FR3086123A1 - ROTATING ELECTRIC MACHINE HAVING AN ELECTRONIC POWER MODULE INTEGRATED WITH A HOUSING OF A REDUCING ELEMENT - Google Patents
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Abstract
L'invention porte principalement sur un ensemble pour véhicule automobile comportant: - une machine électrique tournante (10), - un module électronique de puissance (15) pour la commande de la machine électrique tournante (10) muni d'un dissipateur thermique (18), - une chambre de refroidissement (31) pour le passage d'un liquide de refroidissement, et - un élément réducteur (11) comportant un carter (11.1), caractérisé en ce que le dissipateur thermique (18) du module électronique de puissance (15) est monté sur le carter (11.1) de l'élément réducteur (11), de sorte que ledit carter (11.1) dudit l'élément réducteur (11) agit comme un dissipateur thermique supplémentaire pour le module électronique de puissance (15) de la machine électrique tournante (10), - et en ce que la chambre de refroidissement (31) est apte à évacuer des calories du dissipateur thermique (18) du module électronique de puissance (15).The invention relates mainly to an assembly for a motor vehicle comprising: - a rotary electric machine (10), - an electronic power module (15) for controlling the rotary electric machine (10) provided with a heat sink (18 ), - a cooling chamber (31) for the passage of a coolant, and - a reducing element (11) comprising a casing (11.1), characterized in that the heat sink (18) of the electronic power module (15) is mounted on the casing (11.1) of the reducing element (11), so that said casing (11.1) of said reducing element (11) acts as an additional heat sink for the electronic power module (15 ) of the rotary electric machine (10), - and in that the cooling chamber (31) is able to evacuate calories from the heat sink (18) of the electronic power module (15).
Description
MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN MODULE ÉLECTRONIQUE DE PUISSANCE INTÉGRÉ À UN CARTER D'UN ÉLÉMENT RÉDUCTEURROTATING ELECTRIC MACHINE PROVIDED WITH AN ELECTRONIC POWER MODULE INTEGRATED WITH A HOUSING OF A REDUCING ELEMENT
La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un module électronique de puissance intégré à un carter d'un élément réducteur. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec un élément réducteur.The present invention relates to a rotary electrical machine provided with an electronic power module integrated into a casing of a reducing element. The invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with reversible high power electric machines which can operate in alternator mode and in motor mode coupled with a reducing element.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements.In a manner known per se, rotary electrical machines comprise a stator and a rotor secured to a shaft. The stator is mounted in a casing configured to rotate the shaft on bearings by means of bearings.
Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles saillants, les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.The rotor comprises a body formed by a stack of sheets of metal sheets held in the form of a package by means of a suitable fixing system. The rotor has poles formed for example by permanent magnets housed in cavities formed in the magnetic mass of the rotor. Alternatively, in a so-called salient pole architecture, the poles are formed by coils wound around the rotor arms.
Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir un bobinage. Le bobinage est obtenu par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Le bobinage comporte des enroulements de phase connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un module électronique de puissance.Furthermore, the stator comprises a body constituted by a stack of thin sheets forming a crown, the inner face of which is provided with notches open towards the inside to receive a winding. The winding is obtained for example from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of pins linked together by welding. The winding comprises phase windings connected in a star or a triangle, the outputs of which are connected to an electronic power module.
Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile assurant la transmission de la puissance mécanique du moteur thermique vers les roues du véhicule, une machine électrique tournante réversible 10 de forte puissance peut être accouplée à un élément réducteur 11 via une interface mécanique 12, tel que montré sur les figures 1a et 1b. L'élément réducteur comporte une interface mécanique 13 avec une plateforme 14 du véhicule. L'élément réducteur 11 peut prendre la forme d'une boîte de vitesses du véhicule ou d'un réducteur monté sur un train du véhicule et relié mécaniquement à la machine électrique tournante 10.In certain types of traction chains of a motor vehicle ensuring the transmission of the mechanical power from the heat engine to the wheels of the vehicle, a reversible rotary electric machine 10 of high power can be coupled to a reducing element 11 via a mechanical interface 12, such as as shown in Figures 1a and 1b. The reducing element has a mechanical interface 13 with a platform 14 of the vehicle. The reduction element 11 may take the form of a vehicle gearbox or of a reduction gear mounted on a train of the vehicle and mechanically connected to the rotary electrical machine 10.
Dans le mode de réalisation de la figure 1a, le module électronique de puissance 15 est intégré à la machine électrique 10 en étant par exemple fixé sur le palier arrière par l'intermédiaire d'une interface mécanique et électrique 16. La machine électrique 10 et le module électronique de puissance 15 sont refroidis par un circuit de refroidissement commun 17 ayant une entrée E1 et une sortie S1 de liquide de refroidissement. A cet effet, la machine électrique 10 comporte une chambre de refroidissement 19 en communication fluidique avec une chambre de refroidissement 20 du module électronique 15 via une interface de communication 21. S'il y a lieu, le module électronique de puissance 15 pourra être relié à la plateforme 14 via une interface de liaison 22. Toutefois, une telle configuration présente des difficultés d'intégration du fait de l’encombrement de la machine électrique 10 et de son électronique intégrée. En outre, la surface de refroidissement du module électronique 15 et de la machine électrique 10 est limitée.In the embodiment of FIG. 1a, the electronic power module 15 is integrated into the electric machine 10, for example being fixed on the rear bearing by means of a mechanical and electric interface 16. The electric machine 10 and the electronic power module 15 are cooled by a common cooling circuit 17 having an inlet E1 and an outlet S1 of coolant. To this end, the electric machine 10 comprises a cooling chamber 19 in fluid communication with a cooling chamber 20 of the electronic module 15 via a communication interface 21. If necessary, the electronic power module 15 can be connected to the platform 14 via a connection interface 22. However, such a configuration presents integration difficulties due to the size of the electrical machine 10 and its integrated electronics. In addition, the cooling surface of the electronic module 15 and of the electric machine 10 is limited.
Dans le mode de réalisation de la figure 1b, le module électronique de puissance 15 est séparé de la machine électrique 10. La machine électrique 10 est alors reliée au module électronique de puissance 15 via une interface électrique 24. Ces deux composants sont refroidis par des circuits de refroidissement distincts 25, 26. Le circuit de refroidissement 25 de la machine électrique 10 présente une entrée E1 et une sortie S1 de liquide de refroidissement; tandis que le circuit de refroidissement 26 du module électronique 15 présente une entrée E2 et une sortie S2 de liquide de refroidissement. Toutefois, une telle configuration engendre une complexité accrue des circuits de refroidissement 25, 26 de la machine électrique 10 et du module électronique 15 déporté. On observe également une limitation des performances de la machine électrique 10 liée à l’utilisation de câbles de puissance dans l'interface électrique 24 entre la machine électrique 10 et le module électronique 15.In the embodiment of FIG. 1b, the electronic power module 15 is separated from the electric machine 10. The electric machine 10 is then connected to the electronic power module 15 via an electrical interface 24. These two components are cooled by separate cooling circuits 25, 26. The cooling circuit 25 of the electric machine 10 has an inlet E1 and an outlet S1 of coolant; while the cooling circuit 26 of the electronic module 15 has an inlet E2 and an outlet S2 of coolant. However, such a configuration generates increased complexity of the cooling circuits 25, 26 of the electric machine 10 and of the remote electronic module 15. There is also a limitation in the performance of the electrical machine 10 linked to the use of power cables in the electrical interface 24 between the electrical machine 10 and the electronic module 15.
La présente invention vise à remédier efficacement aux inconvénients des architectures existantes en proposant un ensemble pour véhicule automobile comportant:The present invention aims to effectively remedy the drawbacks of existing architectures by proposing an assembly for a motor vehicle comprising:
- une machine électrique tournante,- a rotating electric machine,
- un module électronique de puissance pour la commande de la machine électrique tournante, ledit module électronique de puissance étant muni d'un dissipateur thermique,an electronic power module for controlling the rotary electric machine, said electronic power module being provided with a heat sink,
- une chambre de refroidissement pour le passage d'un liquide de refroidissement, eta cooling chamber for the passage of a cooling liquid, and
- un élément réducteur comportant un carter, caractérisé en ce que le dissipateur thermique du module électronique de puissance est monté sur le carter de l'élément réducteur, de sorte que ledit carter dudit l'élément réducteur agit comme un dissipateur thermique supplémentaire pour le module électronique de puissance de la machine électrique tournante,- a reducing element comprising a housing, characterized in that the heat sink of the electronic power module is mounted on the housing of the reducing element, so that said housing of said reducing element acts as an additional heat sink for the module power electronics of rotating electric machine,
- et en ce que la chambre de refroidissement est apte à évacuer des calories du dissipateur thermique du module électronique de puissance.- And in that the cooling chamber is capable of removing calories from the heat sink of the electronic power module.
L'invention permet ainsi de tirer profit de la présence du carter de l'élément réducteur pour optimiser le refroidissement du module électronique de puissance par agrandissement de la surface de dissipation thermique. On améliore ainsi les performances de la machine électrique tournante. L'invention constitue également une solution alternative dans le cas d'une difficulté d’intégration d’une machine électrique avec une électronique intégrée. L’invention pourra en outre simplifier le refroidissement commun de la machine électrique et du module électronique de puissance.The invention thus makes it possible to take advantage of the presence of the housing of the reducing element to optimize the cooling of the electronic power module by enlarging the heat dissipation surface. This improves the performance of the rotating electrical machine. The invention also constitutes an alternative solution in the case of a difficulty in integrating an electrical machine with integrated electronics. The invention may also simplify the common cooling of the electric machine and the electronic power module.
Selon une réalisation, la chambre de refroidissement est ménagée à l'intérieur du carter de l'élément réducteur. Une telle configuration permet d'éviter de modifier la forme du dissipateur thermique du module électronique de puissance.According to one embodiment, the cooling chamber is formed inside the casing of the reducing element. Such a configuration makes it possible to avoid modifying the shape of the heat sink of the electronic power module.
Selon une réalisation, la chambre de refroidissement est ménagée à l'intérieur du dissipateur thermique du module électronique de puissance. Une telle configuration permet d'éviter de modifier la forme du carter de l'élément réducteur.According to one embodiment, the cooling chamber is formed inside the heat sink of the electronic power module. Such a configuration makes it possible to avoid modifying the shape of the housing of the reducing element.
Selon une réalisation, la chambre de refroidissement comporte une première paroi ménagée dans le dissipateur thermique du module électronique de puissance et une deuxième paroi ménagée dans le carter de l'élément réducteur.According to one embodiment, the cooling chamber has a first wall formed in the heat sink of the electronic power module and a second wall formed in the casing of the reducing element.
Selon une réalisation, la chambre de refroidissement est en communication fluidique avec une chambre de refroidissement de la machine électrique tournante.According to one embodiment, the cooling chamber is in fluid communication with a cooling chamber of the rotary electric machine.
Selon une réalisation, la chambre de refroidissement est distincte d'une chambre de refroidissement de la machine électrique tournante. Cela permet d'utiliser deux types de fluides différents pour refroidir respectivement la machine électrique tournante et le module électronique de puissance.According to one embodiment, the cooling chamber is separate from a cooling chamber of the rotary electric machine. This makes it possible to use two different types of fluids to cool the rotary electrical machine and the electronic power module respectively.
Selon une réalisation, l'élément réducteur est une boîte de vitesses de véhicule automobile.According to one embodiment, the reducing element is a motor vehicle gearbox.
Selon une réalisation, l'élément réducteur est un réducteur monté sur un train du véhicule et accouplé à la machine électrique tournante.According to one embodiment, the reducing element is a reduction gear mounted on a train of the vehicle and coupled to the rotary electric machine.
L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble tel que précédemment défini.The invention also relates to a motor vehicle characterized in that it comprises an assembly as previously defined.
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.The invention will be better understood on reading the description which follows and on examining the figures which accompany it. These figures are given only by way of illustration but in no way limit the invention.
Les figures 1a et 1b sont des représentations schématiques illustrant des configurations connues de circuits de refroidissement d'un module électronique de puissance et d'une machine électrique tournante accouplée à un réducteur;Figures 1a and 1b are schematic representations illustrating known configurations of cooling circuits of an electronic power module and a rotary electrical machine coupled to a reducer;
Les figures 2a et 2b sont des représentations schématiques illustrant une configuration selon l'invention présentant un module électronique de puissance intégré à un réducteur accouplé à une machine électrique tournante.Figures 2a and 2b are schematic representations illustrating a configuration according to the invention having an electronic power module integrated with a reduction gear coupled to a rotary electrical machine.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d’une figure à l’autre.Identical, similar, or analogous elements retain the same reference from one figure to another.
Les figures 2a et 2b montrent une machine électrique tournante 10 comportant de façon connue en soi un stator polyphasé entourant un rotor monté sur un arbre. Cette machine électrique 10 est accouplée à un élément réducteur 11 de vitesse via une interface mécanique 12. L'élément réducteur 11 comporte une interface mécanique 13 avec une plateforme 14 du véhicule. L'élément réducteur 11 pourra être en prise avec un différentiel 35 relié aux roues du véhicule, tel que montré sur la figure 2b.FIGS. 2a and 2b show a rotary electrical machine 10 comprising, in a manner known per se, a polyphase stator surrounding a rotor mounted on a shaft. This electric machine 10 is coupled to a speed reducing element 11 via a mechanical interface 12. The reducing element 11 has a mechanical interface 13 with a platform 14 of the vehicle. The reducing element 11 can be engaged with a differential 35 connected to the wheels of the vehicle, as shown in FIG. 2b.
L'élément réducteur 11 pourra prendre la forme d'une boîte de vitesses de véhicule automobile ou d'un réducteur monté sur un train du véhicule et accouplé à la machine électrique tournante 10. La machine électrique 10 est apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, et le cas échéant pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. La puissance de la machine pourra par exemple être comprise entre 15kW et 50kW.The reducing element 11 may take the form of a motor vehicle gearbox or a reduction gear mounted on a train of the vehicle and coupled to the rotating electric machine 10. The electric machine 10 is capable of operating in an alternator mode in particular to supply energy to the battery and to the on-board network of the vehicle, and in an engine mode, to ensure the starting of the heat engine of the vehicle, and if necessary to participate in the traction of the vehicle alone or in combination the engine. The power of the machine could for example be between 15kW and 50kW.
Un module électronique de puissance 15 comporte un dissipateur thermique 18 sur lequel sont fixés notamment des modules de puissance. Ces modules de puissance intègrent de façon connue en soi des interrupteurs, prenant par exemple la forme de transistors de type MOS, permettant d'assurer une commande des phases de la machine électrique tournante 10 en mode moteur ou en mode alternateur. S'il y a lieu, le module électronique de puissance 15 pourra être relié à la plateforme 14 via une interface de liaison 22.An electronic power module 15 includes a heat sink 18 on which are fixed in particular power modules. These power modules incorporate switches in a manner known per se, taking for example the form of MOS type transistors, making it possible to control the phases of the rotary electric machine 10 in motor mode or in alternator mode. If necessary, the electronic power module 15 can be connected to the platform 14 via a link interface 22.
Le dissipateur thermique 18 du module électronique de puissance 15 est monté sur un carter 11.1 de l'élément réducteur 11, de sorte que ledit carter 11.1 dudit l'élément réducteur 11 agit comme un dissipateur thermique supplémentaire pour le module électronique de puissance 15 de la machine électrique 10.The heat sink 18 of the electronic power module 15 is mounted on a casing 11.1 of the reducing element 11, so that said casing 11.1 of said reducing element 11 acts as an additional heat sink for the electronic power module 15 of the electric machine 10.
La machine électrique 10 et le module électronique de puissance 15 sont refroidis par un circuit de refroidissement commun 30 ayant une entrée E1 et une sortie S1 de liquide de refroidissement, tel qu’un liquide à base d’eau ou d’huile. L'entrée E1 pourra être situé du côté du module électronique 15 et la sortie S1 pourra être situé du côté de la machine électrique 10, tel que montré sur la figure 2a. En variante, la configuration est inversée, de sorte que l'entrée E1 se situe du côté de la machine électrique 10 et que la sortie S1 se situe du côté du module électronique 15, tel que montré sur la figure 2b.The electric machine 10 and the electronic power module 15 are cooled by a common cooling circuit 30 having an inlet E1 and an outlet S1 of coolant, such as a water or oil-based liquid. The input E1 can be located on the side of the electronic module 15 and the output S1 can be located on the side of the electric machine 10, as shown in FIG. 2a. As a variant, the configuration is reversed, so that the input E1 is located on the side of the electric machine 10 and that the output S1 is located on the side of the electronic module 15, as shown in FIG. 2b.
Le circuit 30 comporte une chambre de refroidissement 31 apte à évacuer des calories du dissipateur thermique 18 du module électronique de puissance 15. Cette chambre de refroidissement 31 est en communication fluidique avec une chambre de refroidissement 32 de la machine électrique via une interface de communication 33. La chambre de refroidissement 32 entoure au moins en partie le stator de la machine électrique 10.The circuit 30 includes a cooling chamber 31 capable of removing calories from the heat sink 18 of the electronic power module 15. This cooling chamber 31 is in fluid communication with a cooling chamber 32 of the electric machine via a communication interface 33 The cooling chamber 32 at least partially surrounds the stator of the electric machine 10.
Suivant un mode de réalisation particulier, la chambre de refroidissement 31 est ménagée à l'intérieur du carter 11.1 de l'élément réducteur 11. Une telle configuration permet d'éviter de modifier la forme du dissipateur thermique 18 du module électronique 15.According to a particular embodiment, the cooling chamber 31 is formed inside the casing 11.1 of the reducing element 11. Such a configuration makes it possible to avoid modifying the shape of the heat sink 18 of the electronic module 15.
Suivant un autre mode de réalisation, la chambre de refroidissement 31 est ménagée à l'intérieur du dissipateur thermique 18 du module électronique de puissance 15. Une telle configuration permet d'éviter de modifier la forme du carter 11.1 de l'élément réducteur 11.According to another embodiment, the cooling chamber 31 is formed inside the heat sink 18 of the electronic power module 15. Such a configuration makes it possible to avoid modifying the shape of the casing 11.1 of the reducing element 11.
En variante, la chambre de refroidissement 31 comporte une première paroi ménagée dans le dissipateur thermique 18 du module électronique de puissance 15 et une deuxième paroi ménagée dans le carter 11.1 de l'élément réducteur 11.As a variant, the cooling chamber 31 comprises a first wall formed in the heat sink 18 of the electronic power module 15 and a second wall formed in the casing 11.1 of the reducing element 11.
est à noter également que l’élément réducteur 11 pourra également bénéficier du circuit de refroidissement en commun pour optimiser son refroidissement.it should also be noted that the reducing element 11 may also benefit from the common cooling circuit to optimize its cooling.
Alternativement, le module électronique de puissance 15 est séparé de la machine électrique 10 comme dans la configuration de la figure 1b. La machine électrique 10 est alors reliée au module électronique de puissance 15 monté sur le carter de l’élément réducteur 11 via 5 une interface électrique 24.Alternatively, the electronic power module 15 is separated from the electric machine 10 as in the configuration of FIG. 1b. The electrical machine 10 is then connected to the electronic power module 15 mounted on the casing of the reducing element 11 via 5 an electrical interface 24.
La chambre de refroidissement 31 pourra alors être distincte de la chambre de refroidissement 32 de la machine électrique 10. Cela permet d'utiliser deux types de fluides différents pour refroidir respectivement la machine électrique tournante 10 et le module électronique de puissance 15.The cooling chamber 31 can then be separate from the cooling chamber 32 of the electric machine 10. This makes it possible to use two different types of fluids to cool the rotary electric machine 10 and the electronic power module 15 respectively.
ίο Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.ίο Of course, the foregoing description has been given by way of example only and does not limit the scope of the invention from which one would not depart by replacing the various elements with any other equivalent.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les 15 autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Furthermore, the different features, variations, and / or embodiments of the present invention can be combined with each other in various combinations, insofar as they are not incompatible or mutually exclusive.
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