to the dynamic seal JD is shown in FIG. 4, without the CAR casing of the electric machine ME.
  • the target sensor CC position is therefore located outside the CAR casing of the ME electric machine.
  • An OR recess in the BR retaining ring allows the oil flowing between the dynamic seal JD and the ball bearing RB to flow into the lower part of the CAR crankcase.
  • this recess OR is located radially between the outer ring of the ball bearing RB and the inner cylindrical wall of the bearing housing LP.
  • the recess OR is located angularly closer to a horizontal plane (therefore orthogonal to the axis V) including the axis AX of the rotating shaft AT, and the vertical axis V passing through the axis AX of the rotating shaft.
  • a heating resistor is placed in the lower part of the CAR casing.
  • This heating resistor is connected to a circuit controlled by a computer connected to a temperature sensor.
  • This temperature sensor reads the temperature of the OIL oil, or the ambient temperature.
  • a low temperature threshold for example -10 ° C (degree Celsius)
  • the computer supplies the circuit connected to the heating resistor, which then heats the OIL oil.
  • an ECH heat exchanger is integrated in the CAR casing of the electric machine ME.
  • This ECH exchanger is for example made up of a brine circuit machined in the lower part of the ME electric machine, and connected to a cooling circuit.
  • the ECH exchanger is connected to the main cooling circuit of the vehicle, which cools the power electronics of the vehicle and is connected to the radiator located at the front of the vehicle.
  • the oil being in direct contact with the rotor increases the mechanical losses at high speed.
  • the electrical machine ME is therefore sized to operate at nominal over a speed threshold of up to 9000 revolutions per minute at most. This maximum nominal speed can be set a little lower, for example 8000 revolutions per minute.
  • the vehicle using the electric traction machine ME does not require an internal oil projection circuit including in particular an oil pump.
  • each bearing housing of the electrical machine ME is provided with a REC receptacle.
  • the REC receptacle and the bearing housing are produced by casting in a single piece obtained by molding.
  • a single CAN channel is molded in the part forming the REC receptacle.

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Abstract

L'invention concerne une machine électrique comportant : - un rotor (ROT) baignant dans un liquide diélectrique de refroidissement, - un carter (CAR) comportant au moins un logement de palier (LP) recevant un roulement (RB) à l'extrémité de l'arbre tournant (AT) du rotor (ROT), caractérisée en ce que ledit logement de palier (LP) comporte un réceptacle (REC) apte à recueillir du liquide diélectrique de refroidissement projeté dans le carter (CAR) par barbotage dudit rotor (ROT), et en ce que ledit logement de palier (LP) comporte au moins un canal traversant débouchant axialement entre la bague extérieure (BER) dudit roulement et un trottoir (TRO) interne audit logement de palier (LP).

Description

MACHINE ELECTRIQUE REFROIDIE A L'HUILE
La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l’électrotechnique et concerne plus précisément une machine électrique refroidie par un liquide diélectrique caloporteur tel que de l’huile.
Dans une machine électrique étanche refroidie à l’huile, des joints dynamiques sont insérés des deux côtés de la machine, autour de l’arbre tournant, pour assurer l’étanchéité de la machine. Les roulements autour de l’arbre de la machine ont également besoin d’être lubrifiés. Afin de refroidir les parties actives de la machine, que sont le rotor et le stator, et de lubrifier les roulements et les joints de la machine, avec la même huile, un circuit d’huile généralement onéreux est réalisé.
Par exemple dans le brevet WO2018206890, des canaux de circulation d’huile et des injecteurs sont positionnés dans le carter de la machine, afin de projeter de l’huile sur les roulements et sur les parties actives de la machine. Ce type de système de refroidissement nécessite une pompe, une crépine, des injecteurs et un circuit de circulation qui augmentent significativement le coût de la machine électrique.
Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant une machine électrique refroidie par un liquide diélectrique, qui soit peu onéreuse tout en assurant un bon refroidissement des parties actives de la machine et une bonne lubrification des roulements et des joints dynamiques de la machine.
A cette fin, l'invention propose une machine électrique comportant :
- un rotor comportant un arbre tournant, une partie inférieure dudit rotor baignant dans un liquide diélectrique de refroidissement,
- un stator fixé sur une paroi interne d’un carter de la machine et entourant ledit rotor, le carter comportant au moins un logement de palier sensiblement cylindrique recevant par l’intermédiaire d’un roulement une extrémité dudit arbre tournant, ledit roulement étant maintenu en position dans ledit logement de palier par d’une part une bague de retenue solidaire d’une bague extérieure dudit roulement, ladite bague de retenue étant mise en butée contre une surface d’extrémité axiale dudit logement de palier, et par d’autre part un épaulement circulaire dudit arbre tournant contre lequel est mise en butée une bague interne dudit roulement, caractérisée en ce qu’une portion angulaire supérieure d’une partie sensiblement cylindrique dudit logement de palier comporte un réceptacle apte à recueillir du liquide diélectrique de refroidissement projeté dans le carter par barbotage dudit rotor, et en ce que ladite portion angulaire supérieure comporte au moins un canal traversant radialement ladite partie sensiblement cylindrique, ledit canal débouchant axialement entre la bague extérieure dudit roulement et un trottoir périphérique annulaire interne dudit logement de palier.
Grâce à l’invention, les parties actives de la machine sont refroidies par l’huile projetée par le rotor lorsque celui-ci tourne, et les roulements de la machine sont lubrifiés également par l’huile projetée par le rotor lors de son fonctionnement. Cela économise des canaux de circulation, une pompe, une crépine dédiées à cette circulation, et des injecteurs. La machine selon l’invention est de ce fait moins onéreuse, plus compacte et plus simple à fabriquer que dans l’art antérieur.
Avantageusement, dans ladite machine selon l’invention, ledit canal débouche sur un espace d’au moins 2 mm (millimètres) ménagé entre ledit trottoir périphérique annulaire interne dudit logement de palier et ledit roulement, et dans laquelle un joint dynamique d’étanchéité est disposé autour dudit arbre tournant dans l’espace délimité par ledit trottoir périphérique annulaire interne. Cet espace permet une bonne circulation de l’huile tout autour du roulement et du joint dynamique.
Avantageusement encore, ladite bague de retenue comporte un évidement, ledit évidement étant situé radialement entre la bague extérieure dudit roulement et une surface cylindrique interne dudit logement de palier. Cette caractéristique de l’invention permet l’écoulement de l’huile de lubrification vers la partie inférieure du carter, sans noyer l’espace compris entre le roulement et le joint dynamique.
Avantageusement encore, ledit évidement est situé angulairement plus proche d’un plan horizontal englobant l’axe dudit arbre tournant, que d’un axe vertical intersectant l’axe dudit arbre tournant. Cela permet de garder une réserve d’huile de lubrification au niveau du roulement, au moment d’un nouveau démarrage de la machine électrique.
Selon une variante de réalisation de l’invention, ledit réceptacle et ledit logement de palier dudit carter sont réalisés dans une pièce monobloc obtenue par moulage. Cette variante permet un montage facilité de la machine électrique.
Préférentiellement, ledit réceptacle est formé d’une pièce séparée intercalée axialement entre une paroi interne dudit carter et ladite bague de retenue, ladite pièce comportant un déversoir formant ledit canal et moulé dans une partie inférieure de ladite pièce, ladite partie inférieure de ladite pièce étant insérée dans un évidement correspondant formé dans ladite partie sensiblement cylindrique dudit logement de palier. Ce mode de réalisation de l’invention permet une réalisation facilitée des parois du carter, les logements de paliers de la machine selon l’invention étant très peu modifiés dans ce mode de réalisation par rapport aux logements de paliers de l’art antérieur.
Avantageusement, ledit réceptacle est formé d’une pièce séparée intercalée axialement entre une paroi interne dudit carter et ladite bague de retenue, ladite pièce ayant la forme d’une section de couronne déformée, la périphérie externe de ladite couronne étant décalée axialement par rapport à la périphérie interne de ladite couronne, ladite périphérie interne de ladite couronne étant rattachée à ladite périphérie externe de ladite couronne par une section annulaire correspondante, ladite périphérie externe de ladite couronne étant en appui contre ladite bague de retenue, ladite section annulaire épousant la surface de ladite portion angulaire supérieure de ladite partie sensiblement cylindrique dudit logement de palier, un déversoir formant ledit canal étant moulé dans ladite section annulaire et dans ladite périphérie interne de ladite couronne, ladite périphérie interne de ladite couronne étant insérée dans un évidement correspondant formé dans ladite partie sensiblement cylindrique dudit logement de palier, ladite pièce comportant en outre des éléments de retenue sous forme de parois s’étendant radialement et axialement au niveau des extrémités longitudinales de ladite section annulaire. Dans ce mode de réalisation de la machine selon l’invention, le réceptacle est simple à fabriquer et se monte facilement sur le logement de palier correspondant.
Préférentiellement, ledit réceptacle est en matière plastique. Il est ainsi facile à réaliser par moulage et peu coûteux.
L’invention concerne aussi un véhicule électrique ou hybride comportant une machine électrique de traction selon l’invention, dans lequel ledit carter de ladite machine électrique comporte un échangeur dans sa partie inférieure intégrant un réseau de canaux de liquide de refroidissement connecté à un circuit de refroidissement reliant d’autres équipements dudit véhicule parmi lesquels le radiateur situé à l’avant dudit véhicule, ledit liquide de refroidissement étant de l’eau glycolée. Cet échangeur permet le refroidissement du liquide diélectrique de refroidissement situé dans le carter de la machine, notamment lorsque la température dudit liquide diélectrique de refroidissement est supérieure à un seuil haut de température.
Préférentiellement, dans ledit véhicule selon l’invention, ledit liquide diélectrique de refroidissement est de l’huile, ladite machine électrique est étanche à l’huile et comporte un réservoir d’huile dans une partie inférieure dudit carter pourvue d’une résistante chauffante, ledit véhicule comportant des moyens d’activation de ladite résistance chauffante lorsque la température de l’huile dans ledit réservoir est inférieure à un seuil bas de température, lors d’une phase de démarrage dudit véhicule. Ce réchauffement de l’huile au démarrage permet un bon fonctionnement de la machine par grand froid, l’huile à basse température ne permettant pas de lubrifier correctement les roulements et les joints dynamiques de la machine, et induisant des frottements visqueux importants sur le rotor. Avantageusement, dans ledit véhicule selon l’invention, ladite machine électrique est dimensionnée pour un régime nominal n’excédant pas 9000 tours par minutes et ne comporte pas de circuit interne de projection d’huile. Ce dimensionnement permet de garder un bon rendement pour la machine électrique, les frottements de l’huile sur le rotor induisant des pertes importantes à très haut régime.
Le véhicule électrique ou hybride selon l’invention présente des avantages analogues à ceux de la machine électrique selon l’invention.
D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préféré décrit en référence aux figures dans lesquelles :
- la figure 1 représente en coupe longitudinale une machine électrique refroidie par un liquide diélectrique selon l'invention, dans ce mode de réalisation préféré,
- la figure 2 représente un agrandissement de la figure 1 au niveau d’un roulement de la machine électrique selon l’invention, dans ce mode de réalisation préféré,
- la figure 3 représente une pièce de la machine selon l’invention formant un réceptacle, dans ce mode de réalisation préféré,
- et la figure 4 représente un arbre tournant de la machine selon l’invention, avec la position de ladite pièce par rapport à d’autres éléments fixés sur l’arbre, dans ce mode de réalisation préféré.
Selon un mode préféré de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, une machine électrique ME selon l’invention comporte un carter CAR étanche dans lequel est fixé un stator STAT, ensemble sensiblement cylindrique creux, formé de tôles comportant des enroulements de fils de cuivre. Le stator STAT est fixé par vis ou par frettage à la paroi interne sensiblement cylindrique du carter CAR. Par « sensiblement » dans cette demande, on entend « à quelques variations près », par exemple avec des bosses ou des trous ajoutés par rapport à une forme définie ainsi, ou avec une différence dans une fourchette de 10% par rapport à une direction ou une position définie ainsi.
Dans le stator STAT est logé un rotor ROT, assemblage de tôles et de bobinages ou d’aimants entourant un arbre tournant AT. Les extrémités de l’arbre tournant AT sont tenus dans des roulements notamment à billes montés sur l’arbre tournant AT et logés dans des logements de palier LP sensiblement cylindriques formés dans les parois sensiblement planes du carter CAR. Notamment les roulements à billes sont logés dans une partie interne cylindrique des logements de palier.
Sur l’agrandissement d’une partie de la figure 1 située au niveau d’un logement de palier LP, visible sur la figure 2, le roulement à billes RB logé dans la partie interne cylindrique du logement de palier LP comporte une bague externe BER et une bague interne BIR. La bague externe BER est solidarisée à une bague de retenue BR au niveau de l’extrémité axiale de la bague externe du roulement RB faisant face au rotor ROT. Il est à noter que dans cette demande la direction axiale se réfère à l’axe tournant AX du rotor ROT, la direction radiale et ortho-radiale sont définies également par rapport à cet axe AX. De façon connue le carter CAR est par exemple conçu en deux parties, une paroi de fond dans laquelle est insérée le rotor ROT, et un couvercle refermant le carter CAR, dont la paroi est visible sur la figure 2. Lorsque le couvercle du carter CAR est refermé sur la paroi de fond du carter CAR, une surface d’extrémité axiale SEA du logement de palier LP située du côté du rotor ROT, appuie contre la bague de retenue BR en direction du rotor ROT, participant à la mise en contrainte du roulement à billes RB. La surface d’extrémité axiale SEA s’étend sur un plan orthogonal à l’axe AX du rotor ROT. Le roulement à billes RB est maintenu en position grâce à un épaulement circulaire EP sur l’arbre tournant AT, qui exerce une force en direction opposée au rotor ROT sur la bague interne BIR du roulement à billes RB. La partie inférieure du rotor ROT baigne dans un liquide de refroidissement diélectrique, qui est dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, de l’huile OIL. Les termes inférieur et supérieur, ou haut et bas dans cette demande se réfèrent à un axe vertical V selon lequel est positionnée la machine électrique ME. Cet axe est dirigé dans le sens inverse de la direction de la force de gravité. Le niveau NO de l’huile OIL dans la partie inférieure de la machine électrique ME est situé au niveau du bobinage inférieur du rotor ROT.
Lorsque la machine électrique ME est en fonctionnement, le mouvement en rotation du rotor ROT amène l’huile OIL sur toute la surface cylindrique du rotor ROT, ce qui permet de refroidir les bobinages rotoriques. L’huile OIL est de plus projetée par le rotor ROT sur la surface interne cylindrique du stator STAT, refroidissant ainsi les bobinages statoriques. En retombant, l’huile projetée qui atteint l’arbre tournant AT du rotor ROT ne lubrifie que très légèrement les roulements à billes. Une autre partie de l’huile projetée, en retombant, se trouve piégée dans un réceptacle REC disposé sur une surface supérieure du logement de palier LP. Un canal traversant cette partie supérieure du logement de palier LP amène l’huile ainsi piégée dans l’espace situé entre le roulement à billes RB et un joint dynamique JD prolongeant la paroi du carter CAR pour étanchéifier la machine électrique ME au niveau de la sortie de l’arbre tournant AT. L’huile vient ainsi lubrifier efficacement le roulement à billes RB ainsi que le joint dynamique JD.
Plus précisément le réceptacle REC est ouvert en partie supérieure, sa partie inférieure épousant une portion angulaire supérieure de la partie sensiblement cylindrique du logement de palier LP sauf au niveau du canal formé par un évidement EV dans le logement de palier LP et qui débouche entre la bague extérieure BER du roulement à billes RB, et un trottoir TRO périphérique annulaire interne du logement de palier LP. Cet espace ESP entre le trottoir TRO et la bague extérieure BER du roulement à billes RB s’étend axialement sur au moins 2mm, le roulement à billes RB n’étant pas entièrement enfoncé dans le logement de palier LP. Cet espace ESP s’étend de préférence axialement sur 4 à 6 mm. Le trottoir périphérique annulaire interne TRO du logement de palier LP délimite, dans la paroi du carter CAR, un espace dans lequel est logé le joint dynamique JD fermant hermétiquement l’extrémité axiale de la machine électrique ME au niveau du roulement à billes RB.
Dans ce mode de réalisation préféré de l’invention, le réceptacle REC est une pièce représentée sur la figure 3 et assemblée sur le logement de palier LP, par exemple clipsée ou vissée à celui-ci. Cette pièce par exemple en matière plastique moulée, a la forme d’une section angulaire de couronne plane ayant été déformée axialement. Notamment la périphérie externe PE de cette section de couronne est décalée axialement par rapport à la périphérie interne PI de cette section de couronne. Les parois de ces périphéries externe PE et interne PI du réceptacle REC sont reliées par une surface annulaire SA épousant la surface supérieure du logement de palier LP sur laquelle elle est placée. La paroi de la périphérie externe PE est plaquée contre la bague de retenue BR, la paroi de la périphérie interne PI est insérée dans l’évidement EV pratiqué radialement dans la partie sensiblement cylindrique du logement de palier LP. Le réceptacle REC comporte également des éléments de retenue ER fermant les extrémités angulaires de la pièce, ces éléments angulaires s’étendant radialement le long de la paroi périphérique externe PE et axialement sur la largeur de la surface annulaire SA. Ainsi la paroi périphérique externe PE, la surface annulaire SA, les éléments de retenue ER et la paroi du carter CA contre laquelle le réceptacle REC est maintenu forment les parois d’un réservoir d’accumulation de l’huile projetée qui retombe par gravité dans le carter CAR. Des canaux CAN radiaux pratiqués dans la paroi périphérique interne PI du réceptacle REC forment un déversoir permettant à l’huile de descendre lubrifier le roulement à billes RB et le joint dynamique JD.
La position du réceptacle REC par rapport au roulement à billes RB sur l’arbre tournant AT et par rapport au joint dynamique JD est représentée sur la figure 4, sans le carter CAR de la machine électrique ME. La cible capteur de position CC est donc située extérieurement au carter CAR de la machine électrique ME. Un évidement OR pratiqué dans la bague de retenue BR, permet à l’huile s’écoulant entre le joint dynamique JD et le roulement à billes RB, de se déverser dans la partie inférieure du carter CAR. Lorsque l’arbre tournant AT est monté dans la machine électrique ME, cet évidement OR est situé radialement entre la bague extérieure du roulement à billes RB et la paroi cylindrique interne du logement de palier LP. Afin de laisser une réserve d’huile à l’arrêt de la machine électrique ME dans l’espace compris entre le joint dynamique JD et le roulement à billes RB, l’évidement OR est situé angulairement plus proche d’un plan horizontal (donc orthogonal à l’axe V) englobant l’axe AX de l’arbre tournant AT, que de l’axe vertical V passant par l’axe AX de l’arbre tournant.
De plus, afin de faciliter la bonne lubrification et le bon fonctionnement à froid de la machine électrique ME, une résistance chauffante est placée dans la partie inférieure du carter CAR. Cette résistance chauffante est reliée à un circuit contrôlé par un calculateur relié à un capteur de température. Ce capteur de température remonte la température de l’huile OIL, ou bien la température ambiante. Lorsque la température remontée est en dessous d’un seuil bas de température, par exemple -10°C (degré Celsius), le calculateur alimente le circuit connecté à la résistance chauffante, qui réchauffe alors l’huile OIL.
Afin de refroidir l’huile OIL lors du fonctionnement de la machine électrique ME, afin qu’elle ne dépasse pas un seuil haut de température, par exemple 40°C, un échangeur ECH de chaleur est intégré dans le carter CAR de la machine électrique ME. Cet échangeur ECH est par exemple constitué d’un circuit d’eau glycolée usiné en partie inférieure de la machine électrique ME, et connecté à un circuit de refroidissement.
Notamment lorsque la machine électrique ME est une machine électrique de traction d’un véhicule électrique ou hybride, l’échangeur ECH est connecté au circuit de refroidissement principal du véhicule, qui refroidit l’électronique de puissance du véhicule et est connecté au radiateur situé à l’avant du véhicule. L’huile étant en contact direct avec le rotor augmente les pertes mécaniques à haute vitesse. De préférence la machine électrique ME est de ce fait dimensionnée pour fonctionner en nominal sur un seuil de vitesse allant jusqu’à 9000 tours par minute au maximum. Ce maximum de régime nominal peut être fixé un peu plus bas, par exemple 8000 tours par minute Ainsi le véhicule utilisant la machine électrique ME de traction ne nécessite pas de circuit interne de projection d’huile intégrant notamment une pompe à huile.
Bien que dans ce mode de réalisation un seul réceptacle REC est représenté, en variante chaque logement de palier de la machine électrique ME est pourvu d’un réceptacle REC. D’autres variantes sont également possibles. Par exemple en variante le réceptacle REC et le logement de palier sont réalisés de fonderie dans une pièce monobloc obtenue par moulage. Dans une autre variante un seul canal CAN est moulé dans la pièce formant le réceptacle REC.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique (ME) comportant :
- un rotor (ROT) comportant un arbre tournant (ET), une partie inférieure dudit rotor (ROT) baignant dans un liquide diélectrique de refroidissement (OIL),
- un stator (STAT) fixé sur une paroi interne d’un carter (CAR) de la machine (ME) et entourant ledit rotor (ROT), le carter (CAR) comportant au moins un logement de palier (LP) sensiblement cylindrique recevant par l’intermédiaire d’un roulement (RB) une extrémité dudit arbre tournant (AT), ledit roulement (RB) étant maintenu en position dans ledit logement de palier (LP) par d’une part une bague de retenue (BR) solidaire d’une bague extérieure (BER) dudit roulement (RB), ladite bague de retenue (BR) étant mise en butée contre une surface d’extrémité axiale (SEA) dudit logement de palier (LP), et par d’autre part un épaulement (EP) circulaire dudit arbre tournant (AT) contre lequel est mise en butée une bague interne (BIR) dudit roulement, caractérisée en ce qu’une portion angulaire supérieure d’une partie sensiblement cylindrique dudit logement de palier (LP) comporte un réceptacle (REC) apte à recueillir du liquide diélectrique de refroidissement (OIL) projeté dans le carter (CAR) par barbotage dudit rotor (ROT) , et en ce que ladite portion angulaire supérieure comporte au moins un canal traversant (CAN) radialement ladite partie sensiblement cylindrique, ledit canal (CAN) débouchant axialement entre la bague extérieure (BER) dudit roulement et un trottoir (TRO) périphérique annulaire interne dudit logement de palier (LP).
2. Machine électrique (ME) selon la revendication 1 , dans laquelle ledit canal (CAN) débouche sur un espace (ESP) d’au moins 2 mm ménagé entre ledit trottoir (TRO) périphérique annulaire interne dudit logement de palier (LP) et ledit roulement (RB), et dans laquelle un joint dynamique (JD) d’étanchéité est disposé autour dudit arbre tournant (AT) dans l’espace délimité par ledit trottoir (TRO) périphérique annulaire interne.
3. Machine électrique (ME) selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite bague de retenue (BR) comporte un évidement (OR), ledit évidement (OR) étant situé radialement entre la bague extérieure (BER) dudit roulement (RB) et une surface cylindrique interne dudit logement de palier (LP).
4. Machine électrique (ME) selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit évidement (OR) est situé angulairement plus proche d’un plan horizontal englobant l’axe (AX) dudit arbre tournant (AT), que d’un axe vertical (V) intersectant l’axe dudit arbre tournant (AT).
5. Machine électrique (ME) selon l’une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisée en ce que ledit réceptacle (REC) et ledit logement de palier (LP) dudit carter (CAR) sont réalisés dans une pièce monobloc obtenue par moulage.
6. Machine électrique (ME) selon l’une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisée en ce que ledit réceptacle (REC) est formé d’une pièce séparée intercalée axialement entre une paroi interne dudit carter (CAR) et ladite bague de retenue (BR), ladite pièce comportant un déversoir formant ledit canal (CAN) et moulé dans une partie inférieure de ladite pièce, ladite partie inférieure de ladite pièce étant insérée dans un évidement (EV) correspondant formé dans ladite partie sensiblement cylindrique dudit logement de palier (LP).
7. Machine électrique (ME) selon l’une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisée en ce que ledit réceptacle (REC) est formé d’une pièce séparée intercalée axialement entre une paroi interne dudit carter (CAR) et ladite bague de retenue (BR), ladite pièce ayant la forme d’une section de couronne déformée, la périphérie externe (PE) de ladite couronne étant décalée axialement par rapport à la périphérie interne (PI) de ladite couronne, ladite périphérie interne (PI) de ladite couronne étant rattachée à ladite périphérie externe (PE) de ladite couronne par une section annulaire (SA) correspondante, ladite périphérie externe (PE) de ladite couronne étant en appui contre ladite bague de retenue (BR), ladite section annulaire (SA) épousant la surface de ladite portion angulaire supérieure de ladite partie sensiblement cylindrique dudit logement de palier (LP), un déversoir formant ledit canal (CAN) étant moulé dans ladite section annulaire (SA) et dans ladite périphérie interne (PI) de ladite couronne, ladite périphérie interne (PI) de ladite couronne étant insérée dans un évidement (EV) correspondant formé dans ladite partie sensiblement cylindrique dudit logement de palier (LP), ladite pièce comportant en outre des éléments de retenue (ER) sous forme de parois s’étendant radialement et axialement au niveau des extrémités longitudinales de ladite section annulaire (SA).
8. Machine électrique (ME) selon la revendication 6 ou 7, dans laquelle ledit réceptacle (REC) est en matière plastique.
9. Véhicule électrique ou hybride comportant une machine électrique (ME) de traction selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel ledit carter (CAR) de ladite machine électrique (ME) comporte un échangeur (ECH) dans sa partie inférieure intégrant un réseau de canaux de liquide de refroidissement connecté à un circuit de refroidissement reliant d’autres équipements dudit véhicule parmi lesquels le radiateur situé à l’avant dudit véhicule, ledit liquide de refroidissement étant de l’eau glycolée.
10. Véhicule électrique ou hybride selon la revendication 9, dans lequel ledit liquide diélectrique de refroidissement (OIL) est de l’huile, ladite machine électrique (ME) est étanche à l’huile et comporte un réservoir d’huile dans une partie inférieure dudit carter (CA) pourvue d’une résistante chauffante, ledit véhicule comportant des moyens d’activation de ladite résistance chauffante lorsque la température de l’huile dans ledit réservoir est inférieure à un seuil bas de température , lors d’une phase de démarrage dudit véhicule.
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