FR3068543B1 - Systeme de refroidissement par projection d'huile pour une machine electrique. - Google Patents

Systeme de refroidissement par projection d'huile pour une machine electrique. Download PDF

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Abstract

Système de refroidissement par projection d'huile pour une machine électrique munie d'un stator (2) et d'un rotor (3), la machine électrique étant comprise dans un carter moteur (5), apte à contenir l'huile projetée. Le système comprend au moins deux injecteurs d'huile (6a,6b) aptes chacun à projeter de l'huile à destination d'au moins l'un parmi le stator (2), le rotor (3), afin d'en assurer le refroidissement, ladite direction de projection étant fonction d'une mesure de température du stator (2) et d'une température de rotor (3) estimée.

Description

Système de refroidissement par projection d’huile pour une machine électrique. L’invention a pour domaine technique le refroidissement des machines électriques.
Le stator et le rotor des machines électriques sont les sièges d’un échauffement dû aux pertes liées à la conversion entre la puissance électrique et la puissance mécanique. Dans certains cas, deux circuits de refroidissement sont nécessaires afin de garantir les performances de la machine pour des applications de forte puissance et pour éviter aux composants de la machine d’atteindre leur température maximale. L’invention a pour objet un système de refroidissement par projection d’huile pour une machine électrique munie d’un stator et d’un rotor, la machine électrique étant comprise dans un carter moteur, apte à contenir l’huile projetée.
Le système de refroidissement comprend au moins deux injecteurs d’huile aptes chacun à projeter de l’huile en direction d’au moins l’un parmi le stator et le rotor afin d’en assurer le refroidissement, ladite direction de projection étant fonction d’une mesure de température du stator et d’une température de rotor estimée.
Les injecteurs d’huile peuvent être reliés à un réservoir d’huile par l’intermédiaire d’une pompe.
Le système peut comprendre une évacuation ménagée dans le carter moteur afin d’évacuer l’huile accumulée en partie basse dudit carter à destination du réservoir d’huile.
Les injecteurs d’huile peuvent être fixés dans le carter moteur de part et d’autre du rotor et en partie haute du carter moteur au-dessus de l’axe moteur relié au rotor.
Les injecteurs d’huile peuvent comprendre chacun au moins un actionneur permettant de modifier la direction d’éjection de l’huile de refroidissement. L’actionneur peut être un moteur, les injecteurs d’huile comprenant alors chacun une buse et un orifice d’éjection et pouvant passer d’une position dirigée vers le stator à une position dirigée vers le rotor. L’actionneur peut être une vanne permettant d’autoriser ou d’interrompre la circulation de l’huile dans une direction de projection, les injecteurs d’huile étant munis chacun de deux buses et de deux orifices d’éjection, dirigés l’un vers le stator et l’autre vers le rotor. L’invention a également pour objet un procédé de commande d’un système de refroidissement par projection d’huile pour une machine électrique, dans lequel on compare une mesure de température du stator à une température seuil de refroidissement du stator, on compare une température estimée du rotor à une température seuil de refroidissement du rotor, on détermine en fonction des comparaisons des températures du stator et du rotor aux températures seuil, lesquels parmi le stator et le rotor doivent être refroidis et lequel, parmi ceux devant être refroidis, doit être refroidi en premier, on détermine une consigne de débit à destination de la pompe à huile et des consignes à destination des actionneurs.
Le système de refroidissement selon l’invention présente l’avantage d’éliminer l’utilisation de deux circuits de refroidissement distincts, un pour le rotor et un pour le stator tel que réalisé dans l’état de l’art.
Le système de refroidissement selon l’invention présente l’avantage de permettre une montée en puissance de la machine sur une durée plus longue avant d’atteindre les températures limites de la machine de par une réduction des contraintes thermiques et d’augmenter l’efficacité de refroidissement de la machine électrique. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principaux éléments d’un système de refroidissement selon un premier mode de réalisation de l’invention, - la figure 2 illustre les principaux éléments d’un système de refroidissement selon un deuxième mode de réalisation de l’invention, et - la figure 3 illustre les principales étapes d’un procédé de commande du système de refroidissement selon l’invention.
Sur les figures 1 et 2, on peut voir les principaux éléments d’une machine électrique 1 de traction, notamment le stator 2 et ses têtes 2a de bobine, le rotor 3 et ses têtes 3a de bobine, l’axe moteur 4 et le carter moteur 5.
La machine électrique 1 est munie d’un système de refroidissement comprenant deux injecteurs d’huile 6a,6b aptes à projeter de l’huile à destination du stator 2 et du rotor 3 afin d’en assurer le refroidissement.
Les injecteurs d’huile 6a,6b sont reliés à un réservoir d’huile 8 par l’intermédiaire d’une pompe 9 et de conduites. Une évacuation 10 est ménagée dans le carter moteur 5 afin d’évacuer l’huile accumulée en partie basse dudit carter 5 à destination du réservoir d’huile 8.
Le système de refroidissement comprend au moins un capteur de température apte à déterminer la température du stator 2 et des moyens d’estimation de la température du rotor 3 en fonction des tensions et courants appliqués au rotor 3. Alternativement, le système de refroidissement reçoit tout ou partie de la température du stator 2 et du rotor 3 d’une unité de commande électronique de la machine électrique. Le système de refroidissement comprend également un moyen de commande relié à chaque actionneur 7a,7b,l la_a,l la_b,l lb_a,l lb_b et recevant la température du stator 2 et la température du rotor 3.
En fonction de températures seuils de refroidissement, prédéterminées et mémorisées, le moyen de commande détermine lequel parmi le stator 2 et le rotor 3 doit recevoir de l’huile de refroidissement. Le moyen de commande émet alors un signal à destination des actionneurs 7a,7b,l la_a,l la_b,l lb_a,l lb_b. Ces températures seuil sont définies à travers une mise au point thermique de la machine sur un banc de caractérisation de machine électrique.
Dans un premier mode de réalisation illustré par la figure 1, les injecteurs d’huile 6a,6b comprennent chacun une buse et un orifice d’éjection et sont munis chacun d’un actionneur 7a,7b tel qu’un moteur électrique, permettant de modifier la position de l’injecteur de sorte que l’huile de refroidissement soit projetée sur le stator 2 ou sur le rotor 3.
Sur la figure 1, on peut voir les deux positions extrémales 6a_a et 6a_b de l’injecteur d’huile 6a. La position 6a_a correspond à une projection de l’huile sur le stator 2, tandis que la position 6a_b correspond à une projection de l’huile sur le rotor 3.
Le moteur 7a permet de modifier la position de l’injecteur d’huile 6a entre ces deux positions 6a_a et 6a_b.
Le deuxième injecteur d’huile 6b est, de manière similaire au premier injecteur d’huile 6a, muni lui aussi d’un moteur, référencé 7b, permettant au deuxième injecteur d’huile 6b de passer d’une position extrémale 6b_a dirigée vers le stator 2 à une autre position extrémale 6b_b dirigée vers le rotor 3 et vice-versa.
Dans un deuxième mode de réalisation illustré par la figure 2, les injecteurs d’huile 6a,6b sont munis chacun de deux buses et de deux orifices d’éjection, dirigés l’un vers le stator 2 et l’autre vers le rotor 3 de façon similaire aux positions extrémales décrites dans le premier mode de réalisation. Chaque injecteur est muni d’au moins un actionneur 11 a_a, 11 a_b, 1 lb_a, 1 lb_b permettant de déterminer la direction de projection de l’huile. Un tel actionneur peut être une électrovanne 1 la_a,l la_b,l lb_a,l lb_b combinée à une buse permettant d’autoriser ou d’interrompre la circulation de l’huile dans la buse afin de projeter l’huile selon la direction de la buse.
Ainsi, pour l’injecteur d’huile 6a, on peut ouvrir une première vanne lla a et fermer la seconde vanne lla b de sorte à projeter l’huile vers le stator 2, ou fermer la première vanne llaa et ouvrir la seconde vanne llab de sorte à projeter l’huile vers le rotor 3.
Il est à noter que le deuxième mode de réalisation permet de refroidir simultanément le stator 2 et le rotor 3 en ouvrant simultanément toutes les vannes de chaque injecteur.
Sur la figure 3, on peut voir les principales étapes d’un procédé de commande du système de refroidissement.
Au cours d’une première étape 21, on reçoit les mesures physiques provenant des capteurs installés dans la machine électrique (capteur de température du stator) et le bloc d’électronique de puissance (capteurs de tensions et de courants).
Au cours d’une deuxième étape 22, on détermine une estimation de la température du rotor.
Alternativement, on valide la mesure de la température du stator dans l’unité de commande électronique du véhicule.
Au cours d’une troisième étape 23, on compare la mesure de température du stator 2 à une température seuil de refroidissement du stator.
Au cours d’une quatrième étape 24, on compare la température estimée du rotor 3 à une température seuil de refroidissement du rotor.
Au cours d’une cinquième étape 25, on détermine en fonction des comparaisons lequel parmi le stator 2 ou le rotor 3 doit être refroidi.
Au cours d’une sixième étape 26, on détermine une consigne de débit à destination de la pompe à huile 9 et des consignes à destination des actionneurs 7a,7b,l la_a,la_b,l lb_a,l lb_b.
Les consignes d’actionneurs sont des consignes de position dans le cas où les actionneurs sont des moteurs 7a,7b ou des consignes de degré d’ouverture dans le cas où les actionneurs sont des vannes lla a, lla b, llb a, llb b.
Le procédé est réalisé périodiquement afin de tenir compte des évolutions de température du rotor 2 et du stator 3.

Claims (3)

  1. REVENDICATIONS
    1. Système de refroidissement par projection d’huile pour une machine électrique munie d’un stator (2) et d’un rotor (3), la machine électrique étant comprise dans un carter moteur (5), apte à contenir l’huile projetée, caractérisé par le fait qu’il comprend au moins deux injecteurs d’huile (6a,6b) aptes chacun à projeter de l’huile en direction d’au moins l’un parmi le stator (2) et le rotor (3) afin d’en assurer le refroidissement, ladite direction de projection étant fonction d’une mesure de température du stator (2) et d’une température de rotor (3) estimée.
  2. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les injecteurs d’huile (6a,6b) sont reliés à un réservoir d’huile (8) par l’intermédiaire d’une pompe (9). 3. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant une évacuation (10) ménagée dans le carter moteur (5) afin d’évacuer l’huile accumulée en partie basse dudit carter (5) à destination du réservoir d’huile (8). 4. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les injecteurs d’huile (6a,6b) sont fixés dans le carter moteur (5) de part et d’autre du rotor (3) et en partie haute du carter moteur (5) au-dessus de l’axe moteur (4) relié au rotor (3). 5. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les injecteurs d’huile (6a,6b) comprennent chacun au moins un actionneur permettant de modifier la direction d’éjection de l’huile de refroidissement. 6. Système selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’actionneur est un moteur (7a,7b), les injecteurs d’huile (6a,6b) comprenant alors chacun une buse et un orifice d’éjection et pouvant passer d’une position dirigée vers le stator (2) à une position dirigée vers le rotor (3). 7. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’actionneur est une vanne (1 la_a,l la_b,l lb_a,l lb_b) permettant d’autoriser ou d’interrompre la circulation de l’huile dans une direction de projection, les injecteurs d’huile (6a,6b) étant munis chacun de deux buses et de deux orifices d’éjection, dirigés l’un vers le stator (2) et l’autre vers le rotor (3).
  3. 8. Procédé de commande d’un système de refroidissement par projection d’huile pour une machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on compare une mesure de température du stator (2) à une température seuil de refroidissement du stator, on compare une température estimée du rotor (3) à une température seuil de refroidissement du rotor, on détermine en fonction des comparaisons des températures du stator et du rotor aux températures seuil, lesquels parmi le stator (2) et le rotor (3) doivent être refroidis et lequel, parmi ceux devant être refroidis, doit être refroidi en premier, on détermine une consigne de débit à destination de la pompe à huile (9) et des consignes à destination des actionneurs (7a,7b, 11 a_a, lla b, llb a, llb b).
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