FR3093389A1 - Machine électrique tournante ayant une chambre annulaire de refroidissement - Google Patents
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Abstract
La machine électrique tournante (1) comporte un carter (10) comprenant des premier (14) et deuxième (15) paliers de serrage et une face interne (17), un stator (40) comprenant un corps de stator (41) monté serré entre les premier et deuxième paliers de serrage et présentant une face externe (43) s’étendant en regard et à distance de la face interne, la machine électrique tournante comportant en outre une chambre annulaire de refroidissement (21) continue délimitée radialement par les faces externe et interne et longitudinalement par les premier et deuxième paliers de serrage, la chambre annulaire de refroidissement entourant complètement le corps de stator. Figure de l’abrégé : Fig. 1
Description
Domaine technique de l’invention
L’invention concerne une machine électrique tournante du type comportant un carter et un stator reçu serré dans le carter, ainsi qu’un moyen de refroidissement du stator.
Actuellement, une machine électrique tournante, comme un moteur électrique de forte puissance permettant de mouvoir un véhicule automobile, nécessite des moyens de refroidissement des différents composants qui la constituent et en particulier du stator du fait de la génération de chaleur importante de telles machines tournantes. Dans le document EP 1 109 298, il est décrit un tel moteur électrique qui comporte un corps de stator réalisé à partir d’un empilement de lames ou de plaques magnétiques dans lequel sont aménagées des encoches permettant de recevoir le bobinage du stator. D’autre part, le corps de stator comporte des canaux orientés longitudinalement et un fluide de refroidissement circule au sein de ces canaux. Toutefois, dans certaines configurations de fixation du stator, et en particulier du corps de stator, dans un carter, un tel écoulement longitudinal du fluide de refroidissement au sein de canaux n’est pas compatible : c’est le cas lorsque le corps de stator est monté serré entre deux paliers du carter qui viennent en appui de serrage sur les deux extrémités longitudinales du corps de stator et le refroidissement de la machine électrique tournante devient problématique.
Un but de l’invention est de fournir une machine électrique tournante dont le stator est monté serré dans le carter entre deux paliers qui ne présente pas les inconvénients précédents.
A cette fin, il est prévu, selon l’invention, une machine électrique tournante comportant un carter comprenant des premier et deuxième paliers de serrage et une face interne, un stator comprenant un corps de stator monté serré entre les premier et deuxième paliers de serrage et présentant une face externe s’étendant en regard et à distance de la face interne, la machine électrique tournante comportant en outre une chambre annulaire de refroidissement continue délimitée radialement par les faces externe et interne et longitudinalement par les premier et deuxième paliers de serrage, la chambre annulaire de refroidissement entourant complètement le corps de stator.
Avantageusement, mais facultativement, la machine électrique tournante selon l’invention présente au moins l’une des caractéristiques techniques suivantes :
- la machine comporte des moyens d’alimentation en fluide de refroidissement de la chambre annulaire de refroidissement ;
- les moyens d’alimentation en fluide de refroidissement sont positionnés en partie haute du carter ;
- la machine comporte des moyens d’évacuation en fluide de refroidissement de la chambre annulaire de refroidissement ;
- les moyens d’évacuation en fluide de refroidissement sont positionnés en partie basse du carter ;
- les moyens d’évacuation en fluide de refroidissement comprennent un bac de récupération ;
- la chambre annulaire de refroidissement s’étend dans le bac de récupération ;
- les premier et deuxième paliers de serrage comportent des orifices d’éjection en fluide de refroidissement de la chambre annulaire de refroidissement vers des têtes de bobine d’un bobinage du stator ;
- les orifices d’éjection en fluide de refroidissement sont positionnés en partie haute de la chambre annulaire de refroidissement ; et,
- le corps de stator comporte un empilement longitudinal de lames ou plaques de stator.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d’un mode de réalisation de l’invention. Aux dessins annexés :
description detaillee d’un mode de réalisation
En référence à la figure 1 et à la figure 2, nous allons décrire un premier mode de réalisation d’une machine électrique tournante 1 selon l’invention.
La machine électrique tournante 1 selon l’invention comporte un carter 10 formé, ici, d’un couvercle de carter 11 et d’un corps de carter 12 comprenant un fond 13. La machine électrique tournante 1 selon l’invention comporte en outre, ménagé au sein du carter 10, un rotor 50 monté fixe sur un arbre de rotor 51. L’arbre de rotor 51 est maintenu dans le carter 10, libre à rotation, par un palier 52 dans le couvercle de carter 11 et par un palier 53 dans le fond 13 du corps de carter 12.
D’autre part, la machine électrique tournante 1 selon l’invention comporte un stator 40 monté fixe dans le corps de carter 12 de sorte à entourer complètement le rotor 50. Le stator 40 comprend, ici, un corps de stator 41 et un bobinage reçu longitudinalement dans le corps de stator 41 et présentant des têtes de bobine 42 s’étendant en saillie longitudinalement de part et d’autre du corps de stator 41. Le corps de stator 41 peut être soit monobloc, soit un empilement de lames, tôles ou de plaques de stator. Le corps de stator 41 comporte une face externe 43, ici cylindrique.
Le corps de stator 41 est maintenu en place entre des premier 14 et deuxième 15 paliers de serrage ménagés à cet effet dans le corps de carter 12. Par exemple, le premier palier 14 est venu de matière avec le corps de carter 12 alors que le deuxième palier de serrage 15 est rapporté lors d’un assemblage de la machine électrique tournante 1 selon l’invention. Ainsi, le corps de stator 41 est monté serré dans le carter 10 entre les premier 14 et deuxième 15 paliers de serrage. Positionnée entre les premier 14 et deuxième 15 paliers de serrage, le carter 10 comporte une face interne 17, globalement cylindrique. La face interne 17, une fois l’assemblage de la machine électrique tournante 1 selon l’invention effectué, s’étend en regard et à distance de la face externe 43 du corps de stator 41.
Une fois le corps de stator 41 monté serré entre les premier 14 et deuxième 15 paliers de serrage dans le carter 10, les faces interne 17 et externe 43 ainsi que les premier 14 et deuxième 15 paliers de serrage délimitent une chambre annulaire de refroidissement 21 : les faces interne 17 et externe 43 délimitent radialement la chambre annulaire de refroidissement 21 et les premier 14 et deuxième 15 paliers de serrage la délimitent longitudinalement. Ainsi la machine électrique tournante 1 selon l’invention comprend une chambre annulaire de refroidissement 21 qui est continue et qui entoure complètement le corps de stator 41 de manière coaxiale. Longitudinalement, la chambre annulaire de refroidissement 21 s’étend sur quasiment une largeur du corps de stator 41.
De sorte à alimenter la chambre annulaire de refroidissement 21, la machine électrique tournante 1 selon l’invention comporte des moyens d’alimentation en fluide de refroidissement 20. Ici, les moyens d’alimentation en fluide de refroidissement 20 sont positionnés dans une partie haute du carter 10. Ils se présentent ici sous la forme d’au moins un orifice 20 traversant une paroi latérale du corps de carter 12, le au moins un orifice 20 débouchant dans la chambre annulaire de refroidissement 21 au niveau de la face interne 17 du corps de carter 12. Sur la figure 1 est illustrée une série de trois orifices 20 uniformément répartis sur une largeur de la chambre annulaire de refroidissement 21, selon une direction longitudinale de la machine électrique tournante 1 selon l’invention.
D’autre part, la machine électrique tournante 1 selon l’invention comporte des moyens d’évacuation en fluide de refroidissement 16,30. Ici les moyens d’évacuation en fluide de refroidissement sont positionnés en partie basse du carter 10, par exemple à l’opposé diamétralement des moyens d’alimentation en fluide de refroidissement 20. Les moyens d’évacuation en fluide de refroidissement comprennent un bac de récupération 16 muni d’un orifice de sortie 30. Selon le premier mode de réalisation de la machine électrique tournante 1 selon l’invention, la chambre annulaire de refroidissement 21 s’étend dans le bac de récupération 16. Le bac de récupération 16 présente une largeur inférieure à la largeur de la chambre annulaire de refroidissement 21 selon une direction longitudinale de la machine électrique tournante 1 selon l’invention. Dans une variante de réalisation, la machine électrique tournante 1 selon l’invention comporte une paroi de séparation entre la chambre annulaire de refroidissement 21 et le bac de récupération 16. Cette paroi de séparation est une portion de cylindre et comporte un orifice de communication fluidique entre la chambre annulaire de refroidissement 21 et le bac de récupération 16. Cette paroi de séparation est similaire à une paroi de séparation 117 illustrée à la figure 3 et qui sera décrite ci-après en relation avec un deuxième mode de réalisation d’une machine électrique tournante 100 selon l’invention.
Lors d’un fonctionnement, le fluide de refroidissement est introduit dans la chambre annulaire de refroidissement 21 via les orifices 20 des moyens d’alimentation en fluide de refroidissement. De préférence, le fluide de refroidissement est injecté sous pression de sorte à occuper de manière optimale un volume de la chambre annulaire de refroidissement 21 : ainsi le fluide de refroidissement s’écoule sur toute la face externe 43 du corps de stator 41 pour finir par s’écouler dans le bac de récupération 16 et être extrait de la chambre annulaire de refroidissement par l’orifice de sortie 30.
En référence aux figures 3 à 5, nous allons maintenant décrire un deuxième mode de réalisation d’une machine électrique tournante 100 selon l’invention. Nous n’allons décrire que les différences qui existent entre ce deuxième mode de réalisation de la machine électrique tournante 100 selon l’invention et le premier mode de réalisation qui nous avons précédemment décrit.
Dans ce mode de réalisation, la machine électrique tournante 100 selon l’invention comporte, au sein du carter 110, des premier 114 et deuxième 115 paliers de serrage similaires aux premier 14 et deuxième 15 paliers de serrage précédemment décrits si ce n’est qu’ils comprennent chacun une série d’orifices d’éjection en fluide de refroidissement respectivement 210 et 211 depuis la chambre annulaire de refroidissement 21 vers les têtes de bobine 42 du bobinage du stator 40. Chacune des séries d’orifices d’éjection en fluide de refroidissement 210,211 est positionnée en partie haute de la chambre annulaire de refroidissement 21. De plus, les orifices de chacune des séries d’orifices d’éjection en fluide de refroidissement 210,211 sont ici répartis uniformément sur un secteur angulaire des premier 114 et deuxième 115 paliers de serrage.
D’autre part, la machine électrique tournante 100 selon l’invention comporte une paroi de séparation 117 entre la chambre annulaire de refroidissement 21 et le bac de récupération 16. Cette paroi de séparation 117 est ici une portion de cylindre et comporte un orifice de communication fluidique 118 entre la chambre annulaire de refroidissement 21 et le bac de récupération 16. Des conduits d’évacuation 213 sont prévus entre la paroi de séparation 117 et le corps du carter 110 de sorte à permettre une évacuation de la portion de fluide de refroidissement provenant des séries d’orifices d’éjection en fluide de refroidissement 210,211 après que cette dernière est absorbée des calories des têtes de bobine 42, vers le bac de récupération 16, et ce, sans que cette portion de fluide de refroidissement ne vienne en contact avec la face externe 43 du corps de stator 41, évitant ainsi de perturber le refroidissement de ce dernier par la chambre annulaire de refroidissement 21.
Il est à noter qu’un choix des dimensions des différents orifices d’éjection 210 et 211 (ainsi que leurs nombres) et de communication fluidique 118 permet de maitriser et d’optimiser la circulation du fluide de refroidissement au sein de la chambre annulaire de refroidissement 21 et sur les têtes de bobine 42.
La machine électrique tournante 1,100 selon l’invention qui vient d’être décrite permet de réaliser un refroidissement du corps de stator 41, et donc du stator 40, par un contact direct du fluide de refroidissement sur une face, la face externe 43 ici, dudit corps de stator. La chambre annulaire de refroidissement 21 est continue et entoure complètement le corps de stator 41 : cela permet d’avoir un contact sur toute une circonférence du corps de stator 41 de sorte à avoir une captation des calories à évacuer uniformément répartie sur toute cette circonférence. Cette captation est d’autant plus efficace lorsque le corps de stator 41 est un empilement longitudinal de tôles, lames ou plaques de stator car le fluide de refroidissement est en contact avec les éléments de l’empilement par la tranche, les éléments ainsi empilés présentant une meilleure conductivité thermique dans le sens radial que dans un sens longitudinal.
La machine électrique tournante 1,100 selon l’invention qui vient d’être décrite peut être une machine synchrone ou asynchrone. Elle est notamment une machine de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle – Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions, bus, cars. La machine électrique tournante 1,100 selon l’invention peut être mise en œuvre dans des applications industrielles et/ou de production d’énergie, telles qu’éolienne, bateau, sous-marin.
Bien entendu, il est possible d’apporter à l’invention de nombreuses modifications sans pour autant sortir du cadre de celle-ci.
Claims (10)
- Machine électrique tournante (1;100) comportant un carter (10;110) comprenant des premier (14 ;114) et deuxième (15;115) paliers de serrage et une face interne (17), un stator (40) comprenant un corps de stator (41) monté serré entre les premier et deuxième paliers de serrage et présentant une face externe (43) s’étendant en regard et à distance de la face interne, caractérisée en ce que la machine électrique tournante comporte en outre une chambre annulaire de refroidissement (21) continue délimitée radialement par les faces externe et interne et longitudinalement par les premier et deuxième paliers de serrage, la chambre annulaire de refroidissement entourant complètement le corps de stator.
- Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce qu’elle comporte des moyens d’alimentation (20) en fluide de refroidissement de la chambre annulaire de refroidissement.
- Machine selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens d’alimentation en fluide de refroidissement sont positionnés en partie haute du carter.
- Machine selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu’elle comporte des moyens d’évacuation (16,30;118;213) en fluide de refroidissement de la chambre annulaire de refroidissement.
- Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens d’évacuation en fluide de refroidissement sont positionnés en partie basse du carter.
- Machine selon la revendication 4 ou 5, caractérisée en ce que les moyens d’évacuation en fluide de refroidissement comprennent un bac de récupération (16).
- Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que la chambre annulaire de refroidissement s’étend dans le bac de récupération.
- Machine selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que les premier (114) et deuxième (115) paliers de serrage comportent des orifices d’éjection (210,211) en fluide de refroidissement de la chambre annulaire de refroidissement vers des têtes de bobine (42) d’un bobinage du stator.
- Machine selon la revendication 8, caractérisée en ce que les orifices d’éjection en fluide de refroidissement sont positionnés en partie haute de la chambre annulaire de refroidissement.
- Machine selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le corps de stator comporte un empilement longitudinal de lames ou plaques de stator.
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