FR3012698A1 - ELECTRIC MACHINE HAVING A PHASE CHANGE MATERIAL OF A TURBOMACHINE GENERATOR STARTER - Google Patents

ELECTRIC MACHINE HAVING A PHASE CHANGE MATERIAL OF A TURBOMACHINE GENERATOR STARTER Download PDF

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets

Abstract

L'invention concerne une machine électrique comprenant un premier ensemble et un deuxième ensemble configurés pour être entrainés en rotation l'un par rapport à l'autre, le deuxième ensemble comprenant une pluralité d'aimants permanents, l'un ou l'autre du premier ou deuxième ensemble comprenant en outre un circuit magnétique et un circuit électrique, une variation de flux magnétique dans le circuit magnétique induisant une force électromotrice dans le circuit électrique, la machine électrique comprenant en outre au moins un dissipateur de chaleur comprenant un matériau à changement de phase de manière à dissiper la chaleur au cours des phases transitoires de ladite machine électrique, ledit dissipateur étant disposé au plus près des sources de chaleur impliquées au cours desdites phases transitoires de ladite machine électrique.The invention relates to an electrical machine comprising a first assembly and a second assembly configured to be rotated relative to each other, the second assembly comprising a plurality of permanent magnets, one or the other of first or second assembly further comprising a magnetic circuit and an electrical circuit, a magnetic flux variation in the magnetic circuit inducing an electromotive force in the electrical circuit, the electrical machine further comprising at least one heat sink comprising a material to be changed phase to dissipate heat during the transient phases of said electric machine, said dissipator being disposed closer to the heat sources involved during said transient phases of said electric machine.

Description

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL L'invention concerne les moteurs d'aéronef en particulier ceux d'un hélicoptère. Elle concerne particulièrement les machines électriques intégrées dans les moteurs d'hélicoptères réalisant la fonction de génération d'énergie électrique, et /ou de motorisation électrique de certains organes. Ces machines électriques peuvent être des générateurs-démarreurs, des démarreurs, des alternateurs ou des pompes électriques qui sont soit des machines à courant continu ou à courant alternatif. ETAT DE LA TECHNIQUE Un moteur d'un aéronef comprend des machines électriques comprenant un rotor et un stator en rotation l'un par rapport à l'autre, le stator comprend un circuit magnétique et un circuit électrique (constitué par un bobinage conducteur) de sorte qu'une variation de flux magnétique dans le circuit magnétique induit une force électromotrice dans le circuit électrique afin d'initier la rotation.GENERAL TECHNICAL FIELD The invention relates to aircraft engines, in particular those of a helicopter. It particularly relates to electric machines integrated in helicopter engines performing the function of generating electrical energy, and / or electrical motorization of certain organs. These electrical machines may be starter generators, starters, alternators or electric pumps which are either DC or AC machines. STATE OF THE ART A motor of an aircraft comprises electrical machines comprising a rotor and a stator rotated relative to one another, the stator comprises a magnetic circuit and an electrical circuit (consisting of a conductive winding) of so that a variation of magnetic flux in the magnetic circuit induces an electromotive force in the electrical circuit to initiate rotation.

De manière connue, de telles machines électriques présentent des phases transitoires rencontrées au cours des phases de démarrage ou d'accélération du moteur de l'aéronef ou au cours des phases de démarrage et d'accélération de certains équipements que comprend le moteur de l'aéronef. Au cours de ces phases transitoires, la machine électrique dissipe une quantité de chaleur qui peut s'avérer dommageable pour la machine électrique, chaleur dissipée dans les circuits électriques et/ou sur les aimants permanents si la machine en comprend. Pour favoriser la dissipation de la chaleur ces éléments sont de taille élevée. En outre, pour optimiser la dissipation thermique de la machine électrique, plusieurs solutions sont d'ores et déjà connues.In known manner, such electrical machines have transient phases encountered during the starting or accelerating phases of the engine of the aircraft or during the startup and acceleration phases of certain equipment that includes the engine of the aircraft. aircraft. During these transient phases, the electrical machine dissipates a quantity of heat that can be damaging for the electrical machine, heat dissipated in the electrical circuits and / or permanent magnets if the machine includes. To promote the dissipation of heat these elements are of high size. In addition, to optimize the heat dissipation of the electric machine, several solutions are already known.

Une solution utilise la convection naturelle refroidissement par dissipateur à ailettes en périphérie de la machine pour avoir une surface d'échange importante entre le milieu environnant et la machine. Une solution utilise la convection forcée par l'ajout d'un ventilateur sur la machine. Une autre solution utilise un refroidissement forcée en injectant un liquide circulant à l'intérieur de la machine ou en périphérie (huile, carburant, etc.) ou un refroidissement par échangeur. Encore une autre solution utilise un refroidissement par module thermoélectrique (effet Peltier).One solution uses natural convection cooling by finned heatsink at the periphery of the machine to have a large exchange surface between the surrounding environment and the machine. One solution uses forced convection by adding a fan to the machine. Another solution uses forced cooling by injecting a liquid circulating inside the machine or at the periphery (oil, fuel, etc.) or cooling by exchanger. Yet another solution uses thermoelectric module cooling (Peltier effect).

Toutefois, dans une application aéronautique, c'est-à-dire dans le cadre d'un système embarqué exigeant de fortes contraintes en termes de compacité, masse et fiabilité, les inconvénients des solutions ci-dessus décrites sont pour chacune : convection naturelle avec refroidissement par dissipateur à ailettes : encombrant et massif et nécessite un flux d'air en périphérie de la machine ; convection forcée avec ajout d'un ventilateur : encombrant (de par l'ajout du ventilateur), nuit à l'intégrité de la machine ; refroidissement forcé par liquide circulant à l'intérieur de la machine ou en périphérie (huile, carburant, etc.) ou par échangeur : système encombrant, massif et intrusif envers la machine avec des pas de maintenance assez courts ; refroidissement par module thermoélectrique : refroidissement sur des zones très localisées et nécessite également une alimentation stabilisée permettant l'alimentation thermoélectrique. Aux inconvénients ci-dessus, on ajoute l'inconvénient lié à l'augmentation de la taille des composants qui dissipent la chaleur. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention permet de diminuer le poids et la taille d'une machine électrique d'un moteur d'un aéronef et d'améliorer les performances électromagnétiques de la machine.However, in an aeronautical application, that is to say, in the context of an embedded system requiring high constraints in terms of compactness, mass and reliability, the disadvantages of the solutions described above are for each: natural convection with finned heatsink cooling: bulky and massive and requires an airflow at the periphery of the machine; forced convection with the addition of a fan: bulky (by the addition of the fan), damages the integrity of the machine; forced cooling by liquid circulating inside the machine or at the periphery (oil, fuel, etc.) or by exchanger: bulky, massive and machine-intrusive system with fairly short maintenance steps; Thermoelectric module cooling: cooling on very localized areas and also requires a stabilized power supply for thermoelectric power supply. To the above disadvantages, the disadvantage of increasing the size of the components which dissipate heat is added. PRESENTATION OF THE INVENTION The invention makes it possible to reduce the weight and the size of an electric machine of an engine of an aircraft and to improve the electromagnetic performances of the machine.

A cet effet, l'invention propose une machine électrique comprenant un premier ensemble et un deuxième ensemble configurés pour être entrainés en rotation l'un par rapport à l'autre, le deuxième ensemble comprenant une pluralité d'aimants permanents, l'un ou l'autre du premier ou deuxième ensemble comprenant en outre un circuit magnétique et un circuit électrique, une variation de flux magnétique dans le circuit magnétique induisant une force électromotrice dans le circuit électrique, la machine électrique comprenant en outre au moins un dissipateur de chaleur comprenant un matériau à changement de phase de manière à dissiper la chaleur au cours des phases transitoires de ladite machine électrique, ledit dissipateur étant disposé au plus près des sources de chaleur impliquées au cours desdites phases transitoires de ladite machine électrique.For this purpose, the invention proposes an electric machine comprising a first set and a second set configured to be rotated relative to each other, the second set comprising a plurality of permanent magnets, one or the other of the first or second assembly further comprising a magnetic circuit and an electrical circuit, a variation of magnetic flux in the magnetic circuit inducing an electromotive force in the electrical circuit, the electric machine further comprising at least one heat sink comprising a phase change material so as to dissipate heat during the transient phases of said electric machine, said dissipator being disposed closer to the heat sources involved during said transient phases of said electric machine.

L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible le dissipateur de chaleur comprend des tubes longitudinaux logés dans une portion périphérique du premier ensemble, lesdits tubes longitudinaux comprenant ledit matériau à changement de phase ; le dissipateur de chaleur comprend des logements longitudinaux chacun disposé entre deux aimants permanents, lesdits logements comprenant ledit matériau à changement de phase ; le matériau à changement de phase est sous forme de sels ou sous forme de composés organiques ou eutectiques ayant des températures de changement de phase solide-liquide supérieures à une centaine de degré Celsius, typiquement entre 150°C et 300°C ; le dissipateur de chaleur comprend, outre le matériau à changement de phase au moins un élément qui est conducteur électrique de manière à ne pas perturber la circulation des lignes de champ magnétiques dans ladite machine ; le matériau à changement de phase est contenu dans une enveloppe métallique étanche ; le premier ensemble comprend un circuit magnétique et un circuit électrique, le circuit électrique étant constitué par un enroulement d'un fil conducteur autour des pôles du circuit magnétique ; le premier ensemble est un stator et le deuxième ensemble est un rotor. L'invention concerne également une machine à courant continu ou à courant alternatif tel qu'un générateur-démarreur, un alternateur, une pompe comprenant une machine électrique selon l'invention.The invention is advantageously completed by the following features, taken alone or in any of their technically possible combination the heat sink comprises longitudinal tubes housed in a peripheral portion of the first set, said longitudinal tubes comprising said phase change material; the heat sink comprises longitudinal housings each disposed between two permanent magnets, said housings comprising said phase change material; the phase change material is in the form of salts or in the form of organic or eutectic compounds having solid-liquid phase change temperatures greater than about one hundred degrees Celsius, typically between 150 ° C and 300 ° C; the heat sink comprises, in addition to the phase-change material, at least one element which is electrically conductive so as not to disturb the flow of the magnetic field lines in said machine; the phase change material is contained in a sealed metal shell; the first set comprises a magnetic circuit and an electric circuit, the electric circuit consisting of a winding of a conductive wire around the poles of the magnetic circuit; the first set is a stator and the second set is a rotor. The invention also relates to a DC or AC machine such as a generator-starter, an alternator, a pump comprising an electric machine according to the invention.

Et l'invention concerne en outre un moteur d'un aéronef, tel qu'un hélicoptère, comprenant une machine à courant continu ou à courant alternatif tel qu'un générateur-démarreur, un alternateur, une pompe comprenant une machine électrique selon l'invention. Les avantages de l'invention sont multiples. L'invention permet de réduire la masse globale d'un moteur d'un aéronef en diminuant la masse de la machine électrique. En particulier, sont diminuées les masses du Fer (utilisé dans le circuit magnétique de la machine) et du Cuivre (utilisé pour le bobinage du circuit électrique) à l'intérieur de la machine. En effet, en gérant au mieux la thermique au sein de la machine et plus particulièrement en améliorant les propriétés de transferts thermiques au plus près des éléments soumis aux plus fortes élévations de température on peut réduire la masse et l'encombrement des machines électriques. En outre, il n'y pas d'ajout de systèmes supplémentaires dégradant le bilan masse, encombrement et le taux de fiabilité de la machine électrique.35 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre une vue en coupe schématique d'une machine électrique selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 illustre une vue en coupe schématique d'une machine électrique selon un second mode de réalisation de l'invention ; - la figure 3 illustre une vue en coupe schématique d'une machine électrique selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est une courbe en fonction du temps de la dissipation thermique d'un flux thermique avec et sans utilisation d'un matériau à changement de phase. Sur l'ensemble des figures les éléments similaires portent des références identiques.And the invention further relates to a motor of an aircraft, such as a helicopter, comprising a DC or AC machine such as a generator-starter, an alternator, a pump comprising an electric machine according to the invention. invention. The advantages of the invention are manifold. The invention makes it possible to reduce the overall mass of an engine of an aircraft by decreasing the mass of the electric machine. In particular, the masses of iron (used in the magnetic circuit of the machine) and copper (used for the winding of the electric circuit) are reduced inside the machine. Indeed, by optimally managing the thermal within the machine and more particularly by improving the heat transfer properties closer to the elements subjected to the highest temperature rises can reduce the weight and bulk of electrical machines. In addition, there is no addition of additional systems degrading the mass balance, bulk and the reliability rate of the electrical machine. PRESENTATION OF THE FIGURES Other features, objects and advantages of the invention will emerge from the description. which follows, which is purely illustrative and non-limiting, and should be read with reference to the accompanying drawings in which: - Figure 1 illustrates a schematic sectional view of an electric machine according to a first embodiment of the invention; - Figure 2 illustrates a schematic sectional view of an electric machine according to a second embodiment of the invention; - Figure 3 illustrates a schematic sectional view of an electric machine according to a third embodiment of the invention; FIG. 4 is a curve as a function of time of the heat dissipation of a heat flux with and without use of a phase change material. In the set of figures, similar elements bear identical references.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Dans ce qui suit, on entend par « matériau à changement de phase » un matériau capable de changer d'état physique dans une plage de température donnée et qui va absorber une grande quantité d'énergie calorifique venant de son environnement proche pour passer de l'état solide à liquide et qui restitue une partie de l'énergie calorifique quand le matériau se refroidit en passant de l'état liquide à l'état solide. Ces matériaux à changement de phase sont des sels qui peuvent être composés de nitrate ou d'hydroxyde. Le changement de phase solide à liquide du matériau se fait à une température dépassant la centaine de degré Celsius jusqu'à une température de l'ordre de 300 °C On a illustré sur la figure 1, une machine électrique selon un premier mode de réalisation de l'invention. Une telle machine électrique est notamment utilisée dans un moteur d'aéronef. La machine électrique de la figure 1 est une machine à aimants permanents et comprend un stator 1 et un rotor 2. Le stator 1 comprend un circuit magnétique 3 et un circuit électrique 4. Le circuit magnétique 3 comprend une portion périphérique 6 de forme générale cylindrique et des pôles 7 s'étendant vers le rotor 2. Le circuit électrique 4 est bobiné autour de chaque pôle 7 du circuit magnétique 3. En outre, d'autres formes de bobinage (enroulement de fils conducteurs typiquement en cuivre) sont également envisageables.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION In what follows, the term "phase change material" means a material capable of changing its physical state within a given temperature range and which will absorb a large amount of heat energy from its close environment to pass from the solid state to liquid and that restores a portion of the heat energy when the material cools from the liquid state to the solid state. These phase change materials are salts which may be composed of nitrate or hydroxide. The change from solid to liquid phase of the material is at a temperature exceeding one hundred degrees Celsius up to a temperature of the order of 300 ° C. FIG. 1 illustrates an electric machine according to a first embodiment. of the invention. Such an electric machine is used in particular in an aircraft engine. The electrical machine of FIG. 1 is a permanent magnet machine and comprises a stator 1 and a rotor 2. The stator 1 comprises a magnetic circuit 3 and an electric circuit 4. The magnetic circuit 3 comprises a peripheral portion 6 of generally cylindrical shape and the poles 7 extending towards the rotor 2. The electrical circuit 4 is wound around each pole 7 of the magnetic circuit 3. In addition, other forms of winding (winding conductors typically copper) are also conceivable.

Le rotor 2 supporte des aimants permanents 5. Sur la figure 1, la machine électrique comprend six aimants permanents 5 mais un nombre différent peut être envisagé. Lorsque le rotor 2 est entrainé en rotation par rapport au stator 1, le flux magnétique dans le circuit magnétique 3 varie et induit donc une force électromotrice dans le circuit électrique 4. Au cours des phases transitoires qui correspondent à des phases de démarrage, de changement de vitesse ou bien encore d'arrêt du moteur correspondant, la machine électrique dissipe de la chaleur. En particulier, le circuit électrique 4 et les aimants permanents dissipent de la chaleur.The rotor 2 supports permanent magnets 5. In FIG. 1, the electric machine comprises six permanent magnets 5 but a different number can be envisaged. When the rotor 2 is rotated with respect to the stator 1, the magnetic flux in the magnetic circuit 3 varies and therefore induces an electromotive force in the electric circuit 4. During the transient phases which correspond to start-up, change-over phases speed or even stopping the corresponding motor, the electric machine dissipates heat. In particular, the electrical circuit 4 and the permanent magnets dissipate heat.

Selon ce premier mode de réalisation, de manière à dissiper la chaleur au cours de ces phases transitoires, la machine électrique comprend au moins un dissipateur de chaleur 8 logé dans la portion périphérique 6 du stator 1. En particulier, un dissipateur de chaleur 8 dans ce premier mode de réalisation est constitué d'un tube longitudinal 9 comprenant un matériau 10 à changement de phase, le tube longitudinal étant logé dans la portion périphérique 6. La machine électrique de la figure 1 comprend douze tubes longitudinaux 9 logés dans la portion périphérique au niveau de chaque pôle 7 (ici douze pôles 7). Bien entendu, il est possible d'envisager un nombre différent de dissipateur de chaleur 8. Le matériau 10 à changement de phase est sous forme de sels ou sous forme de composés organiques ou eutectiques. Il peut s'agir par exemple de LiNO3, NaNO3, Li2CO3, etc. De manière préférée, le matériau à changement de phase est contenu dans une enveloppe (non représentée) qui est étanche pour maintenir et confiner le matériau à l'état liquide. En outre, l'enveloppe et le matériau à changement de phase devant perturber le moins possible la circulation des lignes de champ dans le circuit magnétique l'enveloppe est elle-même métallique et est un bon conducteur électrique. Par ailleurs, un matériau à changement de phase étant par définition un isolant électrique, le dissipateur de chaleur peut comprendre, outre le matériau à changement de phase, des éléments conducteurs tels que des nanotubes de carbone pour permettre également la libre circulation des lignes de champs dans le circuit magnétique de la machine. Selon ce premier mode de réalisation, des dissipateurs 8 de chaleur sont donc disposés au plus près des différents circuits électriques 4 enroulés autour des pôles 7. Ainsi, par rapport à l'art antérieur, il est possible d'avoir des circuits électriques 4 moins massifs.According to this first embodiment, so as to dissipate the heat during these transient phases, the electrical machine comprises at least one heat sink 8 housed in the peripheral portion 6 of the stator 1. In particular, a heat sink 8 in this first embodiment consists of a longitudinal tube 9 comprising a material 10 with phase change, the longitudinal tube being housed in the peripheral portion 6. The electric machine of Figure 1 comprises twelve longitudinal tubes 9 housed in the peripheral portion at each pole 7 (here twelve poles 7). Of course, it is possible to envisage a different number of heat sink 8. The phase change material 10 is in the form of salts or in the form of organic or eutectic compounds. It can be for example LiNO3, NaNO3, Li2CO3, etc. Preferably, the phase change material is contained in an envelope (not shown) which is sealed to maintain and confine the material in the liquid state. In addition, the envelope and the phase change material to disturb as little as possible the flow of the field lines in the magnetic circuit the envelope is itself metallic and is a good electrical conductor. Moreover, since a phase-change material is by definition an electrical insulator, the heat sink may comprise, in addition to the phase-change material, conductive elements such as carbon nanotubes to also allow the free circulation of the field lines. in the magnetic circuit of the machine. According to this first embodiment, heat dissipators 8 are therefore arranged as close as possible to the various electrical circuits 4 wound around the poles 7. Thus, compared to the prior art, it is possible to have electrical circuits 4 less massive.

En particulier, les fils conducteurs qui constituent les circuits électriques 4 peuvent avoir une section inférieure à celle des fils conducteurs utilisés dans de tels dissipateurs de chaleur. En effet, comme les circuits électriques dissipent beaucoup de chaleur, il fallait, dans l'art antérieur, prévoir des fils conducteurs de section suffisante pour éviter qu'ils ne fondent. Selon ce premier mode de réalisation un gain en termes de masse sur les génératrices/démarreurs 28Vdc implémentant une telle machine électrique est le suivant. L'ajout des dissipateurs de chaleurs avec un matériau à changement de phase permet de diminuer la section des fils conducteurs des circuits électriques 4 d'une taille soit un gain potentiel de 25% en terme de masse et la section manquante est remplacée par des matériaux à changement de phase qui ont une densité volumique 4,5 fois plus faible.In particular, the conductors son constituting the electrical circuits 4 may have a lower section than the conductive son used in such heat sink. Indeed, as the electrical circuits dissipate a lot of heat, it was necessary, in the prior art, to provide conductive son of sufficient section to prevent them from melting. According to this first embodiment a gain in terms of mass on 28Vdc generators / starters implementing such an electric machine is as follows. The addition of heat sinks with a phase change material makes it possible to reduce the cross-section of the conductive wires of the electrical circuits 4 by one size, ie a potential gain of 25% in terms of mass, and the missing section is replaced by materials. phase change which have a density density 4.5 times lower.

Ainsi, sachant que la part de masse des fils composant une machine est d'environ de 50% de la masse totale, l'ajout de matériaux à changement de phase permet de diminuer la masse de la machine d'environ 10%. La figure 2 illustre une machine électrique selon un second mode de réalisation. Les éléments identiques ou similaires à ceux de la machine électrique selon le premier mode de réalisation illustré sur la figure 1 sont désignés par les mêmes références. Selon ce second mode de réalisation, la machine électrique comprend au moins un dissipateur de chaleur 11 disposé entre deux aimants permanents 5. Selon ce mode de réalisation, le dissipateur de chaleur 11 est constitué d'un logement longitudinal 12 comprenant un matériau à changement de phase.Thus, knowing that the mass share of the son making up a machine is about 50% of the total mass, the addition of phase change materials reduces the weight of the machine by about 10%. Figure 2 illustrates an electric machine according to a second embodiment. Elements identical or similar to those of the electric machine according to the first embodiment illustrated in Figure 1 are designated by the same references. According to this second embodiment, the electrical machine comprises at least one heat sink 11 arranged between two permanent magnets 5. According to this embodiment, the heat sink 11 consists of a longitudinal housing 12 comprising a material with a change of heat. phase.

Sur la figure 2 sont représentés cinq logements longitudinaux disposés entre deux aimants permanents 5 (ici six aimants permanents). Bien entendu, on peut envisager un nombre différent de dissipateur de chaleur et disposer les dissipateurs de chaleurs différemment par rapport aux aimants permanents. Selon ce second mode de réalisation, les dissipateurs 11 de chaleur sont donc disposés au plus près des aimants permanents 5. Par rapport à l'art antérieur, il est possible d'avoir des aimants permanents moins massif. En effet, comme les aimants permanents étaient soumis à une forte contrainte thermique transitoire, il fallait, dans l'art antérieur, prévoir aimants permanents massifs pour éviter qu'ils ne se désaimantent. La figure 3 illustre une machine électrique selon un troisième mode de réalisation.In Figure 2 are shown five longitudinal housing arranged between two permanent magnets 5 (here six permanent magnets). Of course, one can consider a different number of heat sink and have heat sinks differently from the permanent magnets. According to this second embodiment, the heat dissipators 11 are therefore arranged as close as possible to the permanent magnets 5. Compared to the prior art, it is possible to have less solid permanent magnets. Indeed, since the permanent magnets were subjected to a high transient thermal stress, it was necessary in the prior art to provide massive permanent magnets to prevent them from becoming demagnetized. Figure 3 illustrates an electric machine according to a third embodiment.

Les éléments identiques ou similaires à ceux de la machine électrique selon les premier et second modes de réalisation illustrés sur les figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes références. Selon ce troisième mode de réalisation, la machine électrique comprend au moins un dissipateur de chaleur 13 disposé au-dessous des aimants permanents 5. Selon ce mode de réalisation, le dissipateur de chaleur 13 est constitué d'un logement longitudinal 14 comprenant un matériau à changement de phase. Comme pour le second mode de réalisation, les dissipateurs 13 de chaleur sont donc disposés au plus près des aimants permanents 5. Ainsi, il est possible d'avoir des aimants permanents moins massif que dans l'art antérieur. Dans les modes de réalisation ci-dessus décrits, comme on l'aura compris, c'est l'utilisation d'un matériau à changement de phase qui permet d'absorber la chaleur. On a ici décrit une machine électrique avec un bobinage statorique. Bien entendu, l'invention s'applique aussi à une machine électrique avec un bobinage rotorique.Elements identical or similar to those of the electric machine according to the first and second embodiments illustrated in Figures 1 and 2 are designated by the same references. According to this third embodiment, the electrical machine comprises at least one heat sink 13 disposed below the permanent magnets 5. According to this embodiment, the heat sink 13 consists of a longitudinal housing 14 comprising a material to phase change. As for the second embodiment, heat sinks 13 are therefore arranged as close to permanent magnets 5. Thus, it is possible to have permanent magnets less massive than in the prior art. In the embodiments described above, as will have been understood, it is the use of a phase change material that absorbs heat. An electric machine with a stator winding has been described here. Of course, the invention also applies to an electric machine with a rotor winding.

L'utilisation de matériaux à changement de phase permet un refroidissement au plus près des éléments critiques tels que les circuits électriques ou les aimants permanents. En effet en atteignant sa température de fusion donc en passant de l'état solide à l'état liquide matériau à changement de phase absorbe une quantité de chaleur. En conséquence, un transfert thermique va alors s'opérer entre les éléments chauffants à l'intérieur de la machine et le matériau à changement de phase. Selon un quatrième mode de réalisation (non représenté) on peut combiner le premier mode de réalisation le second mode de réalisation et/ou le troisième mode de réalisation. On a illustré sur la figure 4, le principe et le gain apporté par l'ajout de matériau à changement de phase à proximité de certains composants de la machine électrique. En particulier, on a illustré le flux thermique (kcomp à dissiper sans un matériau à changement de phase et le flux thermique moyen 4moy à dissiper avec un matériau à changement de phase fonction du temps. On constate que là où sans matériau à changement de phase, le composant est dimensionné en termes de masse et de volume pour dissiper le flux thermique 4comp, avec un matériau à changement de phase le composant impacté doit dissiper un flux moyen 4moy inférieur au flux thermique çbcomp notamment pendant les phases transitoires (là où le flux thermique ikcomp est le plus important). En effet, Le flux thermique (kcomp varie au cours de trois phases transitoires ([t041], [t1-t2] et [t2-t3]) tandis que le flux moyen (kmoy est constant. En effet, dans des conditions où une dissipation thermique importante est requise mais qui soit cyclique ou transitoire, l'utilisation de matériaux à changement de phase permet une meilleure gestion de la thermique au plus près des éléments dissipateurs de chaleur. En effet, atteignant sa température de fusion donc en passant de l'état solide à l'état liquide le matériau à changement de phase absorbe une quantité de chaleur, un transfert thermique va alors s'opérer entre les éléments chauffants à l'intérieur de la machine et le matériau à changement de phase. Le matériau à changement de phase va alors absorber le pic de température qu'il y aura au niveau des éléments de la machine s'il n'y avait pas de matériau à changement de phase. En terme de dimensionnement thermique des composants de la machine tels que les enroulements, les aimants ces derniers pourront donc être dimensionnés n'ont pas sur un pic de température maximal mais sur une température inférieure moyennée. Ceci a comme conséquence de diminuer les contraintes de dimensionnement notamment sur la section des enroulements, la quantité de cuivre dans la machine, l'épaisseur des aimants, etc.The use of phase-change materials allows for cooling closer to critical elements such as electrical circuits or permanent magnets. Indeed, by reaching its melting temperature, thus passing from the solid state to the liquid state, the phase change material absorbs a quantity of heat. As a result, heat transfer will then occur between the heating elements inside the machine and the phase change material. According to a fourth embodiment (not shown), the first embodiment can be combined with the second embodiment and / or the third embodiment. FIG. 4 illustrates the principle and the gain provided by the addition of phase-change material in the vicinity of certain components of the electric machine. In particular, the heat flux (kcomp to be dissipated without a phase change material and the average heat flux 4moy to dissipate with a time-phase-change material) is illustrated, where it is found that without phase-change material. the component is dimensioned in terms of mass and volume to dissipate the heat flow 4comp, with a phase change material the impacted component must dissipate a mean flow 4moy less than the heat flow çbcomp especially during the transient phases (where the flow thermal ikcomp is the most important.) Indeed, the heat flux (kcomp varies during three transient phases ([t041], [t1-t2] and [t2-t3]) while the average flow (kmoy is constant. Indeed, under conditions where a large heat dissipation is required but which is cyclic or transient, the use of phase-change materials allows a better management of the thermal as close as possible. LEMENTS heat sinks. In fact, reaching its melting temperature, thus passing from the solid state to the liquid state, the phase-change material absorbs a quantity of heat, a thermal transfer will then take place between the heating elements inside the the machine and the phase change material. The phase change material will then absorb the peak temperature that will occur at the machine elements if there were no phase change material. In terms of the thermal dimensioning of the machine components such as windings, the magnets can therefore be sized not on a maximum temperature peak but on a lower average temperature. This has the consequence of reducing the dimensioning constraints especially on the section of the windings, the amount of copper in the machine, the thickness of the magnets, etc.

L'invention concerne également une machine à courant continu ou à courant alternatif tel qu'un générateur-démarreur, un alternateur, une pompe comprenant une machine électrique telle que décrite ci-dessus. Et l'invention concerne également un moteur d'un aéronef, tel qu'un hélicoptère, comprenant une machine électrique selon l'invention.15The invention also relates to a DC or AC machine such as a generator-starter, an alternator, a pump comprising an electric machine as described above. And the invention also relates to an engine of an aircraft, such as a helicopter, comprising an electric machine according to the invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS1. Machine électrique comprenant un premier ensemble (1) et un deuxième ensemble (2) configurés pour être entrainés en rotation l'un par rapport à l'autre, le deuxième ensemble (2) comprenant une pluralité d'aimants permanents (5), l'un ou l'autre du premier ou deuxième ensemble comprenant en outre un circuit magnétique (3) et un circuit électrique (4), une variation de flux magnétique dans le circuit magnétique induisant une force électromotrice dans le circuit électrique (4), la machine électrique comprenant en outre au moins un dissipateur de chaleur comprenant un matériau (11) à changement de phase de manière à dissiper la chaleur au cours des phases transitoires de ladite machine électrique, ledit dissipateur (8, 11, 13) étant disposé au plus près des sources de chaleur impliquées au cours desdites phases transitoires de ladite machine électrique.REVENDICATIONS1. An electric machine comprising a first set (1) and a second set (2) configured to be rotated relative to each other, the second set (2) comprising a plurality of permanent magnets (5), one or the other of the first or second set further comprising a magnetic circuit (3) and an electric circuit (4), a variation of magnetic flux in the magnetic circuit inducing an electromotive force in the electric circuit (4), the electric machine further comprising at least one heat sink comprising a phase change material (11) so as to dissipate heat during the transient phases of said electric machine, said dissipator (8, 11, 13) being disposed at most near the heat sources involved during said transient phases of said electric machine. 2. Machine électrique selon la revendication 1, dans laquelle le dissipateur de chaleur comprend des tubes longitudinaux (9) logés dans une portion périphérique (6) du premier ensemble (1), lesdits tubes longitudinaux comprenant ledit matériau (10) à changement de phase.2. The electrical machine according to claim 1, wherein the heat sink comprises longitudinal tubes (9) housed in a peripheral portion (6) of the first set (1), said longitudinal tubes comprising said material (10) with phase change . 3. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le dissipateur de chaleur comprend des logements longitudinaux (12) chacun disposé entre deux aimants permanents (5), lesdits logements comprenant ledit matériau (10) à changement de phase.3. Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the heat sink comprises longitudinal housings (12) each disposed between two permanent magnets (5), said housing comprising said material (10) phase change. 4. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau (11) à changement de phase est sous forme de sels ou sous forme de composés organiques ou eutectiques ayant des températures de changement de phase solide-liquide supérieures à une centaine de degré Celsius, typiquement entre 150°C et 300°C.Electric machine according to one of the preceding claims, wherein the phase change material (11) is in the form of salts or in the form of organic or eutectic compounds having solid-liquid phase change temperatures of greater than about 100. of degree Celsius, typically between 150 ° C and 300 ° C. 5. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le dissipateur de chaleur comprend, outre le matériau (11) à changement de phase au moins un élément qui est conducteur électrique de manière à ne pas perturber la circulation des lignes de champ magnétiques dans ladite machine.5. Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the heat sink comprises, in addition to the material (11) phase change at least one element which is electrically conductive so as not to disturb the circulation of the field lines in said machine. 6. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle le matériau (11) à changement de phase est contenu dans une enveloppe métallique étanche.6. Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein the material (11) phase change is contained in a sealed metal envelope. 7. Machine électrique selon la revendication 2, dans laquelle le premier ensemble comprend un circuit magnétique (3) et un circuit électrique (4), le circuit électrique étant constitué par un enroulement d'un fil conducteur autour des pôles (7) du circuit magnétique (3).7. Electrical machine according to claim 2, wherein the first set comprises a magnetic circuit (3) and an electric circuit (4), the electric circuit consisting of a winding of a conductive wire around the poles (7) of the circuit. magnetic (3). 8. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle ledit premier ensemble (1) est un stator et le deuxième ensemble (2) est un rotor.8. Electrical machine according to one of the preceding claims, wherein said first set (1) is a stator and the second set (2) is a rotor. 9. Machine à courant continu ou à courant alternatif tel qu'un générateur-démarreur, un alternateur, une pompe comprenant une machine électrique selon l'une des revendications précédentes.9. AC or AC machine such as a generator-starter, an alternator, a pump comprising an electric machine according to one of the preceding claims. 10. Moteur d'un aéronef, tel qu'un hélicoptère, comprenant un démarreur-générateur selon la revendication précédente.10. Motor of an aircraft, such as a helicopter, comprising a starter-generator according to the preceding claim.
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018202963A1 (en) 2017-05-03 2018-11-08 Safran Helicopter Engines Electric machine with phase change material for a turbomachine starter/generator
WO2019097160A1 (en) 2017-11-14 2019-05-23 Safran Helicopter Engines Electrical machine of a turbomachine comprising a rotor cooled by a cooling channel
WO2022038326A1 (en) 2020-08-20 2022-02-24 Safran Helicopter Engines Aircraft electrical machine with improved heat transfer by means of a phase change material and associated method
FR3114703A1 (en) 2020-09-30 2022-04-01 Safran Phase change material cooled electrical conductor and method of making same
CN116317261A (en) * 2023-01-03 2023-06-23 广州汽车集团股份有限公司 Motor cooling system and automobile

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5285123A (en) * 1992-04-06 1994-02-08 Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan Turbo-generator
FR2971376A1 (en) * 2011-02-08 2012-08-10 Renault Sa COIL COOLING DEVICE FOR MOTOR VEHICLE ELECTRIC MOTOR COILS
FR2974954A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Electric machine i.e. motor, for e.g. electric-thermal car, has cooler comprising cavities formed in rotor or stator and filled with phase-change material, where phase of material is changed during preset temperature variation of machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5285123A (en) * 1992-04-06 1994-02-08 Doryokuro Kakunenryo Kaihatsu Jigyodan Turbo-generator
FR2971376A1 (en) * 2011-02-08 2012-08-10 Renault Sa COIL COOLING DEVICE FOR MOTOR VEHICLE ELECTRIC MOTOR COILS
FR2974954A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-09 Peugeot Citroen Automobiles Sa Electric machine i.e. motor, for e.g. electric-thermal car, has cooler comprising cavities formed in rotor or stator and filled with phase-change material, where phase of material is changed during preset temperature variation of machine

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018202963A1 (en) 2017-05-03 2018-11-08 Safran Helicopter Engines Electric machine with phase change material for a turbomachine starter/generator
FR3066053A1 (en) * 2017-05-03 2018-11-09 Safran Helicopter Engines ELECTRIC MACHINE HAVING A PHASE CHANGE MATERIAL OF A TURBOMACHINE GENERATOR STARTER
CN110582927A (en) * 2017-05-03 2019-12-17 赛峰直升机发动机公司 Electric machine with phase change material for a turbine starter/generator
US11264854B2 (en) 2017-05-03 2022-03-01 Safran Helicopter Engines Electric machine with phase change material for a turbomachine starter/generator
WO2019097160A1 (en) 2017-11-14 2019-05-23 Safran Helicopter Engines Electrical machine of a turbomachine comprising a rotor cooled by a cooling channel
WO2022038326A1 (en) 2020-08-20 2022-02-24 Safran Helicopter Engines Aircraft electrical machine with improved heat transfer by means of a phase change material and associated method
FR3113546A1 (en) 2020-08-20 2022-02-25 Safran Helicopter Engines Aircraft electrical machine with enhanced heat transfer using phase change material and associated method
FR3114703A1 (en) 2020-09-30 2022-04-01 Safran Phase change material cooled electrical conductor and method of making same
WO2022069829A1 (en) 2020-09-30 2022-04-07 Safran Electrical conductor cooled by phase change material and method for the manufacture thereof
CN116317261A (en) * 2023-01-03 2023-06-23 广州汽车集团股份有限公司 Motor cooling system and automobile
CN116317261B (en) * 2023-01-03 2024-03-29 广州汽车集团股份有限公司 Motor cooling system and automobile

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