FR3000180A3 - Systeme de refroidissement par air, notamment pour moteur electrique, et vehicule correspondant - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un système de refroidissement par air comprenant un ventilateur et un conduit d'entrée d'air (14) comprenant une partie coudée, ledit conduit d'entrée (14) étant agencé pour recevoir un flux d'air produit par le ventilateur, caractérisé en ce que ledit conduit d'entrée (14) comprend au moins une paroi interne (22, 24) divisant ledit conduit d'entrée (14) en au moins deux canaux élémentaires (C1, C2, C3), ladite au moins une paroi interne (22, 24) s'étendant au moins le long de la partie coudée et étant orientée sensiblement selon la courbure d'un axe longitudinal courbe (144) dudit conduit d'entrée (14).

Description

SYSTEME DE REFROIDISSEMENT PAR AIR, NOTAMMENT POUR MOTEUR ELECTRIQUE, ET VEHICULE CORRESPONDANT L'invention concerne un système de refroidissement par air, en particulier, un système de refroidissement par air d'un moteur électrique utilisé notamment pour la propulsion d'un véhicule automobile.
Lorsqu'un moteur électrique, assurant notamment la propulsion d'un véhicule automobile, est refroidi par air, la puissance du ventilateur assurant la circulation de l'air frais a une influence directe sur l'autonomie du véhicule via sa consommation électrique. Une solution permettant de réduire cette consommation est de réduire les pertes de charge du circuit de refroidissement par air. En outre, dans des conditions critiques d'utilisation en termes de température, le moteur électrique ne doit pas atteindre des températures qui amèneraient des pertes de puissance liées à une mise en sécurité : le moteur électrique doit alors être refroidi par son circuit de refroidissement par air, lequel doit être optimisé et assurer une bonne répartition du flux d'air. Les systèmes actuels répondent à la demande mais ne sont pas toujours optimisés. En particulier, l'architecture d'un véhicule impose parfois la réalisation d'un conduit d'entrée d'air court et coudé en entrée du circuit de refroidissement, plus précisément en entrée du moteur électrique. Ce conduit d'entrée est une pièce importante car elle a une influence à la fois sur les pertes de charge du moteur et sur la répartition de l'air à l'intérieur du moteur électrique (et donc sur son refroidissement). Cependant, une telle forme courte et coudée ne permet pas une bonne répartition des vitesses de l'air en entrée moteur et peut résulter en un mauvais arrosage des parties actives devant être refroidies. Il existe donc un besoin pour réduire davantage la perte de charge tout en améliorant les performances aérauliques d'un système de refroidissement par air, notamment d'un moteur électrique, en particulier en modifiant le moins possible la structure du moteur électrique. A cet effet, l'invention concerne un système de refroidissement par air comprenant un ventilateur et un conduit d'entrée d'air comprenant une partie coudée et agencé pour recevoir un flux d'air produit par le ventilateur, caractérisé en ce que ledit conduit d'entrée comprend au moins une paroi interne divisant ledit conduit d'entrée en au moins deux canaux élémentaires, ladite au moins une paroi interne s'étendant au moins le long de la partie coudée et étant orientée sensiblement selon la courbure d'un axe longitudinal courbe dudit conduit d'entrée. Chaque paroi interne divise ainsi le volume interne du conduit d'entrée en deux parties distinctes, qui ne communiquent pas entre elles le long de ladite paroi interne.
Un flux d'air traversant le conduit est ainsi guidé par la ou les parois internes qui définissent des canaux élémentaires internes de circulation d'air. Selon l'invention, chaque paroi interne est orientée sensiblement selon la courbure d'un axe longitudinal courbe dudit conduit d'entrée.
Autrement dit, chaque paroi interne présente un profil de courbure identique ou similaire à la courbure du profil du conduit d'entrée. L'axe longitudinal courbe du conduit d'entrée d'air suit ainsi la courbure du conduit d'entrée, cet axe longitudinal courbe passant par le centre de chaque section transversale du conduit d'entrée. Une telle courbure des parois internes permet d'améliorer le guidage du flux d'air à l'intérieur du conduit d'entrée, notamment en homogénéisant le flux sortant du conduit d"entrée, et de réduire les pertes de charge du système de refroidissement en aval du conduit d'entrée coudé par rapport à la circulation du flux d'air. Ceci permet ainsi d'une part d'améliorer le refroidissement et de réduire la puissance, et donc la consommation électrique du ventilateur, en ne modifiant que le conduit d'entrée d'air du système de refroidissement. La partie coudée peut s'étendre sur toute la longueur du conduit d'entrée. Autrement dit, le conduit d'entrée peut ne pas comprendre de parties rectilignes. L'angle de la partie coudée peut être de 45° à 1100, par exemple de 50° à 1000 . Avantageusement et de manière non limitative, ladite au moins une paroi interne peut former une droite rectiligne dans chaque section transversale dudit conduit d'entrée, ce qui peut permettre de faciliter la réalisation dudit conduit d'entrée.
Il est possible de définir pour chaque paroi interne, un bord d'attaque, situé du côté de l'arrivée du flux d'air à l'intérieur du conduit, et un bord de fuite situé du côté de la sortie d'air du conduit. En fonction de la direction à donner au flux d'air sortant du conduit, canalisé par la ou les parois internes, les bords de fuite et d'attaque d'une même paroi interne pourront être parallèles ou inclinés l'un par rapport à l'autre. Autrement dit, en considérant que chaque bord d'attaque et chaque bord de fuite forme respectivement une droite, un plan orthogonal au bord d'attaque d'une paroi interne pourra être parallèle ou non à un plan orthogonal au bord de fuite de la même paroi interne. Dans ce dernier cas (plans orthogonaux non parallèles), les bords de fuite et d'attaque d'une même paroi interne sont donc inclinés l'un par rapport à l'autre. En outre, un plan orthogonal au bord d'attaque et/ou un plan orthogonal au bord de fuite pourra être parallèle ou non à l'axe longitudinal du conduit d'entrée, ou contenir cet axe si ledit plan orthogonal est un plan médian. L'inclinaison entre les bords de fuite et d'attaque d'une même paroi peut ainsi être choisie pour diriger le flux d'air dans la direction la plus favorable pour l'application recherchée. Dans un exemple de réalisation particulier, un plan orthogonal au bord de fuite d'une paroi interne est parallèle à l'axe longitudinal du conduit d'entrée et un plan orthogonal au bord d'attaque de la même paroi interne est parallèle à l'axe longitudinal du conduit d'entrée, lesdits plans orthogonaux n'étant pas parallèles l'un par rapport à l'autre. Toute autre combinaison des orientations relatives des bords de fuite et d'attaque d'une même paroi interne peut toutefois être envisagée selon la direction de flux d'air souhaitée.
Avantageusement et de manière non limitative, ledit conduit d'entrée peut comprendre deux ou plusieurs parois internes. Le nombre de parois internes pourra être choisi en fonction des dimensions de la section interne du conduit, notamment afin d'éviter la formation de turbulences dans le flux d'air dues à des effets de bord.
Lorsque le conduit d'entrée présente deux ou plusieurs parois internes, lesdits bords de fuite desdites parois internes peuvent être parallèles et/ou lesdits bords d'attaque desdites parois internes peuvent être parallèles. Dans ce cas, les bords d'attaque parallèles et/ou les bords de fuite parallèles des parois internes peuvent être répartis régulièrement suivant une hauteur dudit conduit mesurée perpendiculairement à l'axe longitudinal du conduit et aux bords d'attaque ou de fuite. Avantageusement et de manière non limitative, ledit conduit d'entrée peut comprendre deux ou plusieurs parois internes parallèles. L'invention peut également concerner une machine électrique, par exemple un moteur électrique, notamment destiné à la propulsion d'un véhicule automobile, équipée d'un système de refroidissement par air selon l'invention. La sortie du conduit d'entrée d'air peut alors déboucher sur un élément de répartition d'air adjacent à la machine électrique, par exemple au stator du moteur. En particulier, la machine électrique peut être un moteur électrique relié au ventilateur du système de refroidissement de manière à l'alimenter en électricité. Un autre objet de l'invention concerne un véhicule automobile électrique comprenant un moteur électrique équipé d'un système de refroidissement par air selon l'invention ou un moteur électrique tel que décrit ci-dessus. L'invention est maintenant décrite en référence aux dessins annexés, non limitatifs, dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement une machine électrique équipée d'un système de refroidissement par air selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 représente partiellement en coupe l'entrée du conduit d'air du système de refroidissement visible sur la figure 1 ; la figure 3 est une vue en perspective du conduit d'entrée coudé du système de refroidissement représenté sur la figure 1, les parois du conduit étant représentées en transparence ; la figure 4 est une vue en coupe longitudinale du conduit d'entrée représenté figure 3 ; la figure 5 est une vue de dessous du conduit d'entrée représenté figure 3.
Par sensiblement horizontal, longitudinal ou vertical, on entend une direction/un plan formant un angle d'au plus ±20°, voire d'au plus ±10° avec une direction/un plan horizontal, longitudinal ou vertical.
La figure 1 représente une machine électrique 1 équipée d'un système de refroidissement par air 10. Ce dernier comprend un ventilateur 12 et un conduit d'entrée d'air 14 agencé pour recevoir un flux d'air produit par le ventilateur 12. Ce conduit d'entrée d'air 14 comprend une partie coudée. Dans l'exemple, le conduit d'entrée d'air 14 est coudé sur toute sa longueur. Les flèches représentées sur la figure 1 indiquent le sens de circulation du flux d'air à l'intérieur du système de refroidissement par air 10. Les termes aval/amont font référence au sens de circulation de ce flux d'air.
Le système de refroidissement 10 comprend en outre, en aval du conduit d'entrée d'air 14, un élément de répartition d'air 16, dont la fonction est de distribuer l'air à l'intérieur de la machine électrique 1, et, en aval de la machine électrique 1, un élément de récupération 18 de l'air réchauffé par la machine électrique 1, avant son évacuation par un conduit de sortie 20. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée par la structure du système de refroidissement 10 décrit ci-dessus et s'applique à tout système de refroidissement par air comprenant un ventilateur 14 situé en amont d'un conduit d'entrée 12 comprenant une partie coudée.
On note 140, l'entrée du conduit d'entrée d'air 14 et 142 sa sortie. 144 désigne l'axe longitudinal du conduit d'entrée d'air 14. Cet axe longitudinal 144 est courbe et suit la courbure du conduit d'entrée 14, tel que visible plus particulièrement sur la figure 4. L'axe longitudinal 144 passe par le centre de chaque section transversale du conduit d'entrée 14. Il est à noter que la forme du conduit d'entrée 14 peut ne pas être symétrique, tel que dans l'exemple représenté. En particulier, la section transversale de l'entrée 140 est circulaire alors que la section transversale de la sortie 142 est sensiblement oblongue dans l'exemple représenté. La section transversale du conduit d'entrée 14 représentée n'est donc pas constante le long de l'axe longitudinal 144. Le conduit d'entrée 14 peut ainsi être divergent d'amont en aval, suivant le sens d'écoulement du flux d'air, ou convergent. L'invention n'est pas non plus limitée à la forme de la section du conduit d'entrée 14 le long de son axe longitudinal 144. Selon l'invention, le conduit d'entrée 14 comprend deux parois internes 22, 24 le divisant en trois canaux élémentaires Cl, C2, C3 sur au moins une partie de sa longueur. Chaque paroi interne 22, 24 s'étend au moins le long de la partie coudée et est orientée sensiblement selon la courbure de l'axe longitudinal courbe 144 du conduit d'entrée 14.
Si on considère que le conduit d'entrée 14 présente un profil défini par une courbe externe 146 et une courbe interne 148, chaque paroi interne 22, 24 présente alors un profil dont la courbure est intermédiaire entre la courbure de la courbe externe 146 et la courbure de la courbe interne 148 (figure 4).
Les canaux élémentaires Cl, C2, C3 ne communiquent pas entre eux le long de l'axe longitudinal 144 sur la longueur des parois internes 22, 24. Autrement dit, ces parois 22, 24 sont des parois pleines. Dans l'exemple représenté, chaque paroi interne 22, 24 forme une droite rectiligne dans chaque section transversale dudit conduit d'entrée 14. On note 22a et 24a les bords d'attaque des parois internes 22, 24 respectivement, et 22f, 24f, les bords de fuite des parois internes 22, 24, respectivement. Dans l'exemple représenté sur les figures 3 à 5, le bord d'attaque 22a de la paroi interne 22 est incliné d'un angle alpha (a) par rapport au bord de fuite correspondant 22f, tel que visible sur la figure 5 en projection dans le plan de la planche de dessin. Autrement dit, un plan orthogonal au bord d'attaque 22a et parallèle à l'axe 144 du conduit d'entrée forme un angle (a) avec un plan orthogonal au bord de fuite 22f et parallèle à l'axe 144 du conduit d'entrée. De même, le bord d'attaque 24a de la paroi interne 24 est incliné d'un même angle alpha (a) par rapport au bord de fuite correspondant 24f dans l'exemple représenté. L'angle d'inclinaison alpha (a) peut être choisi en fonction de l'application particulière pour diriger le flux d'air dans la direction la plus favorable pour l'application recherchée en fonction de la forme du conduit d'entrée d'air 14 et de la forme de la partie du système de refroidissement 10 située en aval du conduit d'entrée 14. En outre, les deux parois internes 22, 24 sont parallèles entre elles (figure 4). Il en découle que les bords de fuite 22f et 24f des deux parois internes 22, 24 sont parallèles, et les bords d'attaque 22a, 24a de ces mêmes parois internes 22, 24 sont parallèles. En outre, tel que visible sur la figure 4, les bords d'attaque parallèles 22a, 24a et les bords de fuite parallèles 22f, 24f sont répartis régulièrement suivant une hauteur dudit conduit 14 mesurée perpendiculairement à l'axe longitudinal 144 du conduit et aux bords d'attaque ou de fuite. La distance séparant deux parois internes adjacentes pourra être choisie de manière à éviter des perturbations de l'écoulement du flux d'air, dues par exemple à des effets de bords. A titre d'exemple non limitatif, pour un conduit d'entrée de diamètre interne de 80mm, deux parois internes 22, 24 peuvent être prévues, séparées d'une distance de 35mm.
Le conduit d'entrée selon l'invention pourra être réalisé par tout procédé approprié. Il peut notamment être réalisé en matière polymère, par exemple en polypropylène. Dans ce cas, il est possible de réaliser le conduit d'entrée par moulage de deux demi-coquilles, dont l'une contient par exemple la ou les parois internes, puis soudage des deux demi-coquilles et des parois internes sur l'autre demi-coquille. La conception particulière du conduit d'entrée d'air du système de refroidissement selon l'invention permet à la fois une réduction des pertes de charge dues à la forme coudée du conduit et une meilleure distribution de l'air en sortie du conduit d'entrée.20

Claims (8)

  1. REVENDICATIONS1. Système de refroidissement par air (10) comprenant un ventilateur (12) et un conduit d'entrée d'air (14) comprenant une partie coudée, ledit conduit d'entrée (14) étant agencé pour recevoir un flux d'air produit par le ventilateur (12), caractérisé en ce que ledit conduit d'entrée (14) comprend au moins une paroi interne (22, 24) divisant ledit conduit d'entrée (14) en au moins deux canaux élémentaires (Cl, C2, C3), ladite au moins une paroi interne (22, 24) s'étendant au moins le long de la partie coudée et étant orientée sensiblement selon la courbure d'un axe longitudinal courbe (144) dudit conduit d'entrée (14) et en ce que ladite au moins une paroi interne (22, 24) présente un bord d'attaque (22a, 24a) et un bord de fuite (22f, 24f) et en ce que lesdits bords de fuite et d'attaque d'une même paroi interne sont inclinés l'un par rapport à l'autre.
  2. 2. Système de refroidissement (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une paroi interne (22, 24) forme une droite rectiligne dans chaque section transversale dudit conduit d'entrée (14).
  3. 3. Système de refroidissement (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit conduit d'entrée (14) comprend deux ou plusieurs parois internes (22, 24).
  4. 4. Système de refroidissement selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque paroi interne (22, 24) présente un bord d'attaque (22a, 24a) et un bord de fuite (22f, 24f) et en ce que lesdits bords de fuite (22f, 24f) desdites parois internes sont parallèles et/ou lesdits bords d'attaque (22a, 24a) desdites parois internes sont parallèles.
  5. 5. Système de refroidissement (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les bords d'attaque parallèles (22a, 24a) et/ou les bords de fuite parallèles (22f, 24f) des parois internes sont répartis régulièrement suivant une hauteur dudit conduit mesurée perpendiculairement à l'axe longitudinal (144) du conduit (14) et aux bords d'attaque ou de fuite.
  6. 6. Système de refroidissement (10) selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit conduit d'entrée (14) comprend deux ou plusieurs parois internes (22, 24) parallèles.
  7. 7. Moteur électrique (1), notamment destiné à la propulsion d'un véhicule automobile, équipé d'un système de refroidissement par air (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, et relié au ventilateur (12) du système de refroidissement (10) de manière à l'alimenter en électricité.
  8. 8. Véhicule automobile électrique comprenant un moteur électrique (1) équipé d'un système de refroidissement par air selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 ou comprenant un moteur électrique (1) selon la revendication 7.10
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