FR3052306A1 - Machine electrique tournante refroidie par un liquide de refroidissement - Google Patents

Abstract

Machine électrique tournante (100) pour un véhicule automobile, ladite machine électrique comprenant: -un carter (14) formé d'un capot (101) et d'un palier (102), -un rotor (18) muni d'un axe X comprenant un arbre (16) pour l'acheminement d'un liquide de refroidissement dans le carter, -un stator (20) muni d'un corps (24), le stator entourant ledit rotor, -un entrefer (103) entre le stator et le rotor, -au moins un passage (104) pour l'évacuation du liquide de refroidissement. Il est prévu que le au moins un passage (104) est aménagé entre la surface externe du corps de stator (24) et la surface interne du capot (101) de sorte que le liquide de refroidissement soit en contact direct avec le corps de stator.

Description

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE REFROIDIE PAR UN LIQUIDE DE REFROIDISSEMENT

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention porte sur une machine électrique tournante refroidie par un liquide de refroidissement pour un véhicule automobile.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE

De manière connue, les machines électriques tournantes comportent deux parties coaxiales à savoir un rotor et un stator entourant le corps du rotor.

Ces machines électriques peuvent fonctionner en mode alternateur pour alimenter la batterie du véhicule automobile lorsqu'elles sont entraînées et en mode moteur pour entraîner ou du moins pour participer à l'entrainement ou au démarrage du véhicule automobile.

La machine électrique peut par exemple être montée sur une boîte de vitesse d'un véhicule automobile comprenant la machine électrique. Dans ce cas, on peut prévoir que le liquide de refroidissement et/ou de lubrification de la boite de vitesse est utilisé pour refroidir la machine électrique.

La figure 1 est une vue en coupe montrant schématiquement une telle machine électrique tournante selon la demande de brevet US2014125165A faisant partie de l'état de la technique.

Comme on peut le voir sur la figure 1, la machine électrique tournante 10 comprend un circuit de refroidissement 12, qui refroidit la machine électrique tournante 10. La machine électrique tournante 10 comprend un carter 14, un arbre rotatif 16, un rotor 18, et un stator 20, le stator 20 et le rotor 18 étant logés dans le carter 14. L'arbre rotatif 16 est supporté de manière rotative par des paliers. Le rotor 18 est fixé à une partie médiane de l'arbre rotatif 16. Le stator 20 est prévu en regard de la périphérie extérieure du rotor 18. Il y a un entrefer entre le rotor 18 et le stator 20. Par exemple, Le stator 20 est fixé à une surface périphérique intérieure du carter 14, par exemple par frettage.

Le stator 20 est formé par une pluralité de tôles d'acier laminées magnétiques maintenues ensemble dans une direction axiale de l'arbre rotatif 16 (ci-après, également appelée simplement "direction axiale"). Le stator 20 comporte un noyau de stator 24, des dents 26, et un enroulement de stator 28 qui forme des chignons de bobinage 22.

Le circuit de refroidissement 12 permet d'acheminer un fluide de refroidissement en l'occurrence de l'huile. Cette huile permet notamment de refroidir les chignons 22.

Les dents 26 sont formées dans une pluralité d'emplacements dans la direction circonférentielle sur la surface périphérique intérieure du noyau de stator 24. En outre, les dents 26 font saillie dans la direction radiale du noyau de stator 24. L'enroulement de stator 28 comprend une pluralité de phases par exemple trois phases et est enroulé autour des dents 26. L'enroulement de stator 28 est enroulé selon un enroulement imbriqué ou un enroulement réparti.

Le rotor 18 comprend un noyau de rotor et par exemple des aimants permanents 30. Les aimants permanents sont magnétisés dans la direction radiale du rotor 18 ou dans une direction avec un angle par rapport à la direction radiale. Une paire de plaques d'extrémité, non représentée, peut également être prévue de chaque côté du noyau de rotor 30 dans la direction axiale. Les deux côtés du noyau de rotor 30 peuvent être pris en sandwich par la paire de plaques d'extrémité.

En outre, dans l'exemple représenté, la longueur du stator 20 dans la direction axiale est supérieure à la longueur du rotor 18 dans la direction axiale. Par conséquent, les surfaces d'extrémité A1 et A2 des chignons 22 dépassent dans la direction axiale les faces extérieures des surfaces d'extrémité B1 et B2 du rotor 18.

Avec ce type de machine électrique tournante 10, en mode moteur, un champ magnétique tournant est généré dans le stator 20 par la circulation d'une pluralité de phases du courant alternatif dans la bobine du stator 28.

Ce champ magnétique tournant entraîne le rotor 18 en rotation conjointement avec l'arbre rotatif 16.

La machine comprend un réservoir 32 qui accumule l'huile de refroidissement qui peut être de l'huile de lubrification. Le réservoir 32 est prévu à l'intérieur d'une partie inférieure du carter 14. L'huile accumulée dans le réservoir 32 est fournie à l'arbre de rotation 16 par une pompe à huile 34. La pompe à huile 34 est comprise dans le circuit de refroidissement 12. Le passage de refroidissement 12 comprend aussi un passage d'huile 36. Le passage d'huile 36 est un canal de liaison à travers lequel circule l'huile à partir du réservoir 32 via la pompe à huile 34.

La pompe à huile 34 est installée dans le passage d'huile 36. La pompe à huile 34 est entraînée par une alimentation électrique non représentée, et fait circuler l'huile du réservoir 32 vers la machine électrique rotative 10. Un orifice de sortie 42 est prévu dans une partie inférieure du carter 14. L'orifice de sortie est aménagé dans le carter 14 et permet l'installation du passage d'huile 36.

En outre, il est prévu à l’intérieur de l'arbre rotatif 16 deux passages de liquide de refroidissement 38 et 40. Ces passages 38 et 40 sont aménagés sur l'axe central à l'intérieur de l'arbre rotatif 16. Les passages de liquide de refroidissement permettent le passage du fluide de refroidissement, à savoir l'huile. L'huile traverse ainsi l'arbre via les passages de liquide de refroidissement 38 et 40. L'arbre 16 comprend en outre une pluralité de trous 42 qui sont mis en communication avec les passages 38 et 40.

On peut voir sur la figure 1, des parties d'angle G1 et G2 où des surfaces périphériques intérieures C1 et C2 des chignons 22 rencontrent les extrémités A1 et A2. Les trous 42 sont prévus pointant vers les parties d'angle G1 et G2.

Par conséquent, le liquide de refroidissement qui jailli des trous 42 frappe les chignons 22 et est distribué à la fois les surfaces périphériques internes C1 et C2 sur les extrémités de la bobine 22 et les surfaces d'extrémité A1 et A2 de la bobine 22 se termine dans la direction axiale. L'huile accumulée dans le réservoir 32 est aspirée par la pompe à huile 34 et évacuée vers le passage de liquide de refroidissement 38 de l'arbre rotatif 16 situé du côté de la pompe 34.

Il peut être souhaitable d’améliorer cette machine. En effet, dans la partie du réservoir opposée à la pompe on a un stockage d'huile chaude ce qui induit une différence de température qui n'est pas favorable au fonctionnement de la machine. De plus, lors de son passage en provenance de la partie du réservoir opposée à la pompe vers la pompe via la surface interne du stator, l'huile risque de ralentir la rotation du rotor par frottement. Pour éviter cela, on peut prévoir un entrefer suffisamment important pour laisser passer de l'huile sans frottement du rotor comme on peut le voir sur la figure 1. Toutefois, cela compromet les performances électromagnétiques de la machine.

Il existe donc un besoin pour une machine dont le refroidissement est simple à mettre en œuvre, efficace et n'impacte pas négativement les performances de la machine.

OBJET DE L’INVENTION L’invention a pour objet de répondre à ce souhait tout en remédiant à au moins un de ces inconvénients précités.

Suivant l’invention il est proposé une machine électrique tournante pour un véhicule automobile, ladite machine électrique comprenant: -un carter formé d’un capot et d’un palier, -un rotor muni d’un axe X comprenant un arbre pour l’acheminement d’un liquide de refroidissement dans le carter, par exemple à l'aide d'orifices de sortie du liquide de refroidissement qui sont disposés sur l'arbre, -un stator muni d’un corps, le stator entourant ledit rotor, -un entrefer entre le stator et le rotor, -au moins un passage pour l’évacuation du liquide de refroidissement,

Selon une caractéristique générale, le au moins un passage est aménagé entre la surface externe du corps de stator et la surface interne du capot de sorte que le liquide de refroidissement soit en contact direct avec le corps de stator.

Ainsi, on obtient un meilleur refroidissement la machine électrique tournante. En effet, en plus de refroidir les chignons, on peut refroidir le corps de stator. D'autre part, on évite un stockage du liquide de refroidissement qui a déjà été réchauffé par les chignons. On évite également le frottement du liquide de refroidissement sur le rotor.

Pour acheminer le liquide de refroidissement dans le carter, l'arbre comprend par exemple au moins un orifice de sortie du liquide de refroidissement.

Selon d’autres caractéristiques prises isolément ou en combinaison : - le au moins un passage est aménagé dans une paroi du capot. Il s'agit d'un mode de réalisation simple qui n'implique aucun compromis sur la performance. - le corps de stator est muni d’au moins une ailette de refroidissement s’étendant dans le au moins un passage. On augmente encore ainsi la surface d'échange du corps de stator avec le liquide de refroidissement. - le au moins un passage est aménagé dans le corps de stator. Il s'agit d'un mode de réalisation particulièrement simple à réaliser puisqu'il n'est pas nécessaire de modifier la forme du carter. - le au moins un passage présente une pente par rapport à l’axe X pour faciliter l’évacuation du liquide de refroidissement. On permet ainsi une évacuation rapide du réservoir du liquide de refroidissement. - la machine est destinée à être montée sur une boite de vitesse du véhicule automobile. Ce montage est particulièrement intéressant car la machine électrique en mode moteur peut alors participer à l'entrainement du véhicule automobile. Du point de vue du refroidissement, ce montage permet en prévoyant une évacuation du liquide de refroidissement vers la boite de vitesse d'utiliser l'huile de lubrification comme liquide de refroidissement. - le réservoir comprend une partie avant située du côté de la boite de vitesse et une partie arrière située du coté opposé, le au moins un passage permettant l'évacuation du liquide de refroidissement de la partie arrière et de la partie avant. On réalise ainsi l'évacuation du réservoir du liquide de refroidissement. - le niveau du liquide de refroidissement stocké dans le carter de la machine est au dessous de l'entrefer. On évite ainsi le frottement du rotor - la surface de la section d'évacuation du au moins un passage correspond à la surface du liquide de refroidissement stocké dans la partie arrière du réservoir. On dimensionne ainsi le au moins un passage pour que le débit corresponde à la quantité de liquide de refroidissement dans la partie arrière du réservoir de sorte que le liquide de refroidissement stocké dans cette partie puisse être évacué sans s'accumuler. - la machine comprend deux passages. Il s'agit d'un mode de réalisation qui permet pour une surface d'évacuation donnée, d'augmenter la surface d'échange avec le corps de stator.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Ces figures ne sont données qu’à titre illustratif mais nullement limitatif de l’invention.

La figure 1 déjà décrite représente une machine électrique refroidie par huile selon l'état de la technique ; la figure 2 représente une machine électrique tournante refroidie par un liquide de refroidissement selon l'invention; la figure 3 représente de manière schématique la machine électrique tournante monté sur une boite de vitesse; les figures 4, 5 représentent une machine électrique tournante refroidie par un liquide de refroidissement selon un mode de réalisation de l'invention; et les figures 6, 7, 8 représentent le stator et le capot dans un plan de coupe perpendiculaire à l'axe X selon différents modes de réalisation de l'invention.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.

DESCRIPTION D’EXEMPLES DE REALISATION DE L’INVENTION

La figure 2 illustre une machine électrique tournante 100 pour un véhicule automobile selon l'invention.

Cette machine électrique 100 comprend au moins un passage 104 pour l’évacuation du liquide de refroidissement.

Cette machine électrique tournante 100 se distingue notamment de celle illustrée en figure 1 par le fait que le au moins un passage 104 est aménagé entre la surface externe du corps de stator 24 et la surface interne du capot 101 de sorte que le liquide de refroidissement soit en contact direct avec le corps de stator. Cela permet d'augmenter les capacités de refroidissement sans compromettre les performances de la machine électrique.

La machine électrique 100 comprend un carter 14 formé d’un capot 101 de forme globalement cylindrique munie d'une paroi d'orientation sensiblement axiale et d’un palier 102. La machine électrique 100 comprend à l'intérieur du carter un stator 20 muni d’un corps 24. Elle comprend également à l'intérieur du carter 14, un rotor 18 muni d’un axe X et comprenant un arbre 16. Par exemple, le stator 20 entoure le rotor 18 de sorte qu'un entrefer 103 est défini entre le stator et le rotor. L'arbre 16 est pourvu d'un passage 38 pour l’acheminement d’un liquide de refroidissement dans le carter par l'intermédiaire d'orifices de sortie 42. L'arbre 16 est monté sur le palier 102 par l'intermédiaire d'un roulement 105.

Comme illustré sur la figure 3, la machine électrique tournante 100 est par exemple montée sur une boite de vitesse 200 du véhicule automobile. Dans ce cas, on peut prévoir que le passage 38 de l'arbre 16 reçoit le liquide de refroidissement en provenance de la boite de vitesse 200, l'arbre 16 comprenant un pignon 112 visible sur la figure 4 engrainé avec la boite de vitesse. Le liquide de refroidissement stocké dans un réservoir 32 formé par la paroi du capot 101 est évacué par le passage 104 vers la boite de vitesse 200. La machine électrique tournante 100 est reliée électriquement à un onduleur 300.

En référence à la figure 2, le stator comprend un enroulement de stator 28 qui forme de part et d'autre de ses deux extrémités axiales deux chignons 22. L'enroulement du stator 28 est par exemple formé par des épingles ou par le bobinage d'un fil continu. Le liquide de refroidissement est projeté notamment vers ces deux chignons 22 pour les refroidir. Après avoir touché les deux chignons le liquide de refroidissement coule vers un réservoir 32 qui se situe de part et d'autre du corps de stator.

Le réservoir 32 comprend ainsi deux parties, un partie avant 109 située du côté de la boite de vitesse 200 et une partie arrière 110 située du côté de l'onduleur 300. Le au moins un passage 104 permet l'évacuation du liquide de refroidissement stocké dans les parties avant et arrière du réservoir 32.

Pour cela, le passage 104 s'étend entre la partie arrière 110 et une extrémité ouverte 111. Par exemple, l'extrémité ouverte 111 débouche sur la boite de vitesse 200. Le passage 104 permet de relier la partie arrière 110 vers l'extrémité ouverte 111 et également de relier la partie avant 109 vers l'extrémité ouverte 111. En d'autres termes, d'une part le passage 104 relie la partie arrière 110 à l'extrémité ouverte 111 en permettant un contact entre le liquide de refroidissement et le corps de stator 24 et d'autre part, le passage 104 recueille le liquide de refroidissement de la partie avant.

Par exemple, les parties avant 109 et arrière 110 du réservoir 32 sont formées en partie par le passage 104.

Selon un mode de réalisation illustré sur la figure 6 montrant en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe X le corps de stator 24 et le capot 101, le au moins un passage 104 est aménagé dans une paroi du capot 101.

Selon une caractéristique de ce mode de réalisation illustrée sur la figure 7 montrant en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe X le corps de stator 24 et le capot 101, le corps de stator 24 est muni d’au moins une ailette de refroidissement 108 s’étendant dans le au moins un passage 104.

Selon un autre mode de réalisation illustré sur la figure 8 montrant en coupe selon un plan perpendiculaire à l'axe X le corps de stator 24 et le capot 101, le au moins un passage 104 est aménagé dans le corps de stator 24.

En tout état de cause, le passage 104 est aménagé entre la surface externe du corps de stator 24 et la surface interne du capot 101 de sorte que le liquide de refroidissement dans le passage 104 soit en contact direct avec le corps de stator.

On peut également prévoir un, deux voir même plus de deux passages 104 pour évacuer le liquide de refroidissement. Les figures 4 et 5 illustrent un mode de réalisation selon lequel deux passages 104 sont prévus. La figure 4 est une vue de dessous du carter 14 tandis que la figure 5 est une vue de côté selon un plan perpendiculaire à l'axe X.

Sur la figure 4, on peut voir que le passage 104 s'étend sous la forme d'un renflement à partir de la partie arrière 110 jusqu'à l'extrémité 111.

Comme on peut le voir sur la figure 5, les deux passages ensembles présentent une section d'évacuation 107, la surface de cette section correspondant à la surface à travers laquelle le liquide de refroidissement est évacué par les deux passages.

Avantageusement, comme illustré sur la figure 2, le niveau du liquide de refroidissement stocké dans le carter 14 de la machine est au dessous de l'entrefer 103. Cela permet d'éviter que le rotor soit ralenti par le frottement avec le liquide de refroidissement. On peut voir sur la figure 2, un rectangle hachuré 106 qui illustre la surface occupée par le liquide de refroidissement dans la partie arrière 110 dans ce cas. Cette surface correspond à l'intersection entre le volume du liquide de refroidissement stocké dans la partie arrière et un plan médian de la machine électrique tournante, ledit plan comprenant l'axe X. On peut prévoir que la surface de la section d'évacuation 107 des deux passages correspond à la surface 106.

Pour faciliter l'évacuation du réservoir 32 et notamment de la partie arrière 110 qui est la plus éloignée de la boite de vitesse, on peut prévoir que le passage 104 présente une pente par rapport a l’axe X. On facilite ainsi l’évacuation du liquide de refroidissement par l'extrémité 111. Dans ce cas, cette pente est telle que l'extrémité 111 est la partie du passage 104 la plus basse par rapport à l'axe X. L'extrémité 111 est notamment plus basse que la partie du passage recevant les écoulements en provenance de la partie arrière 110 du réservoir 32.

Claims (9)

1. REVENDICATIONS

   1. Machine électrique tournante (100) pour un véhicule automobile, ladite machine électrique comprenant: -un carter (14) formé d’un capot (101) et d’un palier (102), -un rotor (18) muni d’un axe X comprenant un arbre (16) pour l’acheminement d’un liquide de refroidissement dans le carter, -un stator (20) muni d’un corps (24), le stator entourant ledit rotor, -un entrefer (103) entre le stator et le rotor, -au moins un passage (104) pour l’évacuation du liquide de refroidissement, caractérisée en ce que le au moins un passage (104) est aménagé entre la surface externe du corps de stator (24) et la surface interne du capot (101) de sorte que le liquide de refroidissement soit en contact direct avec le corps de stator.
2. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le au moins un passage (104) est aménagé dans une paroi du capot (101).
3. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le corps de stator (24) est muni d’au moins une ailette de refroidissement s’étendant dans le au moins un passage (104).
4. 4. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le au moins un passage (104) est aménagé dans le corps de stator (24).
5. 5. Machine électrique tournante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le au moins un passage (104) présente une pente, par rapport à l’axe X pour faciliter l’évacuation du liquide de refroidissement.
6. 6. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le réservoir (32) comprend une partie avant (109) située du côté d’une boite de vitesse (200) et une partie arrière (110) située du coté opposé, le au moins un passage (104) permettant l'évacuation du liquide de refroidissement de la partie arrière (110) et de la partie avant (109).
7. 7. Machine électrique tournante (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le niveau du liquide de refroidissement stocké dans le carter (14) de la machine est au dessous de l'entrefer (103).
8. 8. Machine électrique tournante selon la revendication précédente quand dépendante de la revendication 6, caractérisée en ce que la surface de la section d'évacuation (107) du au moins un passage correspond à la surface (106) du liquide de refroidissement stocké dans la partie arrière (110) du réservoir (32).
9. 9. Machine électrique tournante (100) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend deux passages (104).