EP4158763A2 - Dispositif de motorisation électrique intégrant un dissipateur thermique isolant électrique - Google Patents
Dispositif de motorisation électrique intégrant un dissipateur thermique isolant électriqueInfo
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de motorisation électrique (1) comprenant un moteur électrique (30), un système électronique (20) comprenant des éléments électroniques de puissance, et un dissipateur thermique (40) étant destiné à refroidir le système électronique (20). Le dissipateur thermique (40) comprend une première coque (42) configurée pour permettre un échange thermique entre un fluide de refroidissement et le système électronique (20), et une deuxième coque (44) configurée pour empêcher un échange thermique entre le fluide de refroidissement et le moteur électrique (30). La première coque (42) et la deuxième coque (44) définissent entre elles une cavité (48) configurée pour permettre le passage du fluide de refroidissement. La première coque (42) et la deuxième coque (44) sont chacune constituées d'un matériau configuré pour garantir une isolation électrique, notamment entre le système électronique (20), le fluide de refroidissement et le moteur électrique (30).
Description
DESCRIPTION
TITRE : Dispositif de motorisation électrique intégrant un dissipateur thermique isolant électrique.
La présente invention concerne un dispositif de motorisation électrique comprenant un moteur électrique.
De manière générale, les moteurs électriques actuels comportent un rotor solidaire d'un arbre et un stator qui entoure le rotor. Le stator est monté dans un carter qui comporte des roulements pour le montage en rotation de l'arbre. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de tôles ou roues polaires (claw pôle) maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le corps du rotor comporte des cavités internes logeant des aimants permanents. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue de dents délimitant deux à deux une pluralité d'encoches ouvertes vers l'intérieur du corps de stator et destinées à recevoir des enroulements de phase.
Les moteurs électriques étant susceptibles d'être endommagés, voire d'être détruits en cas de surchauffe du rotor, il est généralement nécessaire d'équiper les moteurs électriques de système de refroidissement pour abaisser la température générale du moteur, et notamment lorsqu'il surchauffe.
Par ailleurs, l'alimentation du moteur électrique et son pilotage nécessitent l'intégration d'un système électronique. Généralement, ces systèmes électroniques comprennent un régulateur permettant de faire varier l'intensité du courant, et un convertisseur de puissance comme un onduleur, permettant de transformer un courant continu en courant alternatif. Cependant, en fonction du type de moteur électrique utilisé et en fonction des composants électroniques utilisés dans le système électronique, les tensions de bord utilisées peuvent être différentes. Ainsi, lors du montage du moteur électrique et de son fonctionnement, des disfonctionnements peuvent survenir si les masses des différents systèmes ne sont pas isolées. Par ailleurs, pour obtenir un fonctionnement durable et optimal du dispositif de motorisation électrique, il est important de garantir également un refroidissement du système électronique.
Il est connu d'utiliser de l'eau glycolée dans le circuit de refroidissement du moteur électrique, et/ou d'utiliser un dissipateur thermique en aluminium. Cette solution donne satisfaction en ce qu'elle permet de refroidir le moteur. En revanche,
l'eau glycolée possédant une conductivité électrique, il n'est donc pas possible d'intégrer le système électronique.
La présente invention a pour but de proposer une solution qui réponde à tout ou partie des problèmes précités :
Ce but peut être atteint grâce à la mise en œuvre d'un dispositif de motorisation électrique comprenant : un moteur électrique comprenant un rotor destiné à être mis en mouvement, un stator, et une chambre de refroidissement configurée pour refroidir le moteur électrique ; un système électronique comprenant des éléments électroniques de puissance, lesdits éléments électroniques de puissance étant configurés pour piloter le moteur électrique; un dissipateur thermique interposé entre le moteur électrique et le système électronique, ledit dissipateur thermique étant destiné à refroidir le système électronique et comprenant : o une première coque destinée à coopérer avec le système électronique, et configurée pour permettre un échange thermique entre un fluide de refroidissement et le système électronique ; o une deuxième coque destinée à coopérer avec le moteur électrique d'une part et avec la première coque d'autre part, ladite deuxième coque étant configurée pour empêcher un échange thermique entre le fluide de refroidissement et le moteur électrique.
La première coque et la deuxième coque définissant entre elles une cavité, ladite cavité étant configurée pour permettre le passage du fluide de refroidissement.
La première coque et la deuxième coque sont chacune constituées d'un matériau configuré pour garantir une isolation électrique, notamment entre le système électronique, le fluide de refroidissement et le moteur électrique.
Les dispositions précédemment décrites permettent de garantir une isolation électrique entre l'électronique de puissance d'un véhicule (à motorisation électrique, hybride ou provenant d'une pile à combustible) pouvant comprendre un onduleur, et le moteur électrique. De cette manière, les masses des différents systèmes électriques sont isolées entre elles, et les surtensions entre chaque réseau de tensions différentes sont évitées. Par ailleurs, le passage du fluide de refroidissement dans la cavité permet de refroidir le système électronique.
Le dispositif de motorisation électrique peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison.
Selon un mode de réalisation, la première coque est formée d'un matériau composite configuré pour être électriquement isolant et thermiquement conducteur, ledit matériau composite comprenant des charges conductrices thermiques du groupe comprenant les oxydes d'aluminium, les aluminosilicates, les hydroxydes d'aluminium ou de magnésium, les nitrures de bore.
Selon un mode de réalisation, la deuxième coque est formée d'un matériau plastique électriquement isolant et thermiquement isolant par exemple appartenant au groupe comprenant les polyoléfines, les matériaux styréniques, les polyamides, le poly(sulfure de phénylène), les polysulfones et les composites renforcés de charges minérales non conductrices comme les fibres de verre.
Selon un mode de réalisation, le dissipateur thermique comprend au moins une entrée de fluide étant en connexion fluidique avec la cavité, ladite au moins une entrée de fluide étant configurée pour permettre l'entrée du fluide de refroidissement dans la cavité ; et au moins une sortie de fluide étant en connexion fluidique avec la cavité d'une part et avec la chambre de refroidissement d'autre part, et destinée à permettre le passage du fluide de refroidissement depuis la cavité vers la chambre de refroidissement.
Selon un mode de réalisation, la sortie de fluide est en connexion fluidique avec un circuit glycol général du véhicule, notamment dans le cas où le système électronique est disjoint du moteur électrique.
Les dispositions précédemment décrites permettent d'avoir un circuit de refroidissement commun entre le moteur électrique et le système électronique.
Selon un mode de réalisation, l'entrée de fluide comprend un tube configuré pour coopérer avec un orifice d'entrée, ménagé dans la deuxième coque, ledit orifice d'entrée étant configuré pour assurer une connexion fluidique entre le tube et la cavité.
Selon un mode de réalisation, le dissipateur thermique comprend au moins une paroi solidaire de la première coque et/ou de la deuxième coque, ladite au moins une paroi s'étendant en saillie dans la cavité et étant configurée pour orienter le passage du fluide de refroidissement dans la cavité.
Selon un mode de réalisation, l'au moins une paroi est configurée pour définir un circuit de passage du fluide de refroidissement dans la cavité.
Selon un mode de réalisation, l'au moins une paroi présente au moins une section de paroi présentant une forme courbe.
Selon un mode de réalisation, le dissipateur thermique comprend une pluralité de parois conférant une surface d'échange thermique entre le fluide de refroidissement et la matière constitutive de la pluralité de parois.
De cette manière, le circuit de passage du fluide de refroidissement permet de refroidir de manière plus efficace la première coque en augmentant la surface d'échange thermique.
Selon un mode de réalisation, le moteur électrique est configuré pour fonctionner à une tension sensiblement égale à 48V.
Selon un mode de réalisation, le système électronique est configuré pour fonctionner à une tension sensiblement égale à 12V.
Selon un autre mode de réalisation, le système électronique est configuré pour fonctionner à une tension sensiblement égale à 24V.
Selon un autre mode de réalisation, le système électronique est configuré pour fonctionner à une tension comprise entre 12V et 52V.
Les éléments électroniques de puissance peuvent notamment comprendre un ou plusieurs éléments compris dans le groupe comprenant un onduleur, un redresseur, un élévateur de tension, ou un abaisseur de tension. Par ailleurs, le système électronique peut comprendre des transistors (Mosfet, IGBT) configurés pour piloter le moteur électrique en permettant le passage ou alternativement la suppression des courants dans les enroulements statoriques.
Selon un mode de réalisation, la première coque comprend des premiers moyens de fixation destinés à permettre de solidariser le système électronique avec la première coque.
Selon un mode de réalisation, la première coque comprend des trous taraudés non débouchant de manière à ce que le système électronique soit vissé sur la première coque.
Selon un mode de réalisation, la première coque et la deuxième coque comprennent des deuxièmes moyens de fixation configurés pour solidariser ladite première coque avec ladite deuxième coque.
Selon un mode de réalisation, la première coque peut être fixée à la deuxième coque par collage, par vissage, par soudure ou par clippage.
Selon un mode de réalisation, la première coque présente une forme adaptée pour coopérer avec le système électronique.
Selon un mode de réalisation, la première coque comprend une plaque, par exemple ayant une forme de disque, configurée pour permettre la fixation du système électronique sur la plaque.
Selon un mode de réalisation, tout ou partie du système électronique peut être vissé, collé, soudé ou imprimé sur la première coque.
Selon un mode de réalisation, la deuxième coque présente une forme adaptée au moteur électrique.
De manière générale, les moteurs électriques présentent une forme cylindrique. Dans ce cas, la deuxième coque peut avoir une forme cylindrique pour s'adapter et coopérer avec le moteur électrique.
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
[Fig. 1] est une vue schématique en coupe du système de propulsion électrique selon un mode de réalisation particulier.
[Fig. 2] est une vue en perspective du dissipateur thermique de la figure 1.
[Fig. 3] est une vue en coupe du dissipateur thermique de la figure 1.
[Fig. 4] est une vue en perspective du dissipateur thermique de la figure 1.
[Fig. 5] est une vue en perspective du dissipateur thermique de la figure 1.
[Fig. 6] est une vue en perspective de la deuxième coque comprise dans le dissipateur thermique de la figure 1.
Sur les figures et dans la suite de la description, les mêmes références représentent les éléments identiques ou similaires. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures. Par ailleurs, les différents modes de réalisation et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent être combinés entre eux.
Comme illustré sur la figure 1, l'invention concerne un dispositif de motorisation électrique 1 comprenant un système électronique 20, un moteur électrique 30, et un dissipateur thermique 40.
Le moteur électrique 30 comprend un rotor 10 destiné à être mis en mouvement, un stator 36 et une chambre de refroidissement 38 disposée en périphérie du rotor 1 et configurée pour refroidir le moteur électrique 30. Ce moteur électrique 30 comprend notamment un carteren deux parties logeant le rotor 10 solidaire en rotation d'un arbre de rotor 12 et un stator 36 annulaire qui entoure le rotor 10 de manière coaxiale à l'arbre de rotor 12. Le carter est constitué notamment d'un palier avant 32 et d'un palier arrière 34 connectés l'un à l'autre par exemple au moyen de vis. Les paliers 32, 34 sont de forme creuse et portent généralement chacun centralement un roulement par exemple à billes 33 pour le montage en rotation de l'arbre de rotor 12.
Comme illustré sur la figure 1, des chignons 37 font saillie axialement de part et d'autre du corps de stator 36 et sont logés dans l'espace intermédiaire séparant le stator 36 des paliers respectifs 32, 34.
De manière générale, le moteur électrique 30 est configuré pour fonctionner à une tension sensiblement égale à 48V.
Le système électronique 20 peut comprendre des éléments électroniques de puissance, lesdits éléments électroniques de puissance étant configurés pour piloter le moteur électrique 30.
Les éléments électroniques de puissance peuvent notamment comprendre un ou plusieurs éléments compris dans le groupe composé d'un onduleur, un redresseur, un élévateur, ou un abaisseur de tension. Par ailleurs, le système électronique 20 peut comprendre des transistors (Mosfet, IGBT) configurés pour piloter le moteur électrique 30 en permettant le passage ou alternativement la suppression des courants dans les enroulements statoriques.
Suivant le véhicule sur lequel le dispositif de motorisation électrique 1 est installé, le système électronique 20 peut être configuré pour fonctionner à une tension sensiblement égale à 12V, ou à une tension sensiblement égale à 24V, ou à une tension comprise entre 12V et 52V.
Le dissipateur thermique 40 est interposé entre le moteur électrique 30 et le système électronique 20.
Le dissipateur thermique 40 peut être destiné à refroidir le système électronique 20 et/ou le moteur électrique 30.
Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 1, le dissipateur thermique 40 comprend au moins une entrée de fluide 45 configurée pour permettre l'entrée du fluide de refroidissement dans une cavité 48 comprise dans le dissipateur thermique 40 ; et au moins une sortie de fluide 47 étant en connexion fluidique avec la cavité 48 d'une part et avec la chambre de refroidissement 38 d'autre part. De cette manière un fluide de refroidissement peut circuler depuis la cavité 48 vers la chambre de refroidissement 38.
Les dispositions décrites permettent d'avoir un circuit de refroidissement commun entre le moteur électrique 30 et le système électronique 20.
En référence aux figures 2 à 5, le dissipateur thermique 40 comprend une première coque 42 destinée à coopérer avec le système électronique 20, et une deuxième coque 44 destinée à coopérer avec le moteur électrique 30 d'une part et avec la première coque 42 d'autre part. La première coque 42 et la deuxième coque 44
définissent entre elles une cavité 48 configurée pour permettre le passage du fluide de refroidissement.
De manière avantageuse, la première coque 42 et la deuxième coque 44 sont chacune constituées d'un matériau garantissant une isolation électrique, notamment entre le système électronique 20, le fluide de refroidissement et le moteur électrique 30.
Par ailleurs, la première coque 42 peut être configurée pour permettre un échange thermique entre le fluide de refroidissement et le système électronique 20, et la deuxième coque 44 peut être configurée pour empêcher un échange thermique entre le fluide de refroidissement et le moteur électrique 30.
En d'autres termes, la première coque 42 peut être constituée d'un matériau composite configuré pour être isolant électrique et conducteur thermique ledit matériau composite comprenant des charges conductrices thermiques appartenant au groupe constitué des oxydes d'aluminium, des aluminosilicates, des hydroxydes d'aluminium ou de magnésium, des nitrures de bore, et la deuxième coque 44 peut être constituée d'un matériau plastique ou composite, isolant électrique et isolant thermique appartenant au groupe comprenant les polyoléfines (polyéthylène, polypropylène, etc.), les matériaux styréniques (polystyrène, acrylonitrile butadiène styrène etc.), les polyamides (PA6, PA66, polyphthalamide, etc.), le poly(sulfure de phénylène), les polysulfones (polyethersulfone, polysulfone, etc.), et les composites renforcés de charges minérales non conductrices comme les fibres de verre.
La première coque 42 peut comprendre des premiers moyens de fixation destinés à solidariser le système électronique 20 avec la première coque 42. Par exemple, la première coque 42 peut être fixée au système électronique 20 par un adhésif. La première coque 42 comprend par ailleurs une plaque, par exemple ayant une forme de disque, configurée pour permettre la fixation du système électronique 20 sur la plaque.
La première coque 42 et la deuxième coque 44 peuvent être pourvues de deuxièmes moyens de fixation configurés pour solidariser ladite première coque 42 avec ladite deuxième coque 44. Par exemple la première coque 42 peut être fixée à la deuxième coque 44 par collage, par vissage, par soudure ou par clippage.
De manière générale, les moteurs électriques présentent une forme cylindrique. Ainsi, la deuxième coque 44 présente une forme adaptée au moteur électrique 30. Par exemple, la deuxième coque 44 peut avoir une forme cylindrique pour s'adapter et coopérer avec le moteur électrique 30.
Selon une variante non limitative représentée sur les figures 2 à 6, la deuxième coque 44 comprend l'entrée de fluide 45 et la sortie de fluide 47. L'entrée de fluide 45 peut présenter un tube configuré pour coopérer avec un orifice d'entrée ménagé dans la deuxième coque 44. L'orifice d'entrée étant configuré pour assurer une connexion fluidique entre le tube et la cavité 48. De cette manière, l'entrée de fluide 45 est en connexion fluidique avec la cavité 48.
De manière avantageuse, le dissipateurthermique 40 peut comprendre au moins une paroi 46 solidaire de la première coque 42 et/ou de la deuxième coque 44. Selon le mode de réalisation illustré sur la figure 6, le dissipateur thermique comprend une pluralité de parois 46 comprise sur la deuxième coque 44 et s'étendant en saillie dans la cavité 48. Chaque paroi 46 de la pluralité de parois 46 présente au moins une section de paroi 46 présentant une forme courbe, de sorte à orienter le passage du fluide de refroidissement dans la cavité 48.
Les dispositions précédemment décrites permettent aux parois 46 de définir un circuit de passage du fluide de refroidissement dans la cavité 48 et confèrent une surface d'échange thermique plus importante entre le fluide de refroidissement et la matière constitutive de la pluralité de parois 46.
De cette manière, le circuit de passage du fluide de refroidissement permet de refroidir de manière plus efficace la première coque 42 en augmentant la surface d'échange thermique.
Claims
1. Dispositif de motorisation électrique (1) comprenant :
- un moteur électrique (30) comprenant un rotor (10) destiné à être mis en mouvement, un stator (36) et une chambre de refroidissement (38) configurée pour refroidir le moteur électrique (30) ;
- un système électronique (20) comprenant des éléments électroniques de puissance, lesdits éléments électroniques de puissance étant configurés pour piloter le moteur électrique (30);
- un dissipateur thermique (40) interposé entre le moteur électrique (30) et le système électronique (20) , ledit dissipateur thermique (40) étant destiné à refroidir le système électronique (20) et comprenant : une première coque (42) destinée à coopérer avec le système électronique (20), et configurée pour permettre un échange thermique entre un fluide de refroidissement et le système électronique (20) ; une deuxième coque (44) destinée à coopérer avec le moteur électrique (30) d'une part et avec la première coque (42) d'autre part, ladite deuxième coque (44) étant configurée pour empêcher un échange thermique entre le fluide de refroidissement et le moteur électrique (30) ; la première coque (42) et la deuxième coque (44) définissant entre elles une cavité (48), ladite cavité (48) étant configurée pour permettre le passage du fluide de refroidissement ; et la première coque (42) et la deuxième coque (44) étant chacune constituées d'un matériau configuré pour garantir une isolation électrique, notamment entre le système électronique (20), le fluide de refroidissement et le moteur électrique (30).
2. Dispositif de motorisation électrique (1) selon la revendication 1, dans lequel la première coque (42) comprend des premiers moyens de fixation destinés à permettre de solidariser le système électronique (20) avec la première coque (42).
3. Dispositif de motorisation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la première coque (42) et la deuxième coque (44) comprennent des deuxièmes moyens de fixation configurés
pour solidariser ladite première coque (42) avec ladite deuxième coque (44).
4. Dispositif de motorisation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première coque (42) est formée d'un matériau composite configuré pour être thermiquement conducteur, ledit matériau composite comprenant des charges conductrices thermiques du groupe comprenant les oxydes d'aluminium, les aluminosilicates, les hydroxydes d'aluminium ou de magnésium, les nitrures de bore.
5. Dispositif de motorisation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la deuxième coque (44) est d'un matériau plastique thermiquement isolant, par exemple appartenant au groupe comprenant les polyoléfines, les matériaux styréniques, les polyamides, le poly(sulfure de phénylène), les polysulfones et les composites renforcés de charges minérales non conductrices comme les fibres de verre.
6. Dispositif de motorisation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le dissipateur thermique (40) comprend au moins une entrée de fluide (45) étant en connexion fluidique avec la cavité (48), ladite au moins une entrée de fluide (45) étant configurée pour permettre l'entrée du fluide de refroidissement dans la cavité (48) ; et au moins une sortie de fluide (47) étant en connexion fluidique avec la cavité (48) d'une part et avec la chambre de refroidissement (38) d'autre part, et destinée à permettre le passage du fluide de refroidissement depuis la cavité (48) vers la chambre de refroidissement (38) ;
7. Dispositif de motorisation électrique (1) selon la revendication 6, dans lequel le dissipateur thermique (40) comprend au moins une paroi (46) solidaire de la première coque (42) et/ou de la deuxième coque (44), ladite au moins une paroi (46) s'étendant en saillie dans la cavité (48) et étant configurée pour orienter le passage du fluide de refroidissement dans la cavité (48).
8. Dispositif de motorisation électrique (1) selon la revendication 7 dans lequel l'au moins une paroi (46) est configurée pour définir un circuit de passage du fluide de refroidissement dans la cavité (48).
9. Dispositif de motorisation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel l'au moins une paroi (46) présente au moins une section de paroi (46) présentant une forme courbe.
10. Dispositif de motorisation électrique (1) selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel le dissipateur thermique (40) comprend une pluralité de parois (46) conférant une surface d'échange thermique entre le fluide de refroidissement et la matière constitutive de la pluralité de parois (46).
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