FR3056849A1 - Dissipateur thermique pour machine electrique tournante - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dissipateur thermique (10) pour machine électrique tournante comprenant : - une première partie (1) configurée pour être au contact d'une tête de bobine (105) de la machine électrique tournante, - une deuxième partie (2), distincte de la première partie (1), assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, la deuxième partie (2) étant couplée thermiquement à la première partie (1), caractérisé en ce que la première partie (1) est configurée pour être logée à l'intérieur d'un creux délimité par la tête de bobine. Application aux véhicules automobiles.
Description
Titulaire(s) : INSTITUT VEDECOM.
Mandataire(s) : PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA Société anonyme.
(04) DISSIPATEUR THERMIQUE POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE.
FR 3 056 849 - A1 _ L'invention concerne un dissipateur thermique (10) pour machine électrique tournante comprenant:
- une première partie (1 ) configurée pour être au contact d'une tête de bobine (105) de la machine électrique tournante,
- une deuxième partie (2), distincte de la première partie (1 ), assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, la deuxième partie (2) étant couplée thermiquement à la première partie (1 ), caractérisé en ce que la première partie (1 ) est configurée pour être logée à l'intérieur d'un creux délimité par la tête de bobine.
Application aux véhicules automobiles.
DISSIPATEUR THERMIQUE POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE
Le domaine de la présente invention est celui des dissipateurs thermiques et plus particulièrement des dissipateurs thermiques pour machines électriques tournantes, telles que des générateurs ou des moteurs. Plus particulièrement, ces machines électriques sont destinées à être installées sur des véhicules, notamment automobiles.
Les machines électriques tournantes telles que des générateurs ou des moteurs, comprennent un stator et un rotor. Des enroulements formant des bobines sont montés sur le stator et, par exemple, des aimants permanents sont fixés au rotor. Le rotor est mobile en rotation par l’intermédiaire d’un arbre. Lorsque la machine électrique est un générateur, le mouvement en rotation du rotor face aux bobines du stator permet de générer une énergie électrique et lorsque la machine électrique est un moteur, la mise en rotation du rotor par le biais des bobines génère une énergie mécanique.
Dans le cas où ces machines électriques sont utilisées pour mettre en mouvement un véhicule électrique, il convient de minimiser le poids de tous les éléments embarqués sur le véhicule car ce poids impacte directement l’autonomie d’une source électrique chargée d’alimenter la machine électrique de propulsion du véhicule. Cette recherche de réduction de poids se traduit par une optimisation de la compacité de cette machine électrique, tout en conservant le même niveau de performance.
0 Cette situation conduit à une augmentation de la densité de chaleur produite par la machine électrique. Il convient donc de la refroidir pour éviter une surchauffe pouvant engendrer une réduction des performances, voire une destruction de la machine électrique.
Parmi les composants de la machine électrique à refroidir, il faut citer, les bobines, et plus particulièrement les têtes de bobines. Ces composants sont des éléments critiques, qui
5 dimensionnent la performance générale de la machine électrique. En gardant à l’esprit cette réduction de taille de la machine électrique, il devient particulièrement difficile de refroidir ces composants de manière efficace.
L’invention résout ce problème technique en proposant un dissipateur thermique pour machine électrique tournante comprenant :
- une première partie configurée pour être au contact d’une tête de bobine de la machine électrique tournante,
- une deuxième partie, distincte de la première partie, assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, la deuxième partie étant couplée thermiquement à la première partie, caractérisé en ce que la première partie est configurée pour être logée à l’intérieur d’un creux délimité par la tête de bobine.
Par « couplée thermiquement », on entend qu’un échange de calories est possible entre la première et la deuxième partie. Autrement dit, la première et la deuxième partie sont liées mécaniquement et la deuxième partie participe au refroidissement de la première partie.
Un tel dissipateur thermique logé à l’intérieur d’un creux formé par la tête de bobine permet d’assurer une surface d’échange thermique maximale, ce qui offre un refroidissement amélioré et s’adapte particulièrement bien à une machine électrique réduite en taille.
Une machine électrique tournante est entendue comme distincte d’une machine électrique linéaire.
Il peut aussi être prévu que la première partie soit configurée pour être au contact de plusieurs têtes de bobines. En effet, celle-ci pourrait présenter une forme de U par exemple.
Selon différentes caractéristiques de l’invention prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- la première partie et la deuxième partie s’étendent à partir d’une base commune, chacune des parties s’étendant à partir d’une face opposée de la base commune. Ainsi la première partie s’étend à partir d’une face inférieure de la base commune, alors que la deuxième partie s’étend à partir d’une face supérieure de la base commune.
- la base commune est configurée pour être au contact d’une surface supérieure de la tête de bobine. La surface supérieure de la tête de bobine est définie comme étant la surface de la tête de bobine la plus éloignée de l’axe de rotation de la machine électrique.
- la deuxième partie comprend au moins une lame assurant l’échange thermique avec l’environnement extérieur. La présence de lame permet d’augmenter la surface d’échange thermique de la deuxième partie avec l’environnement extérieur, le refroidissement s’en retrouve donc amélioré.
- la deuxième partie comprend une pluralité de lames s’étendant selon l’axe longitudinal.
- la première partie présente au moins une face arrondie configurée pour être au contact de la tête de bobine. Ainsi, ce dissipateur thermique permet de protéger les fils formant les bobines en présentant une face arrondie, tout en offrant un maximum de surface d'échange des calories avec la tête de bobine afin de refroidir les têtes de bobines. En effet, que le bobinage soit réparti ou dentaire, une telle face arrondie permet de ne pas casser les fils lors de l’étape de bobinage.
- la base commune présente une face arrondie s’étendant à partir d’une face verticale plane.
- chaque lame s’étend dans un plan perpendiculaire à un plan dans lequel s’étend la face verticale plane de la base commune.
- la première partie du dissipateur thermique est creuse. Ainsi, cela permet de réduire la masse totale ainsi que les parties soumises à réchauffement dû aux champs magnétiques variables de la machine électrique.
- la première partie du dissipateur thermique présente une section en U. Autrement dit, la première partie est creuse et ouverte sur sa longueur. La section de la première partie est prise dans un plan de coupe transversal à la première partie, le plan de coupe étant contenu dans un référentiel défini par les axes longitudinal et transversal du dissipateur thermique.
5 L’invention a également pour objet un organe de dissipation de chaleur pour machine électrique tournante, caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs dissipateurs thermiques tels que définis précédemment.
Un tel organe de dissipation de chaleur permet, lors de son installation sur une machine électrique tournante, d’assurer le refroidissement de plusieurs têtes de bobines sur un côté de la machine électrique. Cet organe de dissipation est réalisé monobloc.
Selon différentes caractéristiques de l’invention prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- les dissipateurs thermiques sont reliés entre eux par leurs bases communes. Ainsi les premières et deuxièmes parties des dissipateurs thermiques restent libres, ce qui permet d’assurer les échanges thermiques. La liaison entre les dissipateurs thermiques est entendue comme étant une liaison mécanique. De préférence, les dissipateurs thermiques sont moulés ou soudés ensemble.
- l’organe de dissipation est organisé en une couronne. Par couronne il est entendu que l’organe de dissipation de chaleur présente une multitude de dissipateurs thermiques formant sensiblement un cercle ou une bague. La forme circulaire présente l’avantage de bien s’intégrer dans une machine électrique tournante, à l’extrémité longitudinale de celleci. Une telle couronne permet, lors de son installation sur une machine électrique tournante, d’assurer le refroidissement de l’ensemble des têtes de bobines sur un côté de la machine électrique. Cette couronne peut être réalisée monobloc.
- les bases communes reliées entre-elles délimitent un volume central de la couronne et présentent une section polygonale à N côtés, où N est égal au nombre de dissipateurs thermiques compris dans l’organe de dissipation de chaleur. Bien entendu, le volume
0 central de la couronne est interrompu par les premières parties des dissipateurs thermiques se dirigeant vers le centre de la couronne. La section polygonale est réalisée selon un plan contenu dans un référentiel défini par les axes vertical et transversal de la couronne tels qu’ils sont définis par le trièdre. Une telle géométrie permet d’assurer que les bases des dissipateurs thermiques reposent sur les surfaces extérieures des têtes de bobines.
- chaque lame s’étend de manière radiale par rapport à un centre de la couronne.
Cette orientation des lames permet d’une part d’en optimiser le nombre présent sur la couronne et d’autre part de ne pas interrompre une circulation d’un fluide de refroidissement pouvant passer le long de la machine électrique.
L’invention a également pour objet une machine électrique tournante comprenant :
- une pluralité de bobines,
- un stator sur lequel la pluralité de bobines est enroulée, la pluralité de bobines présentant des têtes de bobines, chaque tête de bobine dépassant longitudinalement du stator et présentant un creux,
- un rotor mobile à l’intérieur du stator par l’intermédiaire d’un arbre, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un dissipateur thermique ou au moins un organe de dissipation de chaleur tels qu’ils sont définis précédemment.
Idéalement, la machine électrique comprend deux organes de dissipation organisés chacun en couronne, les couronnes étant plaquées sur chacune des faces verticales extérieures du stator de la machine électrique.
Selon différentes caractéristiques de l’invention prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- le stator comprend une surface extérieure sur laquelle des ailettes s’étendent.
- les ailettes sont alignées avec au moins une des lames du dissipateur ou de l’organe 15 de dissipation telles que ces lames sont définies précédemment.
- les ailettes sont alignées avec chaque lame du dissipateur ou avec chaque lame de l’organe de dissipation de chaleur, telles que ces lames sont définies précédemment.
- la face arrondie de la première partie du dissipateur thermique est au contact du creux délimité par la tête de bobine.
- le dissipateur thermique ou l’organe de dissipation de chaleur est plaqué contre une face verticale du stator, notamment une face verticale extérieure du stator.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure 1 est une vue en perspective d’un dissipateur thermique selon l’invention,
- la figure 2 est une vue d’une face avant d’un organe de dissipation de chaleur organisé en couronne de dissipation de chaleur,
- la figure 3 est une vue en perspective de la face arrière de l’organe de dissipation de chaleur de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en perspective d’une machine électrique équipée de plusieurs dissipateurs thermiques selon l’invention,
- la figure 5 est une vue en perspective d’une machine électrique équipé de deux organes de dissipation de chaleur, selon l’invention, organisés en couronne,
- la figure 6 est une vue partielle de la machine électrique de la figure 5,
- la figure 7 est une vue coupe longitudinale de la machine électrique de la figure 5 sans les flasques,
- la figure 8 est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique de la figure équipée d’une chemise.
Il faut tout d’abord noter que les figures exposent l’invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l’invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l’invention le cas échéant. Π est à noter que ces figures exposent plusieurs modes et variantes de réalisation possibles de l’invention sans pour autant limiter la portée de l’invention.
Dans la description qui va suivre, concernant un dissipateur thermique individuel, on se référera à une orientation en fonction des axes longitudinaux L, verticaux V et transversaux T, tels qu’ils sont définis arbitrairement par le trièdre L, V, T représenté sur la figure 1. Le choix des appellations de ces axes n’est pas limitatif de l’orientation que peut prendre le dissipateur thermique individuel dans son application à un organe de dissipation ou à une machine électrique tournante.
La figure 1 montre un dissipateur thermique 10, ici individuel, pour machine électrique tournante comprenant une première partie 1 configurée pour être au contact d’une tête de bobine de la machine électrique tournante. Le dissipateur thermique 10 est dit individuel car il est destiné, ici, à n’être au contact que d’une seule tête de bobine. Le dissipateur thermique 10 comprend aussi une deuxième partie 2, distincte de la première partie 1, assurant un échange thermique avec l’environnement extérieur. La première et la deuxième partie 1, 2 sont couplées thermiquement, cela signifie qu’il y a un échange de calories entre la première et la deuxième partie 1, 2. La deuxième partie 2 permet donc de refroidir la première partie L
La première partie 1 et la deuxième partie 2 s’étendent à partir d’une base commune 3. Plus précisément, chacune des parties 1, 2 s’étend à partir d’un côté opposé de la base commune 3. Ainsi la première partie 1 s’étend à partir d’une face inférieure 31 de la base commune 3, alors que la deuxième partie 2 s’étend à partir d’une face supérieure 32 de la base commune 3. La face inférieure 31 et la face supérieure 32 sont définies le long de l’axe vertical V.
La première partie 1 est configurée pour être logée à l’intérieur d’un creux délimité par la tête de bobine. Pour cela, la première partie 1 peut se présenter sous la forme d’un doigt 11 ayant une section transversale comprenant un arc de cercle. Ainsi, le doigt 11 comprend une face arrondie 12 et une face verticale plane 13. La face arrondie 12 est la face destinée à venir au contact de la tête de bobine, une telle face arrondie 12 permet d’offrir à la fois une surface d’échange thermique maximale et une protection des fils formant les bobines lors de l’étape de bobinage. Dans l’exemple de réalisation représenté, le doigt 11 présente ici une section transversale en demi-cercle, la section transversale étant réalisée selon un plan défini par l’axe longitudinal L et l’axe transversal T.
La première partie 1 peut être creuse afin de réduire la masse du dissipateur thermique 10 ainsi que les masses soumises à réchauffement dû aux champs magnétiques variables de la machine électrique. En plus d’être creuse, la première partie 1 peut présenter une section en U en étant ouverte sur sa face verticale plane 13, comme cela sera décrit plus loin.
La base commune 3, plus particulièrement sa face inférieure 31, est configurée pour être au contact d’une surface supérieure de la tête de bobine.
Selon l’exemple de réalisation illustré sur la figure 1, la base 3 présente une section transversale comprenant un arc de cercle, la section transversale étant réalisée selon un plan défini par l’axe longitudinal L et l’axe transversal T. Ici, La base 3 présente une section transversale en demi-cercle. Ainsi, la base 3 comprend, en plus de sa face inférieure 31 et de sa face supérieure 32, une face arrondie 33 s’étendant à partir d’une face verticale plane 34. La face verticale plane 34 s’étend dans un plan B défini par l’axe vertical V et l’axe transversal T.
Les demi-cercles formant la première partie 1 et la base 3 du dissipateur thermique 10 s’étendent à partir d’un même centre et présentent des rayons différents. En effet, le demi-cercle délimitant le doigt 11 présente un rayon inférieur au demi-cercle délimitant la base 3.
Par ailleurs, la deuxième partie 2, assurant l’échange thermique avec l’environnement extérieur, comprend ici une pluralité de lames 25. Ces lames 25 permettent d’augmenter la surface d’échange thermique de la deuxième partie 2 avec l’environnement extérieur, le refroidissement s’en retrouve donc amélioré. Chaque lame 25 s’étend dans un plan LM défini par l’axe vertical V et l’axe longitudinal L. Le plan LM est, de préférence, perpendiculaire au plan B dans lequel s’étend la face verticale plane 34 de la base 3. De manière non limitative, le plan LM pourrait tout aussi bien être parallèle ou oblique au plan B.
Selon l’exemple de réalisation montré en figure 1, les lames 25 présentent des longueurs variables le long de l’axe longitudinal L du dissipateur thermique 10. Plus précisément, les lames 25 suivent l’arc de cercle de la base 3. Autrement dit, les lames 25 s’étendent à partir de la face arrondie 33. En outre, les lames 25 s’étendent, en longueur, partiellement sur la base 3. En effet, en partant de la face arrondie 33, les lames 25 s’interrompent avant d’atteindre la face verticale 34. H est à noter aussi que les lames présentent ici une hauteur constante le long de l’axe vertical V du dissipateur thermique 10. Bien entendu, les lames 25 pourraient présenter des hauteurs différentes entre elles.
Bien entendu, pour assurer son rôle de dissipateur, le dissipateur thermique 10 peut être réalisé dans un matériau thermo-conducteur s'échauffant peu sous l'effet d'un champ magnétique variable. Un tel matériau assure un transfert de chaleur amélioré. Ce matériau peut par exemple être de l'aluminium, un acier non magnétique, du titane ou un alliage à base de ces métaux ou encore un matériau synthétique chargé de fibres conductrices de chaleur.
La figure 2 montre une pluralité de dissipateurs thermiques 10 assemblés entre eux afin de former un organe de dissipation 40. Chaque dissipateur thermique individuel 10 est relié aux dissipateurs thermiques 10 voisins par sa base 3. Ainsi, la première partie 1 et la deuxième partie 2 de chaque dissipateur thermique 10 faisant partie de l’organe de dissipation restent libres, ce qui permet d’assurer le refroidissement thermique des têtes de bobines. Bien entendu, les dissipateurs thermiques 10 pourraient être reliés entre eux par la première partie 1 ou la deuxième partie 2.
Les bases 3 sont reliées entre elles par une liaison de type mécanique, c’est-à-dire qu’elles peuvent par exemple être soudées ou être moulées ensemble. Ainsi, l’organe de dissipation 40 est monobloc, c’est-à-dire fait d’un seul tenant.
Selon le mode de réalisation illustré par les figures 2 et 3, l’organe de dissipation 40 est organisé en une couronne 50. Par couronne 50, il est entendu que l’organe de dissipation de chaleur 40 présente une multitude de dissipateurs thermiques 10 formant sensiblement un cercle fermé. Ici, l’organe de dissipation de chaleur 40 comprend douze dissipateurs thermiques 10 organisés en couronne 50. La forme circulaire de la couronne 50 présente l’avantage de bien s’intégrer dans une machine électrique tournante. Une telle couronne 50 permet, lors de son installation sur une machine électrique tournante, d’assurer le refroidissement de l’ensemble des têtes de bobines sur un des côtés de la machine électrique. Cette couronne 50 peut être réalisée monobloc ou en deux blocs afin de faciliter sa mise en place dans la machine électrique. Il est à noter que l’organe de dissipation de chaleur 40 pourrait prendre toute autre forme, telle qu’un carrée, un arc de cercle, ou un triangle selon les besoins.
Dans la description qui suit, les notions relatives telles que «intérieur» ou « extérieur » sont définies par rapport à un centre C de la couronne 50. La notion « d’intérieur » selon ce repère signifie que l’élément considéré se situe ou se dirige radialement vers l’intérieur de la couronne 50, vers son centre C, tandis que la notion « d’extérieur » selon ce repère signifie que l’élément considéré se situe ou se dirige radialement vers l’extérieur de la couronne 50 par rapport au centre C. De la même manière que le dissipateur thermique 10, on se référera à une orientation en fonction des axes longitudinal L, vertical V et transversal T, tels qu’ils sont définis arbitrairement par le trièdre L, V, T représenté sur la figure 2 ou 3. Le choix des appellations de ces axes n’est pas limitatif de l’orientation que peut prendre la couronne 50 dans son application à la machine électrique tournante.
Comme cela est particulièrement visible sur la figure 3, chaque base 3 présente une section transversale rectangulaire, selon un plan défini par l’axe longitudinal L et l’axe transversal T. La base 3 peut alors présenter une face supérieure 31 et une face inférieure 32 de forme rectangulaire.
Les bases 3 reliées entre-elles délimitent un volume central 51 de la couronne 50. Les premières parties 1 de chaque dissipateur thermique 10 débouchent dans ce volume central 51. En outre, les bases 3 délimitent une section polygonale à N côtés, où N est égal au nombre de dissipateurs thermiques 10 compris dans l’organe de dissipation 40. De préférence, le nombre N de côtés de la section polygonale peut aussi être égal au nombre de dents du stator. La section polygonale est réalisée selon un plan contenu dans un référentiel défini par les axes vertical et transversal de la couronne tels qu’ils sont définis par le trièdre des figures 2 et 3. Une telle géométrie permet d’assurer que les bases 3 des dissipateurs thermiques 10 reposent sur les surfaces extérieures des têtes de bobines. Dans l’exemple représenté, la section polygonale verticale comporte douze côtés.
Les lames 25 s’étendent, ici, de manière radiale par rapport au centre C de la couronne 50 et suivent une direction axiale de la couronne 50, c’est-à-dire suivant l’axe longitudinal L. Cette orientation des lames 50 permet d’une part d’en optimiser le nombre présent sur la couronne 50 et d’autre part de ne pas interrompre une circulation d’un fluide de refroidissement pouvant passer le long de la machine électrique. Bien entendu, les lames 25 pourraient être orientées différemment. En effet, les lames 25 pourraient s’étendre selon l’axe transversal T de la couronne 50 ou être obliques par rapport à l’axe longitudinal L de la couronne 50.
En outre, les lames 25 présentent, ici, toutes des longueurs identiques le long de l’axe longitudinal L de la couronne 50 et s’étendent totalement sur la base 3. Bien entendu, les lames 25 pourraient s’étendre partiellement sur la base 3 et présenter des longueurs différentes. Il est à noter aussi que les lames présentent, ici, une hauteur constante le long de l’axe vertical V de la couronne 50. Bien entendu, les lames 25 pourraient présenter des hauteurs différentes entre elles.
Comme cela est particulièrement visible sur la figure 3, la première partie 1 présente une section transversale en U en étant complètement ouverte sur sa face verticale plane 13, la section transversale étant réalisée dans un plan défini par l’axe longitudinal L et l’axe transversal T pour une première partie 1 s’étendant selon l’axe vertical V. Cette section transversale en U permet un allègement des masses et permet de former la face arrondie 12 présentant une même courbure que le creux formé par les têtes de bobines.
Nous allons maintenant décrire une machine électrique tournante 100 comprenant, selon un premier mode de réalisation illustré par la figure 4, des dissipateurs thermiques 10 individuels.
Dans la description qui suit, les notions relatives telles que « intérieur », « inférieur », « extérieur » ou « supérieur » sont définies par rapport à un axe de rotation R défini comme l’axe autour duquel tourne un arbre 125 entraînant un rotor 120 de la machine électrique. La notion « d’inférieur » selon ce repère signifie que l’élément considéré se situe ou se dirige radialement vers l’intérieur de la machine électrique, en se rapprochant de l’axe de rotation R, tandis que la notion de « supérieur » selon ce repère signifie que l’élément considéré se situe ou se dirige radialement vers l’extérieur la machine électrique, en s’éloignant de l’axe de rotation R. La notion « d’intérieur » selon ce repère signifie que l’élément considéré se situe ou se dirige longitudinalement vers l’intérieur de la machine électrique, en se rapprochant d’un centre de la machine électrique, tandis que la notion « d’extérieur » selon ce repère signifie que l’élément considéré se situe ou se dirige longitudinalement vers l’extérieur la machine électrique, en s’éloignant du centre de la machine électrique. Un axe longitudinal est défini comme l’axe selon lequel la machine électrique s’étend dans sa longueur, l’axe longitudinal et l’axe de rotation R de la machine électrique sont alors confondus. L’axe longitudinal L précédemment décrit pour le ou les dissipateurs thermiques et l’axe de rotation R de la machine sont également confondus.
Trois plans de références sont définis : un plan vertical VI, un plan radial Rl et un plan tangentiel Tl. Le plan vertical VI est perpendiculaire à l’axe de rotation R du rotor 120. Autrement dit, le plan vertical VI peut correspondre à une face verticale du stator 110. Le plan radial Rl est parallèle à l’axe de rotation R du rotor 120 et passe par celui-ci. Autrement dit, le plan radial Rl peut correspondre à une face exposée de la machine électrique lors d’une coupe longitudinale. Le plan tangentiel Tl est aussi parallèle à l’axe de rotation R du rotor 120 mais ne passe pas par l’axe de rotation R du rotor 120. Le plan tangentiel Tl serait exposé si le stator 110 était coupé dans sa longueur légèrement sous sa surface extérieure.
La figure 4 montre un stator 110 et un rotor 120 de machine électrique tournante 100. Des enroulements formant des bobines 102 sont montés sur le stator 110 et, par exemple, des aimants permanents 123 sont fixés au rotor 120. Le rotor 120, réalisé à partir d’un empilement de tôles rotoriques 121, est mobile en rotation par l’intermédiaire d’un arbre 125 autour de l’axe de rotation R.
Dans cet exemple de réalisation, un empilement de tôles 112 forme le stator 110. Les tôles 112 comprennent au moins une ailette 114 et au moins une dent 115. Ici, chaque tôle 112 comprend quatre ailettes 114, les tôles 112 sont donc empilées de manière à ce que les ailettes 114 d’une tôle 112 donnée soient décalées par rapport aux tôles 112 adjacentes. De plus, chaque tôle 112 comprend un nombre D de dents 115, le nombre D étant égal au nombre de bobines. Ainsi, dans l’exemple de réalisation représenté, chaque tôle 112 comprend douze dents 115.
Aux extrémités longitudinales du stator 110, des dissipateurs thermiques individuels 10 sont plaqués sur les deux tôles 112 d’extrémité du stator 110, plus précisément sur les faces verticales extérieures du stator 110. Les fils formant les bobines 102 sont alors enroulés autour des dents 115 présentes sur les tôles 112 du stator 110 en passant pardessus la première partie 1 du dissipateur thermique 10. Plus précisément, les fils formant les bobines 102 viennent au contact de la face arrondie 12 de la première partie 1. Cette face arrondie 12 permet alors de ne pas casser les fils lors du bobinage. En effet, les fils formant les bobines 102 peuvent être enroulés de manière dite dentaire, c’est-à-dire autour d’une seule dent du stator 110, ou de manière dite répartie, où les bobines sont enroulées autour de plusieurs dents 115 du stator 110. Dans tous les cas, on évite la formation de plis trop francs qui risquent d’endommager les fils de la tête de bobine.
Aux extrémités du stator 110, le bobinage des bobines 102, dentaire ou réparti, permet la formation de têtes de bobines 105. Chaque tête de bobine 105, enroulée autour d’un dissipateur individuel 10, forme un creux 104 dans lequel est logée la première partie 1, ici le doigt 11, du dissipateur individuel 10. Dans cet exemple de réalisation, toutes les têtes de bobines 105 sont équipées d’un dissipateur individuel 10. Bien entendu, il pourrait en être autrement avec une tête de bobine 105 sur deux ou sur trois équipée d’un dissipateur individuel 10, cela permettrait de réduire encore la masse de la machine électrique.
Par ailleurs, il est à noter que la face inférieure 31 de la base 3 de chaque dissipateur individuel 10 repose sur la surface supérieure 106 de chacune des têtes de bobines 105. La face d’extrémité verticale 14 de la première partie 1, quant à elle, affleure la surface inférieure 107 des têtes de bobines 105.
Nous allons maintenant décrire une machine électrique tournante 100 comprenant, selon un deuxième mode de réalisation illustré par les figures 5 à 8, au moins un organe de dissipation de chaleur 40. Plus particulièrement, l’organe de dissipation de chaleur 40 se présente ici sous la forme d’une couronne 50. La machine électrique 100 comprend alors deux organes de dissipation 40 organisés en couronnes 50, chaque couronne 50 est alors plaquée sur chacune des faces verticales extérieures du stator 110, de part et d’autre de la machine électrique 100 le long de l’axe de rotation R.
Pour la lisibilité des figures 5 à 8, le stator 110 a ici été représenté de manière monobloc, mais il pourrait tout aussi bien être réalisé à partir d’un empilement de tôles
112.
Comme montré en figure 5, l’arbre 125 entraînant en rotation le rotor est tenu en rotation par l’intermédiaire d’un palier de rotation 101, ce dernier pouvant par exemple être un roulement à billes à aiguilles ou un coussinet de frottement. Le palier de rotation 101 est quant à lui soutenu par un flasque 103 de la machine électrique 100. Une machine électrique 100 peut alors comprendre deux flasques 103 et deux paliers de rotation 101 situés aux deux extrémités longitudinales de la machine électrique 100. Chaque couronne 50 se retrouve donc enserrée entre un des flasques 103 et le stator 110.
Il est à noter que les lames 25 de la couronne 50 s’étendent bien dans un plan radial de la machine électrique 100 ou de la couronne 50, permettant une circulation d’un fluide le long de la machine électrique 100.
Pour plus de visibilité, la figure 6 représente uniquement le stator 110 sur lequel sont montées les bobines 105 et les deux couronnes 50. On peut alors noter que les premières parties 1 sont creuses et présentent une section transversale en U. Ainsi, une telle section en U permet de crée un espace 55 entre la première partie 1 et la dent 115 du stator 110.
Il est également bien visible que la section polygonale de la couronne 50, ici à 12 côtés, formée par les bases 3 des dissipateurs thermiques 10, repose sur la surface supérieure 106 des têtes de bobines 105 et que les lames 25 de la couronne 50 s’étendent bien dans un plan radial de la machine électrique 100 ou de la couronne 50. Cela est particulièrement bien visible sur la figure 7, qui représente une coupe longitudinale de la machine électrique 100 représentée sans ses flasques 103.
La figure 7 montre cette coupe longitudinale réalisée dans un plan radial de la machine électrique 100 tournante. Cette coupe permet de mettre en évidence que les première parties 1 de la couronne 50 arrivent à fleur de la surface intérieure 107 des têtes de bobines 105. Autrement dit, les premières parties 1 ne s’étendent pas dans un entrefer 111, ce dernier étant défini comme l’espace situé entre le stator 110 et le rotor 120.
La figure 8 représente une variante de réalisation de la machine électrique 100 qui est ici équipée d’une chemise 108. Cette machine électrique 100 comprend deux organes de dissipation 40 en couronne 50, mais pourrait tout aussi bien comprendre des dissipateurs individuels 10.
La figure 8 montre une coupe longitudinale passant par l’axe de rotation R de la machine électrique 100. La chemise 108 recouvre les flasques 103 et le stator 110. Le recouvrement se fait selon l’axe de rotation R dans lequel la machine électrique 100 s’étend. Cette chemise 108 permet de confiner le flux du fluide de refroidissement qu'il soit liquide ou gazeux, de manière à le concentrer sur la paroi périphérique extérieure du stator.
Les lames 25 de la couronne 50 sont orientées dans le sens de la longueur de la machine électrique 100 et sont légèrement espacées de la chemise 108. Une telle disposition des lames 25 facilite une circulation d’un fluide entrant par un manchon 109 et sortant par un autre manchon 109 situé, dans cet exemple de réalisation, à une extrémité diamétralement et longitudinalement opposée de la chemise 108 recouvrant la machine électrique 100. La circulation du fluide de refroidissement d’un manchon 109 à l’autre permet également le refroidissement du stator 110 et celui-ci peut être amélioré avec la présence d’ailettes à sa surface.
La description qui précède explique clairement comment l’invention permet d’atteindre les objectifs qu’elle s’est fixés, et notamment de proposer un dissipateur thermique efficace s’adaptant à une machine électrique réduite en taille. L'invention trouve de nombreuses applications avantageuses, qu'il s'agisse d'un dissipateur thermique individuel ou d’un organe de dissipation de chaleur, organisé en couronne fermée ou en une pluralité de dissipateurs thermiques formant des secteurs angulaires de la machine électrique tournante.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l’homme du métier au dissipateur thermique individuel ou à l’organe de dissipation de chaleur qui viennent d’être décrit à titre d’exemple non limitatif, dès lors que l’on met en œuvre au moins une première partie configurée pour être logée à l’intérieur d’un creux délimité par la tête de bobine, au moins une deuxième partie, distincte de la première partie, assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, avec la première partie et la deuxième partie couplées thermiquement.
En tout état de cause, l’invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s’étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens.
Claims (18)
- REVENDICATIONS1. Dissipateur thermique (10) pour machine électrique tournante (100) comprenant :- une première partie (1) configurée pour être au contact d’une tête de bobine (105) de la machine électrique tournante (100),- une deuxième partie (2), distincte de la première partie (1), assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, la deuxième partie (2) étant couplée thermiquement à la première partie (1), caractérisé en ce que la première partie (1) est configurée pour être logée à l’intérieur d’un creux (104) délimité par la tête de bobine (105).
- 2. Dissipateur thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première partie (1) et la deuxième partie (2) s’étendent à partir d’une base commune (3), chacune des parties (1, 2) s’étendant à partir d’une face opposée de la base commune (3).
- 3. Dissipateur thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la base commune (3) est configurée pour être au contact d’une surface supérieure (106) de la tête de bobine (105).
- 4. Dissipateur thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième partie (2) comprend au moins une lame (25) assurant l’échange thermique avec l’environnement extérieur.
- 5. Dissipateur thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (1) présente au moins une face arrondie (12) configurée pour être au contact de la tête de bobine (105).
- 6. Dissipateur thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que la base commune (3) présente une face arrondie (33) s’étendant à partir d’une face verticale plane (34).
- 7. Dissipateur thermique selon la revendication précédente prise en combinaison avec au moins la revendication 4, caractérisé en ce que chaque lame (25) s’étend dans un plan (LM) perpendiculaire à un plan (B) dans lequel s’étend la face verticale plane (34) de la base commune (3).
- 8. Dissipateur thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (1) est creuse.
- 9. Dissipateur thermique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (1) présente une section en U.
- 10. Organe de dissipation de chaleur (40) pour machine électrique tournante (100), caractérisé en ce qu’il comprend plusieurs dissipateurs thermiques (10) définis selon l’une quelconque des revendications précédentes.
- 11. Organe selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que les dissipateurs thermiques (10) sont reliés entre eux par leurs bases communes (3).
- 12. Organe selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu’il est organisé en une couronne (50).
- 13. Organe selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 11, caractérisé en ce que les bases communes (3) reliées entre-elles délimitent un volume central (51) de la couronne (50) et présentent une section polygonale à N côtés, où N est égal au nombre de dissipateurs thermiques (10) compris dans l’organe de dissipation de chaleur (40).
- 14. Organe selon la revendication 12 ou 13 prise en combinaison avec au moins la revendication 4, caractérisé en ce que chaque lame (25) s’étend de manière radiale par rapport à un centre (C) de la couronne (50).
- 15. Machine électrique tournante (100) comprenant :- une pluralité de bobines (102),- -un stator (110) sur lequel la pluralité de bobines (102) est enroulée, la pluralité de bobines (102) présentant des têtes de bobines (105), chaque tête de bobine (105) dépassant longitudinalement du stator (110) et présentant un creux (104),- un rotor (120) mobile à l’intérieur du stator (110) par l’intermédiaire d’un arbre (125),5 caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un dissipateur thermique (10) défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 ou au moins un organe de dissipation de chaleur (40) défini selon l’une quelconque des revendications 10 à 14.
- 16. Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le stator (110) 10 comprend une surface extérieure sur laquelle des ailettes (114) s’étendent.
- 17. Machine selon la revendication 15 ou 16 prise en combinaison avec la revendication 5, caractérisée en ce que la face arrondie (12) de la première partie (1) du dissipateur thermique (10) est au contact du creux (104) délimité par la tête de bobine15 (105).
- 18. Machine selon l’une quelconque des revendications 15 à 17, caractérisée en ce que le dissipateur thermique (10) ou l’organe de dissipation de chaleur (40) est plaqué contre une face verticale du stator (110).1/8
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