FR3135366A1 - Machine electrique de vehicule automobile comportant un refroidissement par circulation de fluide - Google Patents

Abstract

Machine électrique de traction de véhicule automobile électrique ou hybride, comportant un stator (30) fixé radialement dans un creux intérieur d’un carter de la machine (6) globalement cylindrique réalisé par fonderie, présentant une face transversale d’extrémité arrière (8), le contour cylindrique du creux du carter (6) présentant des nervures axiales délimitant entre elles des canaux parallèles de circulation de fluide de refroidissement, le contour extérieur du stator (30) formant une surface cylindrique continue prenant appui sur ces nervures, cette machine comportant une couronne arrière (32) serrée axialement entre la face d’extrémité arrière du carter (8) et la face arrière du stator (30), comprenant des évidements assurant un passage de fluide arrière entre les canaux des deux côtés de nervures avec passage arrière. Figure 1

Description

MACHINE ELECTRIQUE DE VEHICULE AUTOMOBILE COMPORTANT UN REFROIDISSEMENT PAR CIRCULATION DE FLUIDE

La présente invention concerne une machine électrique de traction de véhicule électrique ou hybride comportant un refroidissement par circulation de fluide, ainsi qu’un véhicule électrique ou hybride équipé d’une telle machine électrique.

Un type de machine électrique connu, présenté notamment par le document EP-A2-2595288, comporte un carter disposant d’un creux intérieur circulaire recevant un stator présentant un contour extérieur cylindrique. Le creux intérieur du carter comporte des nervures parallèles réparties sur le contour, formant entre elles des canaux axiaux qui s’étendent sur la longueur de ce creux.

Le stator est serré dans un manchon cylindrique, réalisé en tôle, inséré dans le creux du carter avec un serrage radial sur le sommet des nervures. Une étanchéité est prévue à chaque extrémité du manchon pour fermer un volume annulaire de circulation de fluide entre ce manchon et le carter.

Un autre type de machine électrique connu, présenté notamment par le document EP-A1-3357145, comporte aussi un manchon cylindrique formé par une tôle, comprenant une face d’extrémité arrière transversale de fermeture de ce manchon, et une collerette avant tournée radialement vers l’extérieur qui est serrée sur une face d’appui transversale du carter.

Le stator est serré dans le manchon qui comporte à l’extérieur sur sa surface cylindrique des nervures axiales se prolongeant sur sa face d’extrémité arrière par des nervures radiales. Ces nervures qui s’ajustent sur la surface intérieure du creux du carter délimitent des canaux formant un serpentin couvrant l’ensemble du volume fermé entre le manchon et ce creux.

Ces types de machines électriques constituent des combinés démarreur et alternateur du moteur thermique d’un véhicule automobile, le fluide circulant uniquement dans le volume entre le manchon et le carter, sans venir sur le stator.

Ce type de machine électrique nécessite une pièce supplémentaire, le manchon formé dans une tôle, comprenant pour le deuxième type de machine présenté ci-dessus la formation des nervures extérieures. On obtient une complexité plus grande de la machine, et un encombrement radial plus important avec le manchon intercalé entre le stator et le carter. De plus le manchon forme une interface entre le fluide caloriporteur et le stator qui réduit l’échange thermique. La fabrication du manchon et sa pose ajoutent une masse et des coûts supplémentaires.

En particulier les véhicules automobiles électriques ou hybrides utilisent des machines électriques de traction délivrant une puissance beaucoup plus élevée que pour les combinés démarreur et alternateur, devant présenter un refroidissement optimisé pour obtenir un rapport de la performance sur le volume et la masse le meilleur, et un encombrement le plus réduit possible afin d’optimiser son implantation sur le groupe motopropulseur.

Par ailleurs il est connu de réaliser des rainures directement sur le contour extérieur du stator qui est serré dans une surface cylindrique lisse du carter, pour former avec ces rainures les passages du fluide de refroidissement.

Toutefois ces rainures sur le stator nécessitent des usinages supplémentaires entraînant des coûts, et réduisent le volume conducteur du champ magnétique des tôles de ce stator, et donc les performances de la machine.

La présente invention a notamment pour but d’éviter ces problèmes de l’art antérieur.

Elle propose à cet effet une machine électrique de traction de véhicule automobile électrique ou hybride, comportant un stator fixé radialement dans un creux intérieur d’un carter de la machine globalement cylindrique réalisé par fonderie, présentant une face transversale d’extrémité arrière, cette machine étant remarquable en ce que le contour cylindrique du creux du carter présente des nervures axiales délimitant entre elles des canaux parallèles de circulation de fluide de refroidissement, le contour extérieur du stator formant une surface cylindrique continue prenant appui sur ces nervures, et en ce qu’elle comporte une couronne arrière serrée axialement entre la face d’extrémité arrière du carter et la face arrière du stator, comprenant des évidements assurant un passage de fluide arrière entre les canaux des deux côtés de nervures de passage arrière.

Un avantage de cette machine électrique est que le carter, formé sans passage de fluide arrière entre les canaux des deux côtés d’une même nervure, peut être réalisé facilement par une fonderie avec un noyau simple dans le moule qui coulisse axialement lors du démoulage, en évitant des formes en contre-dépouille qui rendraient les moules plus compliqués, ou des usinages complémentaires de creux complexes à réaliser.

Les passages arrière dans la couronne de serrage arrière permettant de former avec les canaux parallèles un serpentin couvrant l’ensemble du stator, sont réalisés facilement par les évidements dans l’anneau de serrage arrière, avec des formes adaptées permettant d’optimiser la circulation du fluide d’un canal à l’autre. Le carter et la couronne arrière sont réalisés de manière simple et économique.

De plus on obtient en évitant d’interposer un manchon entre le carter et le stator un meilleur échange thermique entre le fluide et ce stator, et un encombrement radial minimum.

La machine électrique selon l’invention peut comporter de plus une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles.

Avantageusement, la couronne arrière est en appui sur une surface annulaire usinée de la face d’extrémité arrière du carter.

Avantageusement, le contour extérieur de la couronne arrière est radialement ajusté sur le sommet des nervures.

Avantageusement, chaque évidement de la couronne arrière dépasse dans la direction tangentielle de chaque côté d’une nervure de passage arrière.

Avantageusement, le carter présente une face transversale annulaire tournée vers l’avant, en avant des nervures et les entourant, recevant une couronne de serrage avant fixée dessus qui presse axialement sur le stator.

Dans ce cas, avantageusement l’extrémité avant des nervures de passage arrière qui sont longues est au niveau de la face transversale avant.

De plus, avantageusement la machine électrique comporte des nervures de passage avant courtes qui alternent avec les nervures de passage arrière longues, chaque nervure courte s’arrêtant en retrait de la face transversale avant pour laisser un passage de fluide avant entre les canaux des deux côtés de ces nervures courtes.

Avantageusement, les nervures présentent en coupe transversale une section présentant des côtés qui se resserrent vers l’avant pour permettre un démoulage axial d’un noyau intérieur lors d’un moulage du carter.

Avantageusement, la couronne arrière est formée directement avec ses évidements par un procédé de frittage de poudres métalliques.

L’invention a aussi pour objet un véhicule automobile électrique ou hybride comportant un groupe motopropulseur équipé d’une machine électrique comprenant l’une quelconque des caractéristiques précédentes.

L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d’exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

est une vue en coupe suivant un plan de coupe parallèle à l’axe d’une machine électrique selon l’invention ;

est une vue du côté avant du carter seul de cette machine ; et

est une vue des deux couronnes de serrage avant et arrière de cette machine.

La présente une machine électrique comportant un arbre 2 d’axe A supportant un rotor 4 équipé d’aimants sur sa périphérie, un stator fixe 30 entourant ce rotor, et un carter principal 6 présentant sur un côté axial appelé côté arrière AR une face transversale d’extrémité arrière 8 comprenant un roulement arrière de l’arbre 10.

Un couvercle avant 12 vissé sur la face avant du carter 6, comporte un bossage central tourné vers l’arrière contenant un roulement avant de l’arbre 14. L’extrémité avant de l’arbre 2 traverse le couvercle 12 pour entraîner un capteur 16 disposé dans un logement formé dans le bossage, fermé par une plaque avant 18 vissée sur ce couvercle.

Le stator 30 comporte des bobinages de fils de cuivre, les extrémités de ces fils se rassemblant dans une couronne avant 20 reliée à des sorties de fils 22 orientées radialement.

Le stator 30, centré directement dans le carter 6, est serré axialement dans ce carter entre une couronne de serrage avant 28 et une couronne de serrage arrière 32. L’espace entre les deux couronnes de serrage 28, 32 forme un volume de circulation de fluide de refroidissement 34 qui se répartit autour de la surface cylindrique complète du stator 30.

Les figures 2 et 3 présentent le creux intérieur du carter 6 globalement cylindrique, possédant de fonderie une forme légèrement conique se resserrant vers l’arrière de manière à réaliser un moulage en alliage d’aluminium permettant un démoulage vers l’avant d’un noyau intérieur.

La partie cylindrique du creux intérieur du carter 6 comporte des nervures axiales 40 régulièrement réparties sur le contour, présentant des côtés se resserrant vers l’avant pour former un angle de dépouille permettant la sortie du noyau de moulage. Le sommet des nervures 40 est usiné suivant une forme cylindrique pour recevoir le stator 30 qui est maintenu par un serrage radial.

Le carter 6 présente en avant des nervures 40, juste autour de ces nervures, une face annulaire transversale plate 42 tournée vers l’avant. La couronne avant 28 plate sur ses deux faces comporte sur son contour extérieur trois oreilles 50 présentant chacune un perçage axial recevant une vis de serrage de cette couronne, venant dans un perçage taraudé formé sur une excroissance radialement extérieure de la face annulaire avant du carter 42.

Une nervure 40 sur deux, alternativement, se termine au niveau de la face avant du carter 42 pour former une nervure longue 40a, l’autre nervure courte 40b se terminant en retrait pour laisser un passage de fluide en avant de cette nervure 44, entre les deux canaux formés de part et d’autre de cette nervure courte.

Le carter 6 présente vers l’arrière une surface annulaire transversale 46 usinée sur la face d’extrémité arrière du carter 8, ajustée radialement au bord des nervures 40, qui reçoit l’appui de la couronne arrière 32. La face avant de la couronne arrière 32 comporte sur une partie radialement extérieure une succession d’évidements 52 allongés circonférentiellement, chacun étant centré sur l’extrémité arrière d’une nervure longue 40a de manière à former un passage de fluide arrière entre les deux canaux de part et d’autres de cette nervure longue.

On obtient par un vissage de la couronne avant 28 un serrage de l’empilage formé par le stator 30 et la couronne arrière 32 sur la surface annulaire usinée 46 du carter 6, ce qui assure une fermeture des extrémités axiales du volume de circulation du fluide 34, tout en formant au niveau d’une nervure courte 40b un passage de fluide avant 44 entre les canaux des deux côtés, et au niveau d’une nervure longue 40a un passage de fluide arrière entre les canaux des deux côtés utilisant un évidement 52.

On réalise un serpentin de passage du fluide comprenant une entrée et une sortie de ce fluide non représentées sur les dessins, formant une circulation directement sur l’ensemble de la surface extérieure du stator 30, sans interface, ce qui optimise l’échange thermique et régularise au mieux la température de ce stator.

En complément on peut réaliser des rainures sur la surface des couronnes 28, 32, ou des perçages intérieurs, formant des canaux additionnels de circulation du fluide afin d’injecter ce fluide à des endroits particuliers.

En particulier les couronnes 28, 32 peuvent être formés par un frittage de poudres métalliques, en particulier pour la couronne arrière, permettant de réaliser en seule opération des formes précises comprenant les évidements 52.

Claims (10)

1. Machine électrique de traction de véhicule automobile électrique ou hybride, comportant un stator (30) fixé radialement dans un creux intérieur d’un carter de la machine (6) globalement cylindrique réalisé par fonderie, présentant une face transversale d’extrémité arrière (8), caractérisée en ce que le contour cylindrique du creux du carter (6) présente des nervures axiales (40) délimitant entre elles des canaux parallèles de circulation de fluide de refroidissement, le contour extérieur du stator (30) formant une surface cylindrique continue prenant appui sur ces nervures (40), et en ce qu’elle comporte une couronne arrière (32) serrée axialement entre la face d’extrémité arrière du carter (8) et la face arrière du stator (30), comprenant des évidements (52) assurant un passage de fluide arrière entre les canaux des deux côtés de nervures de passage arrière (40a).
2. Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couronne arrière (32) est en appui sur une surface annulaire usinée (46) de la face d’extrémité arrière du carter (8).
3. Machine électrique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le contour extérieur de la couronne arrière (32) est radialement ajustée sur le sommet des nervures (40).
4. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque évidement (52) de la couronne arrière (32) dépasse dans la direction tangentielle de chaque côté d’une nervure de passage arrière (40a).
5. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le carter (6) présente une face transversale annulaire tournée vers l’avant (42), en avant des nervures (40) et les entourant, recevant une couronne de serrage avant (28) fixée dessus qui presse axialement sur le stator (30).
6. Machine électrique selon les revendications 5, caractérisée en ce que l’extrémité avant des nervures de passage arrière qui sont longues (40a) est au niveau de la face transversale avant (42).
7. Machine électrique selon la revendication 6, caractérisée en ce qu’elle comporte des nervures de passage avant courtes (40b) qui alternent avec les nervures de passage arrière longues (40a), chaque nervure courte (40b) s’arrêtant en retrait de la face transversale avant (42) pour laisser un passage de fluide avant (44) entre les canaux des deux côtés de ces nervures courtes (40b).
8. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les nervures (40) présentent en coupe transversale une section présentant des côtés qui se resserrent vers l’avant pour permettre un démoulage axial d’un noyau intérieur lors d’un moulage du carter (6).
9. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couronne arrière (32) est formée directement avec ses évidements (52) par un procédé de frittage de poudres métalliques.
10. Véhicule automobile électrique ou hybride, caractérisé en ce qu’il comporte un groupe motopropulseur comprenant une machine électrique suivant l’une quelconque des revendications précédentes.