FR3000171A3 - Vehicule avec moteur electrique immersible - Google Patents

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FR3000171A3
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Didier Duprez
Alain Fouquiau
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K2001/003Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units
    • B60K2001/006Arrangement or mounting of electrical propulsion units with means for cooling the electrical propulsion units the electric motors

Abstract

L'invention concerne un véhicule comportant au moins un moteur électrique (ME) de traction, un conduit (CE) d'entrée d'air et un conduit d'évacuation d'air (CS) raccordés chacun par une de leurs extrémités audit moteur électrique (ME), leurs autres extrémités présentant chacune une bouche d'entrée (BE) ou de sortie (BS) accessible depuis le bas du véhicule, lesdites bouches (BE, BS) étant disposées sensiblement à un même niveau verticalement, ledit véhicule étant caractérisé en ce que ledit moteur électrique (ME) et lesdits conduits (CE, CS) forment un ensemble étanche lorsque lesdites bouches d'entrée (CE) ou de sortie (CS) sont fermées.

Description

Véhicule avec moteur électrique immersible La présente invention se rapporte de manière générale au domaine de l'électrotechnique, et plus précisément à un moteur électrique refroidi par air submersible pour véhicule automobile. Les véhicules automobiles électriques ou hybrides comportent chacun au moins un moteur électrique de traction. Afin de permettre à un véhicule électrique ou hybride équipé d'un tel moteur de franchir des passages de gué, il est nécessaire de placer ce moteur électrique en hauteur, ce qui n'est pas toujours compatible avec les contraintes d'architecture du véhicule, ou d'utiliser un moteur électrique dont les composants supportent l'eau. Or cette dernière solution est très coûteuse, la plupart des composants d'un moteur électrique s'oxydant par nature facilement. On connaît également de l'art antérieur des moteurs électriques submersibles refroidis par un liquide réfrigérant circulant en boucle fermée, notamment des moteurs de pompes électriques. Cependant ces moteurs sont fort coûteux notamment du fait de la complexité de leurs systèmes de refroidissement. Un des buts de l'invention est de remédier à au moins une partie des inconvénients de la technique antérieure en fournissant une architecture de moteur électrique capable de supporter une immersion peu profonde. A cette fin, l'invention propose un véhicule comportant au moins un moteur électrique de traction, un conduit d'entrée d'air et un conduit d'évacuation d'air raccordés chacun par une de leurs extrémités audit moteur électrique, leurs autres extrémités présentant chacune une bouche d'entrée ou de sortie accessible depuis le bas du véhicule, lesdites bouches étant disposées sensiblement à un même niveau verticalement, ledit véhicule étant caractérisé en ce que ledit moteur électrique et lesdits conduits forment un ensemble étanche lorsque lesdites bouches d'entrée ou de sortie sont fermées. Grâce à l'invention, lorsque le véhicule selon l'invention traverse un gué, l'eau monte progressivement jusque dans les bouches d'entrée et de sortie du moteur, puis emprisonne l'air présent dans le moteur dès que l'eau atteint un certain niveau dans les conduits d'aération du moteur. L'eau peut donc passer au dessus du moteur électrique sans l'endommager, tant que la pression dans le moteur n'est pas trop importante, c'est-à-dire que le gué n'est pas trop profond. On obtient ainsi une protection, lors des passages à gué, du moteur électrique du véhicule selon l'invention, pour un coût très réduit.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, ledit ensemble étanche est configuré pour que lesdites extrémités raccordant lesdits conduits audit moteur électrique ne soient pas atteintes par une immersion dudit moteur d'une hauteur d'eau prédéterminée au dessus de la plus basse desdites extrémités raccordant lesdits conduits audit moteur, ladite hauteur d'eau prédéterminée n'excédant pas trente centimètres d'eau pour un véhicule personnel (peut être supérieure pour d'autres applications : chantier, militaire...). Ainsi le véhicule selon l'invention sera capable de traverser un gué assez profond, la distance entre l'entrée d'air du moteur et le sol étant facilement de trente centimètres sur un véhicule électrique de traction classique. Selon une autre caractéristique avantageuse, ledit ensemble étanche est configuré pour qu'un niveau d'entrée dans ledit moteur électrique soit à une distance de sécurité d'au moins quatre centimètres du niveau d'eau dans lesdits conduits lorsque ladite hauteur d'eau prédéterminée est atteinte.
Cette distance de sécurité permet au moteur de ne pas être aspergé d'eau par l'agitation de l'eau inondant partiellement ses conduits d'aération, c'est-à-dire par des vagues ou du clapot dans les conduits d'entrée d'air ou d'évacuation d'air du moteur, dus par exemple au mouvement du véhicule ou à son inclinaison. Selon une autre caractéristique avantageuse, l'un au moins desdits conduits comporte une partie coudée tournée vers le haut du véhicule, compensant une différence de hauteur entre lesdites extrémités raccordant lesdits conduits audit moteur électrique.
Cette caractéristique permet d'obtenir une hauteur prédéterminée d'immersion possible sans endommager le moteur plus importante que si le conduit correspondant à l'ouverture la plus basse du moteur ne remontait pas vers le haut. Selon une autre caractéristique avantageuse, ladite partie coudée est surmontée d'une cloche. Ce mode de réalisation de l'invention permet de limiter l'encombrement des conduits d'air raccordés au moteur. Alternativement, ladite partie coudée fait partie d'une partie dudit conduit en forme en U renversé. Cette variante de réalisation peut être préférée en fonction de l'architecture du véhicule pour l'encombrement, de la profondeur maximale d'immersion et/ou de la performance aérodynamique du circuit de refroidissement. D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférés décrits en référence aux figures dans lesquelles: - la figure 1 représente un premier mode de réalisation de l'invention, - et la figure 2 représente un deuxième mode de réalisation de l'invention.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 1, un véhicule électrique ou hybride comportant un moteur électrique ME de traction utilise un système de refroidissement par air du moteur électrique ME.
Le système de refroidissement comporte un conduit d'entrée d'air CE amenant l'air extérieur depuis une bouche d'entrée BE du conduit CE, vers le moteur électrique ME au niveau d'une entrée EM du moteur électrique ME. Un ventilateur V est inclus dans le conduit d'air CE afin de faciliter l'arrivée d'air. Un conduit d'évacuation d'air CS, relié au moteur électrique ME au niveau d'une sortie SM du moteur électrique ME, permet d'évacuer l'air ayant refroidi le moteur, vers l'extérieur du véhicule, au niveau d'une bouche de sortie BS du conduit d'évacuation CS. Afin de permettre au véhicule de franchir un gué profond sans inonder le moteur électrique ME, ce qui entraînerait l'allumage de voyants du tableau de bord du fait de défauts d'isolement, ou altérerait le fonctionnement du moteur électrique ME, on rend possible l'inondation partielle des conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS. Cette inondation partielle permet de créer un effet « bouchon » avec la montée du niveau d'eau au fur et à mesure de l'entrée du véhicule dans le gué.
Pour cela, les conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS sont disposés de manière à ce que leurs bouches respectives BE d'entrée et BS de sortie soient accessibles depuis le bas du véhicule, et soient disposées sensiblement à un même niveau verticalement, par exemple au même niveau vertical à un centimètre près.
De plus, le moteur électrique ME et les conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS sont réalisés de manière à former un ensemble étanche lorsque les bouches d'entrée BE et de sortie BS de ces conduits sont fermées. Pour cela, les conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS sont reliés par des joints d'étanchéité à leurs extrémités les raccordant respectivement à l'entrée EM du moteur électrique ME et à la sortie SM du moteur électrique ME. De plus le carter du moteur électrique ME est rendu étanche, à l'exception de son entrée d'air EM et de sa sortie d'air SM. L'ensemble du moteur électrique ME et des conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS permet ainsi d'emprisonner l'air contenu dans le moteur électrique ME lorsque le niveau d'eau atteint la bouche d'entrée BE du conduit d'entrée d'air CE et la bouche de sortie BS du conduit d'évacuation d'air CS. Pendant cette immersion, les échanges thermiques entre le carter du moteur électrique ME et l'eau environnante permettent de couper la circulation d'air dans le système de refroidissement et donc d'arrêter le ventilateur V qui risquerait d'aspirer de l'eau. Ainsi l'invention permet de bloquer naturellement l'entrée d'eau dans le moteur électrique ME sans recourir à des clapets sur les conduits, qui sont onéreux, encombrants et lourds, ou à des stratégies complexes de mise en pression du moteur électrique ME. Il est à noter que les conduits d'aération des véhicules automobile sont généralement tournés vers le bas afin d'éviter qu'ils s'obstruent ou subissent des ruissellements d'eau. L'ensemble du moteur électrique ME et des conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS est configuré pour que lorsque le moteur électrique ME est immergé d'une hauteur d'eau prédéterminée Hm au-dessus de la plus basse de ses ouvertures, qui est dans ce mode de réalisation de l'invention la sortie SM du moteur électrique ME, celle-ci ne soit pas atteinte par le niveau d'eau dans les conduits d'entrée d'air et d'évacuation d'air du moteur. Ce niveau d'eau est atteint sur la figure 1 par la hauteur h d'eau ayant inondé le conduit d'évacuation d'air CS depuis l'extrémité de la bouche de sortie BS du conduit d'évacuation d'air CS. Pour la hauteur d'eau prédéterminée Elm, cette hauteur d'eau h dans le conduit d'évacuation d'air CS se stabilise lorsque la pression de l'air P, dans le moteur électrique ME est égale à la pression de l'eau Pe au niveau d'eau correspondant à cette hauteur h.
Cette hauteur h d'eau dans le conduit d'évacuation d'air CS est définie de telle sorte qu'elle présente une distance d de sécurité avec un niveau NE d'entrée d'eau dans le moteur ME, correspondant au niveau vertical permettant à l'eau de rentrer dans l'ouverture la plus basse du moteur électrique ME, cette ouverture étant ici la sortie SM du moteur électrique ME. Cette hauteur h d'eau dans le conduit d'évacuation d'air CS pour la hauteur d'eau prédéterminée Hm est obtenue par une configuration adéquate du volume d'air dans le moteur ME et dans les conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS. En effet, la hauteur d'eau prédéterminée H correspond à une pression d'équilibre P, qui elle-même correspond, à température constante, à un volume V prédéterminé d'air dans le moteur électrique ME et les conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS lorsque ceux-ci sont partiellement inondés, le conduit d'évacuation d'air CS étant inondé de la hauteur h d'eau. Le confinement de l'air dans le moteur électrique ME se lit en effet dans la loi de Boyle-Mariotte qui s'écrit « P,.V= constante » à température constante. On configure donc la distance D entre le niveau NE d'entrée d'eau dans le moteur électrique ME et l'extrémité de la bouche de sortie BS de telle manière que la hauteur h soit strictement inférieure à cette distance D, ce qui équivaut à ce que la distance de sécurité d soit toujours strictement positive. Préférentiellement, on configure l'ensemble du moteur électrique ME et des conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS de manière à ce que pour une hauteur d'eau prédéterminée Hm de trente centimètres, la distance d de sécurité soit d'au moins quatre centimètres. Cette distance d de sécurité est ainsi suffisante pour que le niveau d'eau dans le conduit d'évacuation d'air CS soit stable malgré l'agitation du milieu, du moteur électrique ME ou du véhicule. En variante, on configure l'ensemble du moteur électrique ME et des conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS de manière à ce que pour une hauteur d'eau prédéterminée Hm d'un mètre, la distance d de sécurité soit d'au moins cinq à dix centimètres. Cette variante est intéressante par exemple pour les véhicules de chantier. Dans une autre variante, on configure l'ensemble du moteur électrique ME et des conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS de manière à ce que pour une hauteur d'eau prédéterminée d'une quinzaine à une vingtaine de centimètres, la distance d de sécurité soit d'au moins deux centimètres. Cette dernière variante permet de commercialiser des véhicules pouvant franchir des gués peu profonds sans détérioration du moteur électrique ME. Il est à noter que dans le mode de réalisation de la figure 1, du fait d'une différence de hauteur A entre l'entrée EM du moteur électrique ME et sa sortie SM, le conduit d'évacuation d'air CS comporte une partie coudée tournée vers le haut du véhicule, compensant cette différence de hauteur A. Cette partie coudée est plus précisément la branche montante d'une forme en U renversé que prend le conduit d'évacuation d'air CS vers sa bouche de sortie BS, celle-ci étant à l'extrémité descendante de ce U renversé. En effet, la hauteur de la branche montante du U renversé est environ égale à la différence de hauteur A entre l'entrée EM du moteur électrique ME et sa sortie SM. Ainsi une eau montant à peu près uniformément sous le véhicule inonde à peu près en même temps et d'une même hauteur les deux conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS, ce qui évite de noyer le moteur avant que l'effet « bouchon » ne se produise. En référence à la figure 2, un deuxième mode de réalisation de l'invention est présenté, similaire au premier mode de réalisation, à la différence de la forme du conduit d'évacuation d'air CS. En effet, dans ce deuxième mode de réalisation de l'invention, on compense également la différence de hauteur A entre l'entrée EM du moteur électrique ME et sa sortie SM par une partie coudée, tournée vers le haut du véhicule, du conduit d'évacuation d'air CS, mais celle-ci se termine par une cloche C au lieu de poursuivre une forme en U renversé. Ainsi l'eau pénètre dans la bouche de sortie BS du conduit d'évacuation CS, par le dessous de cette cloche C, qui protège la bouche de sortie BS d'éventuelles obstructions. Dans ce mode de réalisation de l'invention, le niveau d'entrée de l'eau NE dans le véhicule correspond donc à l'extrémité de la partie coudée tournée vers le haut du conduit d'évacuation d'air CS. La distance de sécurité d entre ce niveau d'entrée d'eau NE et la hauteur h d'inondation du conduit d'évacuation d'air CS, correspond alors à la distance entre l'extrémité de la partie coudée tournée vers le haut du conduit d'évacuation d'air CS et la hauteur h d'eau arrivant sous la cloche C dès que la hauteur d'eau Hm prédéterminée est atteinte au dessus de la sortie SM du moteur électrique ME. Ce deuxième mode de réalisation de l'invention permet une disposition moins encombrante des conduits d'entrée d'air CE et d'évacuation d'air CS que dans le premier mode de réalisation de l'invention. Il est à noter que les premier et deuxième modes de réalisation de l'invention décrits dans cette demande ne sont pas limitatifs. En effet par exemple la présence d'un ventilateur V au milieu du conduit d'entrée d'air CE est optionnelle. De plus, si les ouvertures du moteur électrique ME ne présentent pas de différence significative de hauteur, un autre mode de réalisation est possible dans lequel les conduits d'aération du moteur ne présentent pas de partie coudée tournée vers le haut du véhicule. Enfin il est à noter qu'il est possible d'accroître la hauteur d'eau prédéterminée Hm d'immersion par mise en pression du volume d'air contenu dans le moteur électrique ME et ses conduits d'aération, pour une même configuration de ce moteur électrique et de ces conduits d'aération.

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS1. Véhicule comportant au moins un moteur électrique (ME) de traction, un conduit (CE) d'entrée d'air et un conduit d'évacuation d'air (CS) raccordés chacun par une de leurs extrémités audit moteur électrique (ME), leurs autres extrémités présentant chacune une bouche d'entrée (BE) ou de sortie (BS) accessible depuis le bas du véhicule, lesdites bouches (BE, BS) étant disposées sensiblement à un même niveau verticalement, ledit véhicule étant caractérisé en ce que ledit moteur électrique (ME) et lesdits conduits (CE, CS) forment un ensemble étanche lorsque lesdites bouches d'entrée (CE) ou de sortie (CS) sont fermées.
  2. 2. Véhicule selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit ensemble étanche est configuré pour que lesdites extrémités raccordant lesdits conduits (CE, CS) audit moteur électrique (ME) ne soient pas atteintes par une immersion dudit moteur d'une hauteur d'eau prédéterminée (Hm) au dessus de la plus basse desdites extrémités raccordant lesdits conduits (CE, CS) audit moteur (ME), ladite hauteur d'eau prédéterminée (Hm) n'excédant pas trente centimètres d'eau.
  3. 3. Véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit ensemble étanche est configuré pour qu'un niveau d'entrée (NE) dans ledit moteur électrique (ME) soit à une distance de sécurité (d) d'au moins quatre centimètres du niveau d'eau (h) dans lesdits conduits (CE, CS) lorsque ladite hauteur d'eau prédéterminée (Hm) est atteinte.
  4. 4. Véhicule selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'un desdits conduits (CS) comporte une partie coudée tournée vers lehaut du véhicule, compensant une différence de hauteur (A) entre lesdites extrémités raccordant lesdits conduits (CE, CS) audit moteur électrique (ME).
  5. 5. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite partie coudée est surmontée d'une cloche (C).
  6. 6. Véhicule selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite partie coudée fait partie d'une partie dudit conduit (CS) en forme en U renversé. 15
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