FR3131067A1 - Liaison électrique multicouche et ensemble de liaisons électriques multicouches avec deux interfaces et un circuit de refroidissement - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une liaison électrique (10) multicouche destinée à réaliser les enroulements électromagnétiques de machines électriques. Une telle liaison électrique (10) comporte plusieurs conducteurs électriques (40) comprenant un corps tubulaire extérieur (45) couvert d’un premier revêtement (60) isolant électriquement sur une surface extérieure et au moins un corps allongé (41,43) agencé à l’intérieur dudit corps tubulaire extérieur (45), ainsi qu’au moins un canal (20) situé à l’intérieur dudit corps tubulaire extérieur (45) et contenant un fluide de refroidissement (15). Ledit au moins un corps allongé (41,43) peut être un corps tubulaire intérieur (41,43) ou un corps intérieur non creux. Deux interfaces agencées respectivement aux extrémités desdits conducteurs électriques (41,43) permettent de relier électriquement et mécaniquement lesdits conducteurs électriques (40) et permet la circulation dudit fluide de refroidissement (15) dans ledit au moins un canal (20). Figure d’abrégé : figure 1
Description
La présente invention se situe dans le domaine des liaisons électriques, et notamment des liaisons électriques pour moteur électrique de fortes puissances.
La présente invention concerne une liaison électrique multicouche et un ensemble de liaisons électriques multicouches muni de deux interfaces et d’un circuit de refroidissement. Cette liaison électrique et cet ensemble sont notamment destinés à la fabrication des enroulements électromagnétiques de machines électriques de fortes puissances, par exemple pour la propulsion de véhicules.
Pour la propulsion électrique d’un véhicule, que ce soit une automobile, un navire ou un aéronef, l’optimisation de la densité de puissance massique des machines électriques utilisées est importante pour obtenir les meilleures performances.
Le comportement thermique d’une telle machine électrique est un élément important au même titre que ses performances électromagnétiques. En effet, une machine électrique est limitée en température au risque de voir ses matériaux actifs se dégrader très rapidement, voire de déclencher un incendie. Les niveaux de températures d’une machine électrique ont aussi un impact important sur sa durée de vie, ses performances électromagnétiques et son rendement.
Une telle limitation thermique a notamment pour effet de limiter la densité surfacique de l’intensité du courant électrique utilisé dans les enroulements électromagnétiques d’une telle machine électrique et donc de limiter son couple utile.
L’échauffement des conducteurs électriques utilisés en particulier pour former les enroulements électromagnétiques d’une machine électrique est notamment provoqué par effet joule. La circulation d’un courant électrique alternatif dans de tels conducteurs est affectée par un phénomène appelé « effet de peau ». L’effet de peau est caractérisé par le fait qu’une majorité du courant électrique circule à proximité de la surface du conducteur alors qu’une faible quantité de ce courant électrique circule au centre de ce conducteur.
Le document US 2769148 décrit des conducteurs constitués de plusieurs couches minces et conductrices électriquement séparées entre elles par un isolant électrique. L’utilisation de ces multiples couches minces vise à réduire les pertes par effet joule dues à l’effet de peau dans les conducteurs. Ces conducteurs peuvent comporter un noyau métallique ou bien un noyau formé par un isolant électrique.
Une machine électrique peut aussi comporter un système de refroidissement afin de dissiper la chaleur générée notamment par effet joule. Le système de refroidissement permet d’améliorer ainsi le comportement thermique de la machine électrique et, en conséquence, sa durabilité, ses performances, son rendement et sa densité de puissance massique.
Par exemple, le document WO 2015/150556 décrit des conducteurs creux à l’intérieur desquels circule d’un liquide de refroidissement. Ces conducteurs creux comportent un seul corps tubulaire dans lequel peut circuler le fluide de refroidissement. Le corps tubulaire peut être de forme circulaire, ovale, carrée ou rectangulaire. Le corps tubulaire peut être en cuivre ou en aluminium, voire en argent, en or ou en platine, ou encore en un alliage de l'un de ces matériaux.
Le fluide de refroidissement circulant dans un tel conducteur creux vise ainsi à éviter un échauffement trop important de ce conducteur creux en dissipant une partie de la chaleur générée par la circulation des courants électriques dans ce conducteur creux. Par suite, l’échauffement des autres éléments de la machine électriques utilisant ces conducteurs creux, par exemple pour les enroulements électromagnétiques, est également limité permettant ainsi d’éviter une dégradation des performances, du rendement et de la densité de puissance massique de la machine électrique. Pour maximiser le rendement spécifique de la machine électrique vis-à-vis de sa masse, ces conducteurs creux présentent une épaisseur de l’ordre de l’épaisseur de l’effet de peau généré par le courant électrique traversant le conducteur.
La section utile de ce conducteur creux est faible par rapport à la section totale occupée par le conducteur. Pour faire circuler un courant important, par exemple des enroulements électromagnétiques d’une machine électrique, le nombre de conducteurs nécessaires est donc important. Cette augmentation du nombre de conducteurs creux a aussi pour effet d’ajouter des contraintes en termes de qualification et de tenue de ces conducteurs dans un environnement sévère en étant par exemple soumis à des vibrations, des chocs et/ou des accélérations. De plus, des risques de fuite de fluide de refroidissement et de court-circuit entre ces conducteurs multiples existent également.
Enfin, cette augmentation du nombre de conducteurs creux agencés par exemple côté à côte dans une encoche d’une machine électrique entraîne une baisse du taux de remplissage de ces conducteurs dans l’encoche de la machine électrique, les espaces entre les conducteurs étant par exemple non remplis par un conducteur électrique, et donc une baisse de la densité de puissance massique de la machine électrique.
La présente invention a pour but de proposer une liaison électrique multicouche destinée aux machines électriques visant à augmenter notamment la densité de puissance massique globale de la machine électrique.
La présente invention a par exemple pour objet une liaison électrique multicouche comportant au moins un conducteur électrique, ledit au moins un conducteur électrique comprenant un corps tubulaire extérieur, conducteur électriquement, un premier revêtement, isolant électriquement, recouvrant la surface extérieure du corps tubulaire extérieur et au moins un canal situé à l’intérieur du corps tubulaire extérieur, ledit au moins un canal contenant un fluide de refroidissement.
La liaison électrique multicouche selon l’invention est remarquable en ce que ledit au moins un conducteur électrique comporte au moins un corps allongé, conducteur électriquement agencé à l’intérieur du corps tubulaire extérieur.
La liaison électrique multicouche selon l’invention comporte ainsi au moins deux conducteurs électriques permettant une circulation d’un courant électrique, et peut être notamment destinée à être utilisée pour former les enroulements électromagnétiques d’une machine électrique de forte puissance électrique.
Le corps tubulaire extérieur de la liaison électrique multicouche selon l’invention est un corps creux dont les deux extrémités sont débouchantes. Le corps tubulaire extérieur comporte ainsi une paroi présentant une surface extérieure et une surface intérieure, et une conduite délimitée par la surface intérieure. La surface extérieure et la surface intérieure sont par exemple sensiblement concentriques et/ou homothétiques. L’épaisseur du corps tubulaire extérieur est égale à la distance la plus courte entre la surface extérieure et la surface intérieure.
Le corps tubulaire extérieur peut aussi comporter un axe longitudinal, autour duquel et le long duquel le corps tubulaire extérieur s’étend, et une section définie perpendiculairement à cet axe longitudinal. L’épaisseur du corps tubulaire extérieur est sensiblement constante autour de l’axe longitudinal. La section du corps tubulaire extérieur peut être par exemple circulaire, rectangulaire, carrée, ovale ou en losange, voire selon d’autres formes fermées.
Le premier revêtement est isolant électriquement et recouvre la surface extérieure du corps tubulaire extérieur afin de l’isoler électriquement du milieu extérieur à la liaison électrique.
Ledit au moins un corps allongé est conducteur électriquement et est agencé à l’intérieur du corps tubulaire extérieur. Ledit au moins un corps allongé s’étend le long de l’axe longitudinal. Ledit au moins un corps allongé peut être de géométrie creuse ou de géométrie non creuse.
Le corps tubulaire extérieur et le ou les corps allongés forment lesdits au moins deux conducteurs électriques de la liaison électrique multicouche selon l’invention.
La liaison électrique comporte également au moins un canal, situé à l’intérieur du corps tubulaire extérieur, et dans lequel un fluide de refroidissement peut circuler afin de refroidir lesdits au moins deux conducteurs électriques, à savoir le corps tubulaire extérieur et le ou les corps allongés. Le fluide de refroidissement peut être conducteur électriquement ou isolant électriquement.
De la sorte, le ou les corps allongé permettent avantageusement d’augmenter le nombre de conducteurs électriques et, par suite, la section utile conductrice électriquement de la liaison électrique multicouche selon l’invention par rapport à une liaison électrique refroidie de l’art antérieur, tout en permettant la circulation du fluide de refroidissement à l’intérieur de la liaison électrique multicouche.
En conséquence, le fonctionnement d’une machine électrique utilisant la liaison électrique selon l’invention, par exemple pour ses enroulements électromagnétiques, est optimisée, en améliorant notamment son rendement et sa densité de puissance massique globale.
La liaison électrique multicouche selon l’invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui suivent, prises seules ou en combinaison.
Selon une possibilité, ledit au moins un corps allongé peut comporter un ou plusieurs corps tubulaires intérieurs, et donc creux, agencés à l’intérieur du corps tubulaire extérieur. Les extrémités de chaque corps tubulaire intérieur sont débouchantes.
Un corps tubulaire intérieur est un corps creux, voire peut comporter un axe longitudinal complémentaire autour duquel et le long duquel le corps tubulaire intérieur s’étend. La section du corps tubulaire intérieur, perpendiculairement à cet axe longitudinal complémentaire, peut être par exemple circulaire, rectangulaire, carrée, ovale ou en losange, voire selon d’autres formes fermées.
Par exemple, ledit au moins un corps allongé peut ainsi comporter au moins un corps tubulaire intérieur agencé de façon concentrique au corps tubulaire extérieur, l’axe longitudinal complémentaire dudit au moins un corps tubulaire intérieur étant confondu avec l’axe longitudinal du corps tubulaire extérieur.
Alternativement, ledit au moins un corps allongé peut comporter au moins deux corps tubulaires intérieurs, dont un corps tubulaire intérieur central et au moins un corps tubulaire intermédiaire, ledit au moins un corps tubulaire intermédiaire contenant au moins un autre corps tubulaire intérieur. Ainsi, chaque corps tubulaire intérieur contient au moins un autre corps tubulaire intérieur, à l’exception du corps tubulaire intérieur central qui ne contient aucun corps tubulaire intérieur.
De la sorte, les corps tubulaires intérieurs sont agencés respectivement les uns à l’intérieur des autres, les corps tubulaires intérieurs étant agencés à l’intérieur du corps tubulaire extérieur.
De plus, au moins deux corps tubulaires intérieurs parmi lesdits au moins deux corps tubulaires intérieurs peuvent être concentriques entre eux, voire avec le corps tubulaire extérieur.
Tous les corps tubulaires intérieurs peuvent éventuellement être concentriques entre eux et avec le corps tubulaire extérieur.
Alternativement, ledit au moins un corps allongé peut comporter au moins deux corps tubulaires intérieurs situés les uns à côté des autres dans le corps tubulaire extérieur ou dans un autre corps tubulaire intérieur. L’axe longitudinal complémentaire de chacun desdits au moins deux corps tubulaires intérieurs situés les uns à côté des autres dans le corps tubulaire extérieur est alors distinct de l’axe longitudinal du corps tubulaire extérieur.
Selon une autre possibilité compatible avec la précédente, ledit au moins un corps allongé peut comporter au moins un corps intérieur non creux. Ledit au moins un corps intérieur non creux peut comporter un axe longitudinal autour duquel et le long duquel le corps intérieur non creux s’étend. La section du corps intérieur non creux, perpendiculairement à cet axe longitudinal, peut être par exemple en ligne ou en croix, voire selon d’autres formes non fermées. La section du corps intérieur non creux peut aussi être de section circulaire, rectangulaire, carrée, ovale ou en losange.
Lorsqu’ils sont concentriques, deux conducteurs électriques adjacents peuvent être orientés de façon identique autour de l’axe longitudinal, les sections de ces deux conducteurs électriques adjacents pouvant être considérées parallèles. Par exemple, lorsque la section de deux conducteurs électriques adjacents est carrée, les coins de la section d’un des deux conducteurs électriques adjacents sont positionnés respectivement contre des coins de la section de l’autre des deux conducteurs électriques adjacents.
Alternativement, lorsqu’ils sont concentriques, deux conducteurs électriques adjacents peuvent être orientés de façons différentes autour de l’axe longitudinal. Par exemple, lorsque la section de deux conducteurs électriques adjacents est carrée, ces deux conducteurs électriques adjacents peuvent être positionnés à 45° l’un par rapport à l’autre de sorte que les coins de la section d’un des deux conducteurs électriques adjacents soient positionnés respectivement au centre des côtés de la section de l’autre des deux conducteurs électriques adjacents.
Selon une autre possibilité compatible avec les précédentes, la liaison électrique peut comporter une couche isolante électriquement agencée entre deux conducteurs électriques adjacents parmi lesdits au moins deux conducteurs électriques. Un premier conducteur électrique et un second conducteur sont adjacents par exemple lorsque le premier conducteur électrique est situé à l’intérieur du second conducteur électrique, aucun conducteur électrique n’étant situé entre le premier conducteur électrique et le second conducteur électrique. Un premier conducteur électrique et un second conducteur sont également adjacents lorsque le premier conducteur électrique est situé à côté du second conducteur électrique, aucun conducteur électrique n’étant situé entre le premier conducteur électrique et le second conducteur électrique.
Ainsi, une couche isolante électriquement peut être agencée entre deux conducteurs électriques de la liaison électrique selon l’invention.
Par exemple, la couche isolante peut comporter un deuxième revêtement isolant électriquement agencé entre deux conducteurs électriques adjacents, le deuxième revêtement étant alors en contact avec ces deux conducteurs électriques adjacents et séparant électriquement ces conducteurs électriques adjacents.
Alternativement, la couche isolante peut comporter un canal agencé entre les deux conducteurs électriques adjacents. Un liquide de refroidissement peut être agencé, voire circuler dans ce canal.
Le canal peut être situé tout autour d’un des deux conducteurs adjacents. Les deux conducteurs électriques adjacents peuvent comporter dans ce cas un jeu sensiblement constant entre eux formant un espace dans lequel se situe ledit canal.
Le canal peut aussi être situé partiellement autour d’un des deux conducteurs adjacents. Les deux conducteurs électriques adjacents comportent dans ce cas un jeu variable entre eux formant un espace dans lequel se situe ledit canal. Le canal isole alors localement les deux conducteurs adjacents.
Lorsque la couche isolante comporte un canal agencé entre les deux conducteurs électriques adjacents, la liaison électrique selon l’invention peut comporter des cales isolantes électriquement séparant les deux conducteurs électriques adjacents. Les cales maintiennent ainsi le jeu entre les deux conducteurs électriques adjacents, évitant ainsi tout contact entre eux. Les cales sont agencées ainsi dans le canal séparant les deux conducteurs électriques adjacents.
Selon une autre possibilité compatible avec les précédentes, deux conducteurs électriques adjacents parmi lesdits au moins deux conducteurs électriques peuvent être en contact électriquement. Le contact électrique entre les deux conducteurs électriques adjacents peut être ponctuel, par exemple de l’ordre de quelques micromètres carré, ou avec une surface de contact de dimensions limitées, par exemple de l’ordre de quelque centaines de micromètres carré. Une telle surface de contact ponctuelle ou de dimensions limitées permet une conductivité électrique suffisante entre les deux conducteurs électriques adjacents afin de ne pas créer de point thermique local trop élevé vis-à-vis du matériau constituant les deux conducteurs électriques adjacents.
Les deux conducteurs électriques adjacents peuvent par exemple être deux corps tubulaires intérieurs ou bien un corps tubulaire extérieur et un corps tubulaire intérieur ayant des sections de formes différentes, par exemple d’une part circulaire ou ovale et d’autre part rectangulaire ou carrée. Les conducteurs électriques adjacents peuvent alternativement comprendre un corps tubulaire intérieur ou extérieur et un corps intérieur non creux.
Selon une autre possibilité compatible avec les précédentes, la liaison électrique selon l’invention peut comporter deux interfaces agencées respectivement aux extrémités des conducteurs électriques. Chaque interface comporte une pièce de liaison conductrice électriquement. La pièce de liaison est liée électriquement et mécaniquement à chaque conducteur électrique de sorte que chaque conducteur électrique soit relié électriquement à un même potentiel électrique et à un même équipement, par exemple à une source électrique, par l’intermédiaire de la pièce de liaison. La liaison électrique est ainsi bipolaire au sens ou le courant circule dans le même sens dans tous les conducteurs électriques, ces conducteurs électriques étant interconnectés électriquement entre eux au niveau de chaque interface via la pièce de liaison.
La pièce de liaison est liée mécaniquement à au moins un conducteur électrique, et de préférence avec le corps tubulaire extérieur. La pièce de liaison peut aussi être liée mécaniquement à chaque conducteur électrique. Des sertissages, des collages ou des soudures peuvent par exemple relier électriquement et mécaniquement la pièce de liaison respectivement à au moins un conducteur électrique. La pièce de liaison comporte aussi au moins un conduit débouchant sur un canal pour la circulation du fluide de refroidissement.
Selon une autre possibilité compatible avec la précédente, chaque interface peut comporter un capot et des dispositifs d’étanchéité. Le capot comporte au moins un orifice débouchant sur un milieu extérieur à la liaison électrique et ledit au moins un conduit de la pièce de liaison débouche sur un milieu intérieur au capot et dans un canal de la liaison électrique pour la circulation du fluide de refroidissement dans ledit au moins un canal. Le milieu intérieur au capot est formé par l’espace situé entre le capot et la pièce de liaison.
Les dispositifs d’étanchéité sont agencés d’une part entre le capot et la pièce de liaison et d’autre part entre la pièce de liaison et les conducteurs électriques. Chaque capot est configuré pour que ledit au moins un orifice soit relié à un dispositif d’alimentation en fluide de refroidissement de sorte que le fluide de refroidissement circule dans ledit au moins un canal de la liaison électrique selon l’invention.
Lorsqu’une couche isolante comporte un canal agencé entre deux conducteurs électriques adjacents, chaque pièce de liaison peut également comporter plusieurs conduits débouchant sur le milieu intérieur au capot et respectivement dans un canal pour la circulation du fluide de refroidissement dans chaque canal.
L’utilisation de la liaison électrique selon l’invention permet de la sorte de réduire l’échauffement de la liaison électrique par effet joule consécutivement à la circulation d’un courant électrique dans les conducteurs électriques de la liaison électrique. Par suite, la liaison électrique selon l’invention permet d’augmenter la densité de courant surfacique et, par conséquent, le couple et ainsi d’augmenter la densité de puissance massique globale.
Selon une autre possibilité compatible avec les précédentes, la liaison électrique selon l’invention est configurée afin qu’une épaisseur de chaque conducteur électrique soit égale, à un pourcentage prédéterminé près, à l’épaisseur de l’effet de peau correspondant au matériau de chaque conducteur électrique et à la fréquence fondamentale du courant électrique alternatif traversant le conducteur électrique. Le pourcentage prédéterminé est par exemple égale à 10%.
La présente invention vise également un ensemble comportant une ou plusieurs liaisons électriques telles que précédemment décrites et un dispositif d’alimentation en fluide de refroidissement relié à chaque orifice du capot des interfaces de chaque liaison électrique afin de permettre une circulation du fluide de refroidissement dans ledit au moins un canal de chaque liaison électrique.
La présente invention vise encore une machine électrique comportant des enroulements électromagnétiques réalisés avec lesdites liaisons électriques telles que précédemment décrites.
La présente invention vise enfin une machine électrique comportant un ensemble comportant au moins une liaison électrique tel que précédemment décrit.
La réduction de l’échauffement de la liaison électrique et l’augmentation de la densité de courant surfacique du courant électrique circulant dans les conducteurs électriques de la liaison électrique permet avantageusement d’augmenter la densité de puissance massique globale de ces machines électriques.
L’invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec des exemples donnés à titre illustratif en référence aux figures annexées qui représentent :
- la
- la
- la
- la
- les figures 5 à 12, des vues en coupe transversale d’autres exemples de liaison électrique selon l’invention,
- la
- la
- la
- la
Les éléments présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d’une seule et même référence.
D’autres exemples de liaisons électriques 10 selon l’invention sont représentés sur les autres figures.
De façon commune à tous ces exemples, une liaison électrique 10 comporte
- au moins deux conducteurs électriques 40, dont un corps tubulaire extérieur 45, et au moins un corps allongé 41,42,43 agencé à l’intérieur du corps tubulaire extérieur 45,
- un premier revêtement 60, isolant électrique,
- au moins un canal 20,55 situé à l’intérieur dudit corps tubulaire extérieur 45, et
- un fluide de refroidissement 15 situé et circulant dans ledit au moins un canal 20,55.
Les conducteurs électriques 40 s’étendent autour et le long de l’axe longitudinal 11 et permettent la circulation d’un courant électrique parallèlement à l’axe longitudinal 11.
Le corps tubulaire extérieur 45 est creux et ses deux extrémités 48 sont débouchantes. Le corps tubulaire extérieur 45 comporte une surface extérieure et une surface intérieure, la surface intérieure délimitant une conduite à l’intérieure du corps tubulaire extérieur 45. Les extrémités 48 du corps tubulaire extérieur 45 sont débouchantes signifient que la conduite est ouverte sur l’extérieur du corps tubulaire extérieur 45 à chacune de ces extrémités 48.
Le corps tubulaire extérieur 45 contient le ou les corps allongés 41,42,43 et les ou les canaux 20,55 dans lequel circule le fluide de refroidissement 15. Le fluide de refroidissement 15 permet de dissiper la chaleur générée par la circulation d’un courant électrique dans les conducteurs électriques 40.
Le premier revêtement 60 recouvre la surface extérieure du corps tubulaire extérieur 45 afin d’isoler électriquement la liaison électrique 10 d’un milieu extérieur EXT situé à l’extérieure de la liaison électrique 10.
Ledit au moins un corps allongé 41,42,43 peut comporter un ou plusieurs corps tubulaires intérieurs 41,43 et/ou un ou plusieurs corps intérieurs non creux 42. Différents exemples d’implantations dudit au moins un corps allongé 41,42,43 sont représentés sur les figures et détaillés ci-dessous. Les extrémités 49 de chaque corps tubulaire intérieur 41, 43 sont débouchantes.
Selon le premier exemple illustré sur les figures 1 et 2, la liaison électrique 10 comporte trois conducteurs électriques 40, à savoir le corps tubulaire extérieur 45 et deux corps allongés 41,43. Les deux corps allongés 41,43 comprennent deux corps tubulaires intérieurs dont un corps tubulaire intérieur central 41 et un corps tubulaire intermédiaire 43. Le corps tubulaire intermédiaire 43 contient le corps tubulaire intérieur central 41. De la sorte, le corps tubulaire intérieur central 41 n’entoure aucun corps tubulaire intérieur 43.
Les corps tubulaires intérieurs 41,43 peuvent être concentriques avec le corps tubulaire extérieur 45, ce qui signifie que les corps tubulaires intérieurs 41,43 ont le même centre que le corps tubulaire extérieur 45. Par exemple, les corps tubulaires extérieur 45 et intérieurs 41,43 s’étendent autour et le long d’un même axe longitudinal 11.
Une liaison électrique 10 selon l’invention peut aussi comporter plus de deux corps allongés 41,43, par exemple trois corps allongés 41,43 comprenant trois corps tubulaires intérieurs dont un corps tubulaire intérieur central 41 et deux corps tubulaires intermédiaires 43. Chaque corps tubulaire intermédiaire 43 contient alors au moins un corps tubulaire intérieur 41,43. Plus précisément, un premier corps tubulaire intermédiaire 43 peut contenir le corps tubulaire intérieur central 41 alors que le second corps tubulaire intermédiaire 43 peut contenir le premier corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps tubulaire intérieur central 41.
Selon le premier exemple, la liaison électrique 10 comporte deux couches isolantes 50 comprenant respectivement un deuxième revêtement 51 isolant électriquement agencé entre deux conducteurs électriques 40 adjacents, à savoir d’une part entre le corps tubulaire extérieur 45 et le corps tubulaire intermédiaire 43 et d’autre part entre le corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps tubulaire intérieur central 41. Ainsi deux conducteurs électriques 40 adjacents sont séparés entre eux uniquement par le deuxième revêtement 51, aucun espace étant situé entre deux conducteurs électriques 40 adjacents.
De la sorte, des courants électriques peuvent circuler indépendamment dans les conducteurs électriques 40 entre leurs extrémités 48,49 respectives.
La liaison électrique 10 selon le premier exemple comporte un seul canal 20 agencé dans le corps tubulaire intérieur central 41, et donc dans le corps tubulaire extérieur 45. Le fluide de refroidissement 15 est situé et peut circuler dans ce seul canal 20. Le fluide de refroidissement 15 peut être un conducteur ou un isolant électrique pour ce premier exemple. Les conducteurs électriques 40 selon ce premier exemple ont des sections circulaires annulaires dans un plan transversal perpendiculaire à l’axe longitudinal 11, ces sections circulaires étant centrées sur l’axe longitudinal 11.
Selon ce deuxième exemple, la liaison électrique 10 comporte trois conducteurs électriques 40, à savoir le corps tubulaire extérieur 45 et deux corps allongés 41,43 situés à l’intérieur du corps tubulaire extérieur 45. Les deux corps allongés 41,43 comprennent un corps tubulaire intermédiaire 43 et un corps intérieur non creux 42. Le corps tubulaire intermédiaire 43 contient le corps intérieur non creux 42.
Les conducteurs électriques 40 selon ce deuxième exemple ont une section circulaire dans un plan transversal perpendiculaire à l’axe longitudinal 11. Les corps tubulaires extérieur 45 et intérieur intermédiaire 43 ont en particulier des sections circulaires annulaires et le corps intérieur non creux 42 a une section circulaire pleine. Ces sections circulaires sont centrées sur l’axe longitudinal 11. Les corps allongés 41,42 sont ainsi concentriques avec le corps tubulaire extérieur 45.
Une liaison électrique 10 selon l’invention peut aussi comporter plus de deux corps allongés 42,43, par exemple trois corps allongés 41,43 comprenant deux corps tubulaires intérieurs intermédiaires 43 et un corps intérieur non creux 42. Chaque corps tubulaire intermédiaire 43 contient alors au moins un corps allongés 42,43. Plus précisément, un premier corps tubulaire intermédiaire 43 peut contenir le corps intérieur non creux 42 alors que le second corps tubulaire intermédiaire 43 peut contenir le premier corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps intérieur non creux 42.
Selon le deuxième exemple, la liaison électrique 10 comporte deux couches isolantes 50 comprenant respectivement un espace formant un canal 20,55 isolant électriquement agencé entre deux conducteurs électriques 40 adjacents, à savoir d’une part entre le corps tubulaire extérieur 45 et le corps tubulaire intermédiaire 43 et d’autre part entre le corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps intérieur non creux 42. Le canal 20 situé dans le corps tubulaire intermédiaire 43 contient également le corps intérieur non creux 42.
Selon le deuxième exemple, la liaison électrique 10 comporte aussi des cales 30 isolantes électriquement agencés dans les canaux 20,55 et séparant deux conducteurs électriques 40 adjacents. Des cales 30 sont ainsi positionnées d’une part entre le corps tubulaire extérieur 45 et le corps tubulaire intermédiaire 43 et d’autre part entre le corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps intérieur non creux 42. Les cales 30 maintiennent un jeu constant entre les deux conducteurs électriques 40 adjacents.
Ainsi, deux conducteurs électriques 40 adjacents sont séparés entre eux par les cales 30 et un canal 20,55 dans lesquels le fluide de refroidissement 15 est situé et peut circuler. De la sorte, des courants électriques peuvent circuler indépendamment dans les conducteurs électriques 40 entre leurs extrémités 48,49 respectives. Le fluide de refroidissement 15 est un isolant électrique pour ce deuxième exemple.
Les figures suivantes présentent des vues en coupe transversale d’autres exemples de liaison électrique 10 selon l’invention.
Les trois conducteurs électriques 40 comprennent un corps tubulaire extérieur 45, un corps tubulaire intermédiaire 43 et un corps tubulaire intérieur central 41. Le corps tubulaire extérieur 45 contient le corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps tubulaire intérieur central 41 alors que le corps tubulaire intermédiaire 43 contient le corps tubulaire intérieur central 41. De la sorte, le corps tubulaire intérieur central 41 n’entoure aucun corps tubulaire intérieur 41,43.
La liaison électrique 10 selon le troisième exemple comporte un seul canal 20 agencé dans le corps tubulaire intérieur central 41, et donc dans le corps tubulaire extérieur 45, dans lequel le fluide de refroidissement 15 est situé et peut circuler. Le fluide de refroidissement 15 peut être un conducteur ou un isolant électrique pour ce troisième exemple.
Les trois conducteurs électriques 40 comprennent un corps tubulaire extérieur 45, un corps tubulaire intermédiaire 43 et un corps tubulaire intérieur central 41. Le corps tubulaire extérieur 45 contient le corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps tubulaire intérieur central 41 alors que le corps tubulaire intermédiaire 43 contient le corps tubulaire intérieur central 41. De la sorte, le corps tubulaire intérieur central 41 n’entoure aucun corps tubulaire intérieur 41,43.
La liaison électrique 10 selon le quatrième exemple comporte trois canaux 20,55, dans lesquels le fluide de refroidissement 15 est situé et peut circuler. Le fluide de refroidissement 15 est un isolant électrique pour ce quatrième exemple.
La couche isolante 50 comprend d’une part un deuxième revêtement 51 isolant électriquement agencé sur une surface extérieure du corps tubulaire intérieur central 41 ainsi que des espaces formant quatre canaux 55 isolant électriquement agencés entre les deux conducteurs électriques 40.
Le corps tubulaire extérieur 45 contient le corps tubulaire intérieur central 41. Les sections carrées des deux conducteurs électriques 40 ne sont pas parallèles mais orientées à 45° l’une par rapport à l’autre autour de l’axe longitudinal 11 de sorte que les coins de la surface extérieure du corps tubulaire intérieur central 41 sont situés respectivement sensiblement au milieu d’un côté de la surface intérieure du corps tubulaire extérieur 45. Au point de contact entre le corps tubulaire extérieur 45 et le corps tubulaire intérieur central 41, le deuxième revêtement 51 assure une isolation électrique entre les deux conducteurs électriques 40.
La liaison électrique 10 selon le cinquième exemple comporte cinq canaux 20,55 dans lequel le fluide de refroidissement 15 est situé et peut circuler, à savoir le canal 20 agencé dans le corps tubulaire intérieur central 41, et les canaux 55 agencés entre le corps tubulaire extérieur 45 et le corps tubulaire intérieur central 41. Le fluide de refroidissement 15 peut être un conducteur ou un isolant électrique pour ce cinquième exemple.
Chaque couche isolante 50 comprend d’une part un deuxième revêtement 51 isolant électriquement agencé sur une surface extérieure d’un conducteur allongé, à savoir le corps tubulaire intérieur central 41 et le corps tubulaire intermédiaire 43, ainsi que des espaces formant des canaux 55 isolant électriquement agencés entre les deux conducteurs électriques 40. Chaque couche isolante 50 comporte quatre canaux 55.
Le corps tubulaire extérieur 45 contient le corps tubulaire intermédiaire 43, les coins de la surface extérieure du corps tubulaire intermédiaire 43 étant en contact avec la surface intérieure du corps tubulaire extérieur 45, le deuxième revêtement 51 assurant une isolation électrique entre les deux conducteurs électriques 40. Le corps tubulaire intermédiaire 43 contient le corps tubulaire intérieur central 41, la surface extérieure du corps tubulaire intérieur central 41 étant en contact sensiblement au milieu des côtés de la surface intérieure du corps tubulaire intermédiaire 43, le deuxième revêtement 51 assurant une isolation électrique entre les deux conducteurs électriques 40.
La liaison électrique 10 selon le sixième exemple comporte neuf canaux 20,55 dans lequel le fluide de refroidissement 15 est situé et peut circuler, à savoir le canal 20 agencé dans le corps tubulaire intérieur central 41, et les canaux 55 agencés d’une part entre le corps tubulaire extérieur 45 le corps tubulaire intermédiaire 43 et d’autre part entre le corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps tubulaire intérieur central 41. Le fluide de refroidissement 15 peut être un conducteur ou un isolant électrique pour ce sixième exemple.
Par contre, les couches isolantes 50 ne comprennent pas de deuxième revêtement 51 isolant électriquement mais uniquement des espaces formant des canaux 55 isolant électriquement agencés entre deux conducteurs électriques 40 adjacents, chaque couche isolante 50 comportant quatre canaux 55.
De la sorte, des contacts électriques existent entre deux conducteurs 40 adjacents au niveau des points de contact entre leurs surfaces intérieures et extérieures respectives. Ces contacts électriques sont sensiblement ponctuels ou ont une faible surface permettant cependant d’assurer une conductivité électrique suffisante entre les deux conducteurs électriques 40 adjacents et ainsi de ne pas créer de points thermiques locaux.
La liaison électrique 10 selon le septième exemple comporte, comme pour le sixième exemple, neuf canaux 20,55 dans lequel le fluide de refroidissement 15 est situé et peut circuler, à savoir le canal 20 agencé dans le corps tubulaire intérieur central 41, et les canaux 55 agencés d’une part entre le corps tubulaire extérieur 45 et le corps tubulaire intermédiaire 43 et d’autre part entre le corps tubulaire intermédiaire 43 et le corps tubulaire intérieur central 41. Le fluide de refroidissement 15 est un isolant électrique pour ce septième exemple.
Le canal 20 situé à l’intérieur du corps tubulaire extérieur 45 se divise alors en quatre sous-canaux, situés respectivement entre deux bras de la section en croix du corps intérieur non creux 42 et le corps tubulaire extérieur 45, et dans lequel le fluide de refroidissement 15 est situé et peut circuler. Le fluide de refroidissement 15 est un isolant électrique pour ce huitième exemple.
Plus précisément, le deuxième revêtement 51 est agencé entre les extrémités des bras de la section en croix du corps intérieur non creux 42 et la surface intérieure du corps tubulaire extérieur 45 de sorte à isoler électriquement le corps tubulaire extérieur 45 et le corps intérieur non creux 42.
Le canal 20 situé à l’intérieur du corps tubulaire extérieur 45 se divise alors en quatre sous-canaux situés respectivement entre deux bras de la section en croix du corps intérieur non creux 42 et le corps tubulaire extérieur 45, permettant également une isolation électrique entre le corps tubulaire extérieur 45 et le corps intérieur non creux 42. Le fluide de refroidissement 15 est situé dans ces quatre sous-canaux et peut y circuler. Le fluide de refroidissement 15 est un isolant électrique pour ce neuvième exemple.
Plus précisément, le deuxième revêtement 51 est agencé sur la surface intérieure du corps tubulaire extérieur 45 de sorte à isoler électriquement les extrémités des bras de la section en croix du corps intérieur non creux 42 et la surface intérieure du corps tubulaire extérieur 45.
Le canal 20 situé à l’intérieur du corps tubulaire extérieur 45 se divise alors en quatre sous-canaux situés respectivement entre deux bras de la section en croix du corps intérieur non creux 42, permettant également une isolation électrique entre le corps tubulaire extérieur 45 et le corps intérieur non creux 42. Le fluide de refroidissement 15 est situé dans ces quatre sous-canaux et peut y circuler. Le fluide de refroidissement 15 peut être un conducteur ou un isolant électrique pour ce dixième exemple.
Chaque interface 80 comporte donc une pièce de liaison 81 conductrice électriquement, voire un capot 88 et des dispositifs d’étanchéité 58,87.
La pièce de liaison 81 est liée électriquement à chaque conducteur électrique 40 de sorte que chaque conducteur électrique 40 soit relié électriquement à un même potentiel électrique et à un même équipement, par exemple à une source électrique, par l’intermédiaire de la pièce de liaison 81. La pièce de liaison 81 est aussi liée mécaniquement à au moins un conducteur électrique 40.
La représente vue en coupe longitudinale d’un premier exemple d’interface 80 relié à trois conducteurs électriques 40 séparés entre eux par une couche isolante 50 comprenant un deuxième revêtement 51. Les conducteurs électriques 40 sont reliés électriquement et mécaniquement à la pièce de liaison 81. Des sertissages 83 permettent par exemple de relier électriquement et mécaniquement une pièce de liaison 81 et un conducteur électrique 40. Alternativement, la pièce de liaison 81 peut être liée électriquement à chaque conducteur électrique 40 et mécaniquement à un seul conducteur électrique 40, par exemple le corps tubulaire extérieur 45.
La pièce de liaison 81 comporte au moins un conduit 86 ouvert sur le canal 20.
Le capot 88 est fixé à la pièce de liaison 81 par des moyens de fixation usuels (non représentés) tels que des filetages par exemple. Le volume interne à la pièce de liaison 81 et au capot 88 forme un milieu intérieur INT ouvert sur le canal 20, via ledit au moins un conduit 86 de sorte que le fluide de refroidissement 15 peut circuler du canal 20 vers le milieu intérieur INT et inversement.
Le capot 88 comporte au moins un orifice 89 mettant en communication le milieu intérieur INT et le milieu extérieur EXT. Le ou les orifices 89 peuvent être reliés à un dispositif d’alimentation (non représenté) en fluide de refroidissement 15, tel qu’une pompe par exemple, afin de permettre la circulation du fluide de refroidissement 15 dans la liaison électrique 10 et dans le canal 20 en particulier. Cette circulation du fluide de refroidissement 15 permet alors de dissiper au moins en partie la chaleur éventuellement générée par les conducteurs électriques 40 lorsqu’ils sont traversés par un courant électrique et en conséquence peut permettre de réduire l’échauffement de la liaison électrique 10.
Des premiers dispositifs d’étanchéité 58 sont agencés entre un ou plusieurs conducteurs électriques 40 et la pièce de liaison 81 afin d’assurer une étanchéité entre le canal 20 et le milieu extérieur EXT évitant ainsi des fuites de fluide de refroidissement 15 entre la pièce de liaison 81 et les conducteurs électrique 40.
Des seconds dispositifs d’étanchéité 87 sont agencés entre la pièce de liaison 81 et le capot 88 afin d’assurer une étanchéité entre le milieu intérieur INT et le milieu extérieur EXT évitant ainsi des fuites de fluide de refroidissement 15 entre la pièce de liaison 81 et le capot 88.
Les premiers et seconds dispositifs d’étanchéité 58,87 peuvent par exemple comporter des joints toriques ou d’autres types de joints.
Une interface 80 similaire peut être adaptée pour une liaison électrique 10 comportant uniquement deux conducteurs électriques 40 ou bien plus de trois conducteurs électriques 40.
Comme pour le premier exemple d’interface 80, le capot 88 est fixé à la pièce de liaison 81 par des moyens de fixation usuels et forment avec la pièce de liaison 81 un milieu intérieur INT ouvert sur les canaux 20,55 via les conduits 86.
Comme pour le premier exemple d’interface 80, le capot 88 comporte au moins un orifice 89, mettant en communication le milieu intérieur INT et le milieu extérieur EXT, et susceptible d’être relié à un dispositif d’alimentation en fluide de refroidissement 15 pour permettre la circulation du fluide de refroidissement 15 dans la liaison électrique 10 et dans les canaux 20,55 en particulier.
Un premier dispositif d’étanchéité 58 est agencé entre le corps tubulaire extérieur 45 et la pièce de liaison 81 afin d’assurer une étanchéité entre les canaux 20,55 et le milieu extérieur EXT évitant ainsi des fuites de fluide de refroidissement 15 entre la pièce de liaison 81 et le corps tubulaire extérieur 45.
Un second dispositif d’étanchéité 87 est agencé entre la pièce de liaison 81 et le capot 88 afin d’assurer une étanchéité entre le milieu intérieur INT et le milieu extérieur EXT évitant ainsi des fuites de fluide de refroidissement 15 entre la pièce de liaison 81 et le capot 88.
Une interface 80 similaire peut être adaptée pour une liaison électrique 10 comportant uniquement deux conducteurs électriques 40 ou bien plus de trois conducteurs électriques 40 séparés entre eux par une couche isolante 50 comprenant un canal 20,55.
Un ensemble de liaisons électriques peut alors être constitué et comporter une ou plusieurs liaisons électriques 10 telles que précédemment décrites, munies chacune de deux interfaces 80, ainsi qu’un dispositif d’alimentation en fluide de refroidissement 15 relié à chaque orifice 89 du capot 88 des interfaces 80 de chaque liaison électrique 10.
Une machine électrique 150 peut aussi comporter un ensemble comportant au moins une liaison électrique 10 telle que précédemment décrite, chaque liaison électrique 10 pouvant former un enroulement électromagnétique 155 de la machine électrique 150.
La circulation d’un fluide de refroidissement 15 dans chaque liaison électrique 10 de la machine électrique 150 contribue ainsi à éviter un échauffement important des enroulements électromagnétique 155 par effet joule consécutif à la circulation d’un courant électrique dans ces enroulements électromagnétique 155 et, par suite, de la machine électrique 150. En conséquence, la densité de courant surfacique du courant électrique alimentant les enroulements électromagnétique 155 peut être augmentée de sorte à permettre à la machine électrique 150 d’avoir de bonnes performances et une densité de puissance massique globale importante par rapport aux machines électriques de l’art antérieur.
De plus, l’utilisation de plusieurs conducteurs électriques 40 dans chaque liaison électrique 10 permet avantageusement d’améliorer le taux de remplissage de chaque liaison électrique 10 dans l’encoche de la machine électrique 150, et en conséquence d’améliorer la densité de puissance massique de la machine électrique 150, les espaces non conducteurs électriquement dans cette encoche étant limités.
Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en œuvre. Bien que plusieurs modes de réalisation aient été décrits, on comprend bien qu’il n’est pas concevable d’identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.
Claims (17)
- Liaison électrique (10) comportant :
- au moins un conducteur électrique (40), ledit au moins un conducteur électrique comprenant un corps tubulaire extérieur (45),
- un premier revêtement (60), isolant électriquement, recouvrant une surface extérieure dudit corps tubulaire extérieur (45), et
- au moins un canal (20,55) situé à l’intérieur dudit corps tubulaire extérieur (45), ledit au moins un canal (20,55) contenant un fluide de refroidissement (15),
- Liaison électrique (10) selon la revendication 1,
caractérisée en ce que ledit au moins un corps allongé (41,42,43) comporte au moins un corps tubulaire intérieur (41,43) agencé de façon concentrique audit corps tubulaire extérieur (45). - Liaison électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 2,
caractérisée en ce que ledit au moins un corps allongé (41,42,43) comporte au moins deux corps tubulaires intérieurs (41,43), dont un corps tubulaire intérieur central (41) et au moins un corps tubulaire intermédiaire (43), ledit au moins un corps tubulaire intermédiaire (43) contenant au moins un autre corps tubulaire intérieur (41,43). - Liaison électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 2 à 3,
caractérisée en ce que ledit corps tubulaire intérieur (41,43) comporte un axe longitudinal (11) et une section définie perpendiculairement audit axe longitudinal (11), ladite section étant circulaire, rectangulaire, carrée, ovale ou en losange ou toute géométrie fermée. - Liaison électrique (10) selon la revendication 4,
caractérisée en ce que lorsque ladite section de deux conducteurs électriques (40) adjacents parmi lesdits au moins deux conducteurs électriques (40) est carrée, lesdits deux conducteurs électriques (40) adjacents sont positionnés l’un par rapport à l’autre de sorte que des coins de ladite section d’un desdits deux conducteurs électriques (40) adjacents soient positionnés respectivement au centre des côtés de la section de l’autre desdits deux conducteurs électriques (40) adjacents. - Liaison électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5,
caractérisée en ce que ledit au moins un corps allongé (41,42,43) comporte au moins un corps intérieur (42) non creux. - Liaison électrique (10) selon la revendication 6,
caractérisée en ce que ledit corps intérieur (42) comporte un axe longitudinal (11) et une section définie perpendiculairement audit axe longitudinal (11), ladite section étant en ligne, en croix, circulaire, rectangulaire, carrée, ovale, en losange ou toute autre géométrie fermée. - Liaison électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisée en ce que deux conducteurs électriques (40) adjacents parmi lesdits au moins deux conducteurs électriques (40) sont en contact électriquement. - Liaison électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8,
caractérisée en ce que ladite liaison électrique (10) comporte une couche isolante (50) électriquement agencée entre deux conducteurs électriques (40) adjacents parmi lesdits au moins deux conducteurs électriques (40). - Liaison électrique (10) selon la revendication 9,
caractérisée en ce que ladite couche isolante (50) comporte un deuxième revêtement (51) isolant électriquement. - Liaison électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 9 à 10,
caractérisée en ce que ladite couche isolante (50) comporte un canal (55) agencé entre lesdits deux conducteurs électriques (40) adjacents. - Liaison électrique (10) selon la revendication 11,
caractérisée en ce que ladite liaison électrique (10) comporte des cales (30) isolantes électriquement séparant deux conducteurs électriques (40) adjacents, lesdites cales (30) étant agencées dans ledit canal (55) séparant lesdits deux conducteurs électriques (40) adjacents. - Liaison électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 12,
caractérisée en ce que ladite liaison électrique (10) comporte deux interfaces (80) agencées respectivement aux extrémités desdits conducteurs électriques (40), chaque interface (80) comportant une pièce de liaison (81) conductrice électriquement, ladite pièce de liaison (81) étant liée électriquement à chaque conducteur électrique (40) et liée mécaniquement à au moins un conducteur électrique (40), ladite pièce de liaison (81) comportant au moins un conduit (86) débouchant sur un dudit au moins un canal (20,55). - Liaison électrique (10) selon la revendication 13,
caractérisée en ce que chaque interface (80) comporte un capot (88) et des dispositifs d’étanchéité (58,87), lesdits dispositifs d’étanchéité (58,87) étant agencés entre ledit capot (88) et ladite pièce de liaison (81) ainsi qu’entre ladite pièce de liaison (81) et lesdits conducteurs électriques (40), ledit capot (88) comportant au moins un orifice (89) débouchant sur un milieu extérieur (EXT) pour la circulation dudit fluide de refroidissement (15) dans ledit au moins un canal (20,55). - Ensemble de liaisons électriques (10),
caractérisé en ce que ledit ensemble comporte au moins une liaison électrique (10) selon l’une quelconque des revendications 13 à 14 et un dispositif d’alimentation dudit fluide de refroidissement (15) relié audit au moins un orifice (89) dudit capot (88) desdites deux interfaces (80) de ladite au moins une liaison électrique (10). - Machine électrique (150),
caractérisée en ce que ladite machine électrique (150) comporte des enroulements électromagnétiques (155) réalisés avec lesdites liaisons électriques (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 14. - Machine électrique (150),
caractérisée en ce que ladite machine électrique comporte un ensemble de liaisons électriques (10) selon la revendication 15.
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