EP4426924A1 - Circuit de refroidissement à basse pression - Google Patents

Circuit de refroidissement à basse pression

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Publication number
EP4426924A1
EP4426924A1 EP22812602.5A EP22812602A EP4426924A1 EP 4426924 A1 EP4426924 A1 EP 4426924A1 EP 22812602 A EP22812602 A EP 22812602A EP 4426924 A1 EP4426924 A1 EP 4426924A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
cooling circuit
electric motor
cooling liquid
stator
coolant
Prior art date
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Pending
Application number
EP22812602.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Robert Yu
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.)
Whylot SAS
Ampere SAS
Original Assignee
Whylot SAS
Ampere SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Whylot SAS, Ampere SAS filed Critical Whylot SAS
Publication of EP4426924A1 publication Critical patent/EP4426924A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P11/00—Component parts, details, or accessories not provided for in, or of interest apart from, groups F01P1/00 - F01P9/00
    • F01P11/02—Liquid-coolant filling, overflow, venting, or draining devices
    • F01P11/029—Expansion reservoirs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K11/00—Arrangement in connection with cooling of propulsion units
    • B60K11/02—Arrangement in connection with cooling of propulsion units with liquid cooling
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K2001/003—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B60K2001/006—Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric motors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/60—Electric Machines, e.g. motors or generators
    • B60Y2400/607—Axial flux machines

Definitions

  • the present invention generally relates to the cooling of electrical or thermal machines.
  • the invention finds a particularly advantageous application in the cooling of electrical machines, and in particular in that of electrical machines with axial flux.
  • a motor unit comprising an electric motor and a cooling circuit for the electric motor, the input and output of which are connected to the electric motor and which comprises a coolant pump, a heat exchanger, and a expansion tank.
  • An electric or hybrid motor vehicle comprises an electric machine for its propulsion.
  • the electrical machine may be of the axial flux type and comprise a casing which houses a disc-shaped rotor flanked by one or two stators.
  • Each stator comprises a disc-shaped frame on one face of which teeth rise, and coils of electric wires wound around the teeth.
  • Such an expansion vessel generally comprises a rigid container, closed by a plug equipped with a pressure relief valve, allowing the air contained in the vessel to be evacuated when its pressure exceeds a threshold, and a valve of depression making it possible to enter air into the vessel when the pressure there is below another threshold.
  • the disadvantage is that it is then difficult to find a solution making it possible, when the pressure increases, to guarantee a good seal in the electric motor (to prevent the oil from escaping from the intended path) and a homogeneous flow through the various stator slots (to obtain homogeneous cooling of the various motor coils).
  • the present invention proposes a solution in which the pressure of the cooling liquid remains low, which reduces the sealing problems.
  • an expansion vessel is proposed as defined in the introduction, in which there is provided a deformable membrane which is adapted to match the shape of the surface of the coolant.
  • This deformable membrane separates the coolant from the outside air. [0017] It is designed to deform so as to absorb on its own the variations in volume of the coolant in the cooling circuit.
  • the pressure of the oil at the level of the expansion tank remains substantially equal to atmospheric pressure.
  • the pressure at each point of the cooling circuit depends on this pressure. Therefore, the coolant pressure at any point of the electric motor remains limited and does not vary from moment to moment. As a result, the tightness of the cooling circuit is easier to guarantee.
  • said deformable membrane delimits two compartments in the container, including a compartment adapted to contain the cooling liquid, and a compartment which has a vent opening;
  • said membrane is elastically stretchable
  • - Said membrane is made of a flexible material and has folds or undulations.
  • the invention also relates to an engine unit as defined in the introduction, the expansion tank is as mentioned above.
  • the motor unit according to the invention taken individually or according to all technically possible combinations, are as follows:
  • the electric motor comprises a casing, a rotor and a stator which is equipped with coils delimiting between them stator slots;
  • the casing delimits an annular collector whose inlet is connected to the outlet of the cooling circuit and which opens into each of the stator notches via separate openings;
  • the coolant is an oil.
  • Figure 1 is a schematic view of a motor unit according to the invention.
  • Figure 2 is a schematic view of the expansion tank of the engine group of Figure 1;
  • FIG. 3 is a schematic view of the electric motor of the motor unit of Figure 1;
  • FIG. 4 is a graph illustrating the variation in coolant pressure along the cooling circuit and the electric motor of the engine unit of Figure 1.
  • a motor unit 10 which comprises an electric motor 200 and a cooling circuit 100 of the electric motor 200.
  • the cooling circuit 100 mainly comprises a pump 110 and a heat exchanger 120 which are connected in series with the electric motor 200 by means of pipes, as well as an expansion vessel 150 which is connected to one of the aforementioned conduct.
  • the pump 110 could take various forms. This is a gear-type pump, the inlet of which is directly connected to the electric motor 200 by a first pipe 131 and the outlet of which is directly connected to the heat exchanger 120 by a second pipe 132.
  • the heat exchanger 120 has an output directly connected to the electric motor 200 by a third pipe 133. It could be an air or water exchanger, in which the cooling of the coolant circulating in the cooling circuit 100 would therefore be by air or by water.
  • the expansion vessel 150 is itself connected by a fourth pipe 134 to the first pipe 131.
  • the expansion tank 150 comprises a container 151 of any shape, for example parallelepiped, suitable for receiving coolant.
  • This container 151 is for example made of plastic material, in a single piece or in several elements assembled together.
  • This container 151 internally houses a deformable membrane 152 which defines two compartments 158, 159 in the container 151, separated in a sealed manner.
  • One of these compartments is designed to receive only coolant. It has an opening 154 on the edge of which is connected the fourth conduit 154.
  • the other of these compartments is intended to be filled with air.
  • the deformable membrane 152 then serves as an interface between the coolant and the air.
  • This membrane is described as "deformable” in the sense that it does not obstacle to filling or emptying the lower compartment 158. More specifically here, during operation of the electric motor 200 at full load, when the coolant increases in volume until it reaches a maximum volume, the deformable membrane 152 is designed to deform easily enough so that the coolant pressure varies little or not (less than 0.1 bar).
  • the membrane in practice, provision could be made for the membrane to be stretchable, like a balloon that is inflated.
  • the deformable membrane 152 is rather flexible and it has an irregular shape, with folds or undulations, which allows it to match the shape of the surface of the coolant. , regardless of the volume of liquid contained in the first compartment 158.
  • a means 153 for regulating the air pressure in the upper compartment 159 is provided to ensure that the pressure of the air contained therein does not vary or varies little (less than 0.1 bar).
  • this means of regulation is a simple venting opening 153 which, when the coolant level rises in the container 151, allows the air contained in the upper compartment 159 to escape. evacuate so that its pressure remains equal to atmospheric pressure.
  • the filling of the cooling circuit 100 can be done via a plug provided not in the expansion tank, but at a distance from it.
  • the lower compartment 158 does not contain air and then that it does not fill with air.
  • the electric motor 200 to be cooled is preferably an axial flux type motor.
  • This electric motor 200 conventionally comprises a motor shaft, a casing 231, one or preferably two stators 201 fixed to the casing, and a disk-shaped rotor, which is located between the stators and which is fixed to the shaft. -engine. This configuration makes it possible, when the stators are supplied with electric current, to rotate the motor shaft around an axis of rotation.
  • this stator 201 includes a flange 202 in the form of disc centered on the axis of rotation, which is pierced in its center by a central opening 204 through which the motor shaft passes. It is also pierced on its periphery by openings 203 for fixing the flange to the casing 231 .
  • the flange 202 thus has a substantially circular peripheral edge, and two flat faces. One of these faces, the one facing the rotor, carries teeth 205 (or "studs") projecting from the flange 202.
  • teeth 205 are distributed all around the central opening 204.
  • these coils 220 make it possible to generate an oriented magnetic field parallel to the axis of rotation, so as to force the rotor to rotate around this axis.
  • stator notches 210 extend in length along a radial axis with respect to the axis of rotation, and they have sections that are substantially identical (except for manufacturing dispersions).
  • the aforementioned cooling circuit 100 is then designed to cool the coolant before passing it through the stator 201 of the electric motor 200, via these stator slots 210.
  • the cooling liquid then used is preferably oil, which makes it possible to pass this liquid against the coils 220 of electric wire without fear of an electrical problem.
  • the casing 231 of the electric motor 200 then has an input 232 connected to the third pipe 133, and an output connected to the first pipe 131.
  • this casing 231 delimits a chamber for receiving the rotor and the stators. It comprises for this a side wall substantially of revolution around the axis of rotation.
  • This side wall is partly hollow, so as to internally delimit a toroidal space, called the oil manifold 230, into which the oil inlet 232 opens and which allows the oil to be distributed to each of the stator notches. 210.
  • This oil collector 230 preferably has a symmetry of revolution around the axis of rotation.
  • the section of this oil collector could be substantially round or square. However, for reasons of size (the thickness of the side wall of the casing being limited), it will rather have a flattened shape (rectangular or oval).
  • this oil collector 230 is defined inside the side wall of the casing 131, which can for example come from a foundry, the pressure which reigns there does not pose any difficulty with respect to its tightness.
  • the oil collector 230 is connected to the stator slots 210 via openings (not visible) provided in the housing 231 and via openings 211 (visible in Figure 3) which are made in the flange 202 of the stator 201 and the number of which is equal to the number of teeth 205.
  • the oil when it emerges from these openings 211, is in a space which extends over the outer periphery of the coils 220 and which is delimited, on one side, by these coils, and, on the the other, by the casing 231 (or by a sealing wall).
  • Means are then provided for separating this space into as many angular sectors as there are coils 220. These means are here formed by partition walls 206.
  • each stator notch 210 is supplied with oil via its own opening 211.
  • Each opening 211 has a reduced size, which has the function of creating a high pressure drop on the circulation of the oil.
  • This pressure drop created by the opening 211 can be supplemented by a reduction in the section of the passage (called the nozzle orifice) of the fluid made in the passage portion between the outlet of the collector and the opening 211.
  • the advantage of this solution is not to reduce the diameter of the opening 211 too much, because the smaller this diameter, the higher the speed of the fluid at the outlet of the opening 211. Overspeed (greater than 3 m/s) can cause damage to the coils which have a layer of fragile varnish for their electrical insulation.
  • the oil flow rates in the different stator slots 210 are substantially identical.
  • the section of these openings is for example between 4 and 20 mm 2 , whereas that of the oil collector is between 50 and 200 mm 2 .
  • This pressure drop also has the effect of reducing the oil pressure in the stator slots 210, so that it is easier to seal these slots. [0078] Due to manufacturing variations, it happens that the sections of the stator slots 210 are not all exactly identical.
  • the openings 211 and the partition walls 206 are then arranged with respect to the entries of the stator slots 210 so as to form baffles 212 between each opening 211 and each slot entry, forcing the oil to change twice. of management.
  • baffles 212 then make it possible to participate in the homogenization of the oil flow between the various stator slots 210, and therefore to ensure uniform cooling of the various coils 220.
  • stator slots 210 The oil, when it comes out of these stator slots 210, is found in a space delimited between the coils 220 and the motor shaft (or between sealing walls). It can then come out through a single, large section outlet 219, connected to the cooling circuit 210.
  • the abscissa axis L represents the curvilinear abscissa of the path taken by the oil
  • the ordinate axis P represents the oil pressure
  • the oil pressure is equal to the atmospheric pressure PO thanks to the particular architecture of the expansion tank 150.
  • the output of the notches is designed to generate minimal pressure drops, so that at the level of the output opening 219 (abscissa L6), the pressure P6 is almost equal to atmospheric pressure.
  • the expansion vessel could comprise a container in the shape of a bowl, closed at the top by the deformable membrane.
  • the deformable membrane would then no longer be in a closed enclosure, but would be in direct contact with the outside.
  • the container of the expansion vessel could be formed by the deformable membrane itself, which would then take the form of an inflatable balloon attached to the chassis of the vehicle.
  • the electric motor could be, not with axial flux, but with radial flux.
  • such an engine comprises coils of electric wire wound around radial axes, which delimit between them notches through which it is possible to pass a coolant.
  • the coolant could be, not oil, but water. In this variant, it will then be necessary to provide means to seal off the water from the electric coils.
  • the cooling circuit could be equipped with a degassing vessel making it possible to purge the coolant of its air bubbles.
  • This degassing vessel may possibly be fitted with a plug to allow the cooling circuit to be filled with oil.
  • the degassing vessel may comprise an oil inlet and an oil outlet, and be connected to the cooling circuit 100 in parallel with the electric motor 200 (with the inlet connected to the third line 133 and the output connected to the first pipe 131).

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Abstract

L'invention concerne un vase d'expansion (150) pour circuit de refroidissement de moteur électrique à flux axial, comportant : - un récipient (151) adapté à contenir un liquide de refroidissement, - une membrane déformable (152) qui délimite deux compartiments (158, 159) dans le récipient et qui est adaptée à épouser la forme de la surface du liquide de refroidissement contenu dans un premier desdits compartiments, et - un moyen de régulation (153) de la pression dans un second desdits compartiments.

Description

DESCRIPTION
T ITRE DE L’INVENTION : CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT A BASSE PRESSION
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne de manière générale le refroidissement des machines électriques ou thermiques.
[0002] Elle concerne plus particulièrement un vase d’expansion pour circuit de refroidissement, comportant un récipient adapté à contenir un liquide de refroidissement.
[0003] L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le refroidissement des machines électriques, et notamment dans celui des machines électriques à flux axial.
[0004] Elle concerne également un groupe-moteur comportant un moteur électrique et un circuit de refroidissement du moteur électrique, dont les entrée et sortie sont branchées sur le moteur électrique et qui comprend une pompe de liquide de refroidissement, un échangeur thermique, et un vase d’expansion.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0005] Un véhicule automobile électrique ou hybride comporte pour sa propulsion une machine électrique.
[0006] A titre d’exemple, la machine électrique peut être du type à flux axial et comporter un carter qui loge un rotor en forme de disque flanqué d’un ou de deux stators.
[0007] Chaque stator comporte un châssis en forme de disque sur une face duquel s’élèvent des dents, et des bobines de fils électriques enroulées autour des dents.
[0008] Lors de son fonctionnement, un tel moteur électrique émet beaucoup de chaleur, qu’il est nécessaire d’évacuer.
[0009] Il est alors connu du document FR2823382 d’employer de l’huile pour refroidir le moteur en la faisant circuler entre les bobines du moteur (dans des espaces appelés « encoches statoriques »). Cette solution est assez efficace puisque l’huile présente des propriétés diélectriques et peut donc entrer en contact direct avec les bobines pour les refroidir.
[0010] Du fait de l’augmentation de sa température lors du fonctionnement du moteur électrique, l’huile, qui n’est pas compressible, augmente de volume. Il est alors connu d’utiliser un vase d’expansion pour absorber les différences de volume d’huile lorsque la température du moteur électrique varie.
[0011] Un tel vase d’expansion comporte généralement un récipient rigide, fermé par un bouchon équipé d’un clapet de surpression, permettant d’évacuer l’air contenu dans le vase lorsque sa pression dépasse un seuil, et d’un clapet de dépression permettant de faire entrer de l’air dans le vase lorsque la pression y est inférieure à un autre seuil.
[0012] La pression dans un tel vase peut alors varier entre les deux seuils, si bien que la pression du liquide de refroidissement dans le circuit varie également.
[0013] L’inconvénient est qu’il est alors difficile de trouver une solution permettant, lorsque la pression augmente, de garantir une bonne étanchéité dans le moteur électrique (pour éviter que l’huile ne s’échappe du chemin prévu) et un débit homogène au travers des différentes encoches statoriques (pour obtenir un refroidissement homogène des différentes bobines du moteur).
PRESENTATION DE L'INVENTION
[0014] Afin de remédier à l’inconvénient précité de l’état de la technique, la présente invention propose une solution dans laquelle la pression du liquide de refroidissement reste peu élevée, ce qui réduit les problèmes d’étanchéité.
[0015] Plus particulièrement, on propose selon l’invention un vase d’expansion tel que défini dans l’introduction, dans lequel il est prévu une membrane déformable qui est adaptée à épouser la forme de la surface du liquide de refroidissement.
[0016] Cette membrane déformable sépare le liquide de refroidissement de l’air extérieur. [0017] Elle est conçue pour se déformer de manière à absorber à elle seule les variations de volume du liquide de refroidissement dans le circuit de refroidissement.
[0018] Elle est en outre conçue pour se déformer sans nécessiter une augmentation importante de la pression du liquide de refroidissement.
[0019] Ainsi, grâce à l’invention, la pression de l’huile au niveau du vase d’expansion reste sensiblement égale à la pression atmosphérique. Or la pression en chaque point du circuit de refroidissement dépend de cette pression. Par conséquent, la pression du liquide de refroidissement en tout point du moteur électrique reste limitée et ne varie pas d’un instant à l’autre. De ce fait, l’étanchéité du circuit de refroidissement est plus facile à garantir.
[0020] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du vase d’expansion conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- ladite membrane déformable délimite deux compartiments dans le récipient, dont un compartiment adapté à contenir le liquide de refroidissement, et un compartiment qui présente une ouverture de mise à l’air libre ;
- ladite membrane est étirable élastiquement ;
- ladite membrane est réalisée dans une matière souple et présente des replis ou des ondulations.
[0021] L’invention porte aussi sur un groupe moteur tel que défini en introduction, dont le vase d’expansion est tel que précité. [0022] Des caractéristiques avantageuses et non limitatives du groupe moteur conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le moteur électrique comporte un carter, un rotor et un stator qui est équipé de bobines délimitant entre elles des encoches statoriques ;
- le carter délimite un collecteur annulaire dont l’entrée est branchée à la sortie du circuit de refroidissement et qui débouche dans chacune des encoches statoriques via des ouvertures distinctes ;
- le liquide de refroidissement subit entre la sortie du collecteur annulaire et la sortie desdites ouvertures une perte de charge qui est strictement supérieure à celle subie par le liquide de refroidissement lors de son passage dans les encoches statoriques ;
- le liquide de refroidissement subit entre la sortie du collecteur annulaire et la sortie desdites ouvertures une perte de charge qui est strictement supérieure à celle subie par le liquide de refroidissement entre la sortie des ouvertures et l’entrée du circuit de refroidissement ;
- il est prévu des moyens de séparation permettant d’isoler des chemins de circulation du liquide de refroidissement entre chaque ouverture et chaque encoche statorique ;
- il est prévu une chicane entre chaque ouverture et chaque encoche statorique, forçant le liquide de refroidissement à changer au moins deux fois de direction ;
- le liquide de refroidissement est une huile.
[0023] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0024] La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
[0025] Sur les dessins annexés :
[0026] - la figure 1 est une vue schématique d’un groupe moteur selon l’invention ;
[0027] - la figure 2 est une vue schématique du vase d’expansion du groupe moteur de la figure 1 ;
[0028] - la figure 3 est une vue schématique du moteur électrique du groupe moteur de la figure 1 ; et
[0029] - la figure 4 est un graphique illustrant la variation de pression du liquide de refroidissement le long du circuit de refroidissement et du moteur électrique du groupe moteur de la figure 1. [0030] Sur la figure 1 , on a représenté un groupe moteur 10 qui comprend un moteur électrique 200 et un circuit de refroidissement 100 du moteur électrique 200.
[0031] Le circuit de refroidissement 100 comporte principalement une pompe 110 et un échangeur de chaleur 120 qui sont connectés en série avec le moteur électrique 200 au moyen de conduites, ainsi qu’un vase d’expansion 150 qui est branché sur l’une des conduites précitées.
[0032] La pompe 110 pourrait se présenter sous diverses formes. Il s’agit ici d’une pompe de type à engrenage, dont l’entrée est directement connectée au moteur électrique 200 par une première conduite 131 et dont la sortie est directement connectée à l’échangeur de chaleur 120 par une deuxième conduite 132.
[0033] L’échangeur de chaleur 120 présente quant à lui une sortie directement connectée au moteur électrique 200 par une troisième conduite 133. Il pourrait s’agir d’un échangeur à air ou à eau, dans lequel le refroidissement du liquide de refroidissement circulant dans le circuit de refroidissement 100 se ferait donc par air ou par eau.
[0034] Cet échangeur de chaleur 120 et la pompe 110 étant bien connus de l’Homme du métier, ils ne seront pas ici davantage décrits.
[0035] Le vase d’expansion 150 est quant à lui connecté par une quatrième conduite 134 à la première conduite 131.
[0036] Un mode de réalisation de ce vase d’expansion 150 est plus précisément représenté sur la figure 2.
[0037] Dans ce mode, le vase d’expansion 150 comporte un récipient 151 de forme quelconque, par exemple parallélépipédique, adapté à recevoir du liquide de refroidissement. Ce récipient 151 est par exemple réalisé en matière plastique, en une seule pièce ou en plusieurs éléments assemblés ensemble.
[0038] Il est étanche, excepté au niveau de ses ouvertures 153, 154 décrites ci-après.
[0039] Ce récipient 151 loge intérieurement une membrane déformable 152 qui délimite deux compartiments 158, 159 dans le récipient 151 , séparés de façon étanche.
[0040] L’un de ces compartiments, appelé compartiment inférieur 158, est prévu pour recevoir uniquement du liquide de refroidissement. Il présente une ouverture 154 sur le bord de laquelle est branchée la quatrième conduite 154.
[0041] L’autre de ces compartiments, appelé compartiment supérieur 159, est quant à lui prévu pour être rempli d’air.
[0042] La membrane déformable 152 sert alors d’interface entre le liquide de refroidissement et l’air.
[0043] Elle est donc pleine (c’est-à-dire dépourvue de trou) et se rattache de façon étanche sur l’ensemble de son pourtour à la face interne du récipient 151 .
[0044] Cette membrane est qualifiée de « déformable » en ce sens qu’elle ne fait pas obstacle au remplissage ou à la vidange du compartiment inférieur 158. Plus précisément ici, lors du fonctionnement du moteur électrique 200 à pleine charge, lorsque le liquide de refroidissement augmente de volume jusqu’à atteindre un volume maximal, la membrane déformable 152 est conçue pour se déformer suffisamment facilement de sorte que la pression de liquide de refroidissement ne varie pas ou peu (de moins de 0,1 bar).
[0045] En pratique, on pourrait prévoir que la membrane soit étirable, à la façon d’un ballon de baudruche que l’on gonflerait.
[0046] Mais ici, comme le montre la figure 2, la membrane déformable 152 est plutôt souple et elle présente une forme irrégulière, avec des replis ou des ondulations, ce qui lui permet d’épouser la forme de la surface du liquide de refroidissement, quel que soit le volume de liquide contenu dans le premier compartiments 158.
[0047] Il pourrait ainsi par exemple s’agir d’une membrane en matière plastique ou caoutchouteuse, qui épouserait parfaitement (avec un minimum de replis) la forme du dessus du récipient 151 si ce dernier était rempli.
[0048] Un moyen de régulation 153 de la pression d’air dans le compartiment supérieur 159 est prévu pour garantir que la pression de l’air qui y est contenu ne varie pas ou peu (de moins de 0,1 bar).
[0049] En pratique, ce moyen de régulation est une simple ouverture 153 de mise à l’air libre qui, lorsque le niveau de liquide de refroidissement monte dans le récipient 151 , permet à l’air contenu dans le compartiment supérieur 159 de s’évacuer de façon que sa pression reste égale à la pression atmosphérique.
[0050] A ce stade, on pourra noter que le remplissage du circuit de refroidissement 100 pourra se faire via un bouchon prévu non pas dans la cuve d’expansion, mais à distance de celle-ci. Au début du remplissage, il conviendra de s’assurer que le compartiment inférieur 158 ne renferme pas d’air puis qu’il ne se remplisse pas d’air. Pour cela, on pourra par exemple mettre le compartiment supérieur 159 sous pression d’air.
[0051] Le moteur électrique 200 à refroidir est de préférence un moteur du type à flux axial.
[0052] Une partie de ce moteur est représentée sur la figure 3.
[0053] Ce moteur électrique 200 comporte classiquement une arbre-moteur, un carter 231 , un ou préférentiellement deux stators 201 fixés au carter, et un rotor en forme de disque, qui est situé entre les stators et qui est fixé à l’arbre-moteur. Cette configuration permet, lorsque les stators sont alimentés en courant électrique, de faire tourner l’arbre- moteur autour d’un axe de rotation.
[0054] Dans la suite de cet exposé, on ne s’intéressera qu’à l’un des stators (les deux stators étant identiques ou similaires).
[0055] Comme le montre la figure 3, ce stator 201 comporte un flasque 202 en forme de disque centré sur l’axe de rotation, qui est percé en son centre par une ouverture centrale 204 de passage de l’arbre-moteur. Il est également percé sur sa périphérie par des ouvertures 203 de fixation du flasque au carter 231 .
[0056] Le flasque 202 présente ainsi un bord périphérique sensiblement circulaire, et deux faces planes. L’une de ces faces, celle tournée vers le rotor, porte des dents 205 (ou « plots ») en saillie du flasque 202.
[0057] Ces dents 205, ici au nombre de 13, sont réparties tout autour de l’ouverture centrale 204.
[0058] Elles présentent des sections transversales à l’axe de rotation en forme globale de trapèzes isocèles.
[0059] Elles sont conçues pour permettre l’enroulement d’un fil électrique conducteur autour de chacune d’entre elles, de manière à former des bobines 220. Une fois alimentées en courant électrique, ces bobines 220 permettent de générer un champ magnétique orienté parallèlement à l’axe de rotation, de façon à forcer le rotor à tourner autour de cet axe.
[0060] Les bobines 220 enroulées sur des dents 205 voisines se situent à une distance réduite mais non nulle l’une de l’autre, et elles délimitent donc entre elles un espace ci- après appelé « encoche statorique 210 ». Ces encoches statoriques 210 s’étendent en longueur selon un axe radial par rapport à l’axe de rotation, et elles présentent des sections sensiblement identiques (aux dispersions de fabrication près).
[0061] Le circuit de refroidissement 100 précité est alors conçu pour refroidir le liquide de refroidissement avant de le faire passer au travers du stator 201 du moteur électrique 200, via ces encoches statoriques 210.
[0062] Le liquide de refroidissement alors utilisé est préférentiellement de l’huile, ce qui permet de faire passer ce liquide contre les bobines 220 de fil électrique sans craindre de problème électrique.
[0063] Le carter 231 du moteur électrique 200 présente alors une entrée 232 connectée à la troisième conduite 133, et une sortie connectée à la première conduite 131.
[0064] Comme cela a été exposé supra, ce carter 231 délimite une chambre d’accueil du rotor et des stators. Il comporte pour cela une paroi latérale sensiblement de révolution autour de l’axe de rotation.
[0065] Cette paroi latérale est en partie creuse, de façon à délimiter intérieurement un espace torique, appelé collecteur d’huile 230, dans lequel débouche l’entrée 232 d’huile et qui permet de répartir l’huile vers chacune des encoches statoriques 210.
[0066] Ce collecteur d’huile 230 présente préférentiellement une symétrie de révolution autour de l’axe de rotation.
[0067] La section de ce collecteur d’huile pourrait être sensiblement ronde ou carrée. Toutefois, pour des raisons d’encombrement (l’épaisseur de la paroi latérale du carter étant limitée), elle sera plutôt de forme aplatie (rectangulaire ou ovale).
[0068] Parce que ce collecteur d’huile 230 est défini à l’intérieur de la paroi latérale du carter 131 , lequel peut par exemple être issu de fonderie, la pression qui y règne ne pose pas de difficulté vis-à-vis de son étanchéité.
[0069] Le collecteur d’huile 230 est connecté aux encoches statoriques 210 via des ouvertures (non visibles) prévues dans le carter 231 et via des ouvertures 211 (visibles sur la figure 3) qui sont pratiquées dans le flasque 202 du stator 201 et dont le nombre est égal au nombre de dents 205.
[0070] L’huile, lorsqu’elle ressort de ces ouvertures 211 , se trouve dans un espace qui s’étend sur le pourtour extérieur des bobines 220 et qui est délimité, d’un côté, par ces bobines, et, de l’autre, par le carter 231 (ou par une paroi d’étanchéité).
[0071] Il est alors prévu des moyens pour séparer cet espace en autant de secteurs angulaires qu’il y a de bobines 220. Ces moyens sont ici formés par des cloisons de séparation 206.
[0072] Grâce à ces cloisons, chaque encoche statorique 210 est alimentée en huile via sa propre ouverture 211.
[0073] Chaque ouverture 211 présente une taille réduite, ce qui a pour fonction de créer une forte perte de charge sur la circulation de l’huile.
[0074] Cette perte de charge créée par l’ouverture 211 peut être complétée par une réduction de la section du passage (appelé orifice d’ajutage) du fluide réalisé dans la portion de passage entre la sortie du collecteur et l’ouverture 211. L’Avantage de cette solution est de ne pas réduire trop le diamètre de l’ouverture 211 , car plus ce diamètre est faible, plus la vitesse du fluide à la sortie de l’ouverture 211 est élevée. Une survitesse (supérieure à 3 m/s) peut créer des dommages sur les bobines qui ont une couche de vernis fragile pour leur isolation électrique.
[0075] Grâce à l’architecture employée, les débits d’huile dans les différentes encoches statoriques 210 sont sensiblement identiques.
[0076] La section de ces ouvertures est par exemple comprise entre 4 et 20 mm2, alors que celle du collecteur d’huile est comprise entre 50 et 200 mm2.
[0077] Cette perte de charge a en outre pour effet de diminuer la pression d’huile dans les encoches statoriques 210, si bien qu’il est plus facile de rendre ces encoches étanches. [0078] Du fait des dispersions de fabrication, il arrive que les sections des encoches statoriques 210 ne soient pas toutes exactement identiques.
[0079] Les ouvertures 211 et les cloisons de séparation 206 sont alors agencées par rapport aux entrées des encoches statoriques 210 de manière à former des chicanes 212 entre chaque ouverture 211 et chaque entrée d’encoche, forçant l’huile à changer deux fois de direction. Ces chicanes 212 permettant alors de participer à l’homogénéisation du débit d’huile entre les différentes encoches statoriques 210, et donc à assurer un refroidissement homogène des différentes bobines 220.
[0080] L’huile, lorsqu’elle ressort de ces encoches statoriques 210, se retrouve dans un espace délimité entre les bobines 220 et l’arbre-moteur (ou entre des parois d’étanchéité). Elle peut alors ressortir par une sortie 219 unique et de grande section, connectée au circuit de refroidissement 210.
[0081] Elle dispose ainsi à sa sortie des encoches d’un espace plus grand que celui dont elle disposait pour passer au travers des encoches statoriques 210. Une fois sortie des encoches statoriques 210, elle subit alors une perte de charge réduite.
[0082] Sur la figure 4, on a représenté les variations de la pression P de l’huile lorsqu’elle circule le long du circuit de refroidissement 100 et dans le moteur électrique 200.
[0083] Sur ce graphique, l’axe des abscisses L représente l’abscisse curviligne du chemin emprunté par l’huile, et l’axe des ordonnées P représente la pression de l’huile.
[0084] Au point d’abscisse L0, qui correspond au point de jonction des première et quatrième conduites 131 , 134 (noté Z0 sur la figure 1), la pression de l’huile est égale à la pression atmosphérique PO grâce à l’architecture particulière du vase d’expansion 150.
[0085] A partir du point d’abscisse L1 , qui correspond à l’entrée de la pompe 110, la pression de l’huile augmente progressivement jusqu’à atteindre une pression P2 à la sortie de la pompe (à l’abscisse L2).
[0086] Lorsque l’huile traverse l’échangeur de chaleur 120 (entre les points d’abscisses L2 et L3), la pression P diminue progressivement.
[0087] A son entrée dans le moteur électrique 200, l’huile présente encore une pression P3 élevée.
[0088] Du fait de la section réduite des ouvertures 211 prévues dans le stator 201 (complétée éventuellement par des ajustages), l’huile va subir une perte de charge importante, de sorte que sa pression à l’entrée des encoches statoriques 210 (au point d’abscisse L4) aura fortement diminué jusqu’à atteindre une pression P4. Comme cela a été expliqué supra, cette forte baisse de pression va permettre de s’assurer que le débit d’huile est sensiblement le même dans toutes les encoches statoriques 210. Cela va en outre permettre de garantir plus facilement l’étanchéité du passage de l’huile dans le moteur.
[0089] La pression P4 étant alors réduite, le passage de l’huile dans les encoches va générer une perte de charge moins élevée que celle générée par les ouvertures 211 (et éventuels ajustages), si bien qu’à la sortie des encoches (abscisse L5), la pression P5 est telle que :
[0090] [Math. 1] [0091] P4 - P5 < P3 - P4
[0092] Comme cela a été exposé ci-dessus, la sortie des encoches est conçue pour générer des pertes de charges minimes, si bien qu’au niveau de l’ouverture de sortie 219 (abscisse L6), la pression P6 est presqu’égale à la pression atmosphérique.
[0093] De manière préférentielle, on peut alors écrire :
[0094] [Math. 2]
[0095] P4 - P6 < P3 - P 4
[0096] La présente invention n’est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention. [0097] Les différentes variantes décrites ci-après pourront, dans la mesure du possible, être combinées les unes avec les autres.
[0098] Selon une première variante, le vase d’expansion pourrait comporter un récipient en forme de bol, fermé sur le dessus par la membrane déformable. La membrane déformable ne se trouverait alors plus dans une enceinte fermée, mais serait directement au contact de l’extérieur.
[0099] Selon une seconde variante, le récipient du vase d’expansion pourrait être formé par la membrane déformable elle-même, laquelle se présenterait alors sous la forme d’un ballon gonflable rattaché au châssis du véhicule.
[0100] Selon une troisième variante, le moteur électrique pourrait être, non pas à flux axial, mais à flux radial. En effet, un tel moteur comporte des bobines de fil électrique enroulé autour d’axes radiaux, qui délimitent entre elles des encoches au travers desquelles il est possible de faire passer un liquide de refroidissement.
[0101] Selon une quatrième variante, le liquide de refroidissement pourrait être, non pas de l’huile, mais de l’eau. Dans cette variante, il sera alors nécessaire de prévoir des moyens pour isoler de manière étanche l’eau des bobines électriques.
[0102] Selon une cinquième variante, le circuit de refroidissement pourrait être équipé d’un vase de dégazage permettant de purger le liquide de refroidissement de ses bulles d’air.
[0103] Ce vase de dégazage pourra éventuellement être équipé d’un bouchon pour permettre le remplissage du circuit de refroidissement en huile.
[0104] A titre d’exemple, le vase de dégazage pourra comporter une entrée et une sortie d’huile, et être branché sur le circuit de refroidissement 100 en parallèle du moteur électrique 200 (avec l’entrée connectée à la troisième conduite 133 et la sortie connectée à la première conduite 131).

Claims

REVENDICATIONS se d’expansion (150) pour circuit de refroidissement (100) comportant un récipient
(151) adapté à contenir un liquide de refroidissement, caractérisé en ce qu’il comporte une membrane déformable (152) qui est adaptée à épouser la forme de la surface du liquide de refroidissement. e d’expansion (150) selon la revendication précédente, dans lequel ladite membrane déformable (152) délimite deux compartiments (158, 159) dans le récipient (151), dont un compartiment (158) adapté à contenir le liquide de refroidissement, et un compartiment (159) qui présente une ouverture (153) de mise à l’air libre. e d’expansion (150) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite membrane (152) est étirable élastiquement. e d’expansion (150) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ladite membrane (152) est réalisée dans une matière souple et présente des replis ou des ondulations. oupe moteur (10) comportant un moteur électrique (200) et un circuit de refroidissement (100) du moteur électrique (200), dont les entrée et sortie sont branchées sur le moteur électrique (200), ledit circuit de refroidissement (100) comprenant :
- une pompe (110) de liquide de refroidissement,
- un échangeur de chaleur (120), et
- un vase d’expansion (150), caractérisé en ce que le vase d’expansion (150) est conforme à l’une des revendications précédentes. upe moteur (10) selon la revendication 5, dans lequel le moteur électrique (200) comporte un carter (231), un rotor et un stator (201) qui est équipé de bobines (220) délimitant entre elles des encoches statoriques (210), dans lequel le carter (231) délimite un collecteur annulaire (230) qui est branché en entrée à la sortie du circuit de refroidissement (100) et qui débouche dans chacune des encoches statoriques (210) via des ouvertures (211) distinctes. upe moteur (10) selon la revendication 6, dans lequel le liquide de refroidissement subit entre la sortie du collecteur annulaire (230) et la sortie desdites ouvertures (211) une perte de charge qui est strictement supérieure à celle subie par le liquide de refroidissement lors de son passage dans les encoches statoriques (210), et qui est préférentiellement supérieure à celle subie par le liquide de refroidissement entre la sortie des ouvertures (211) et l’entrée du circuit de refroidissement (100). upe moteur (10) selon la revendication 6 ou 7, dans lequel il est prévu des moyens de séparation (206) permettant d’isoler des chemins de circulation du liquide de refroidissement entre chaque ouverture (211) et chaque encoche statorique (210). upe moteur (10) selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel il est prévu une chicane (212) entre chaque ouverture (211) et chaque encoche statorique (210), forçant le liquide de refroidissement à changer au moins deux fois de direction.roupe moteur (10) selon l’un des revendications 5 à 9, dans lequel le liquide de refroidissement est une huile.
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