FR3135577A1 - Machine électrique tournante comprenant une chambre de refroidissement - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une machine électrique tournante (10) comprenant : un rotor (12) mobile en rotation autour d’un axe (X),un stator (11) disposé autour du rotor (12), etune chambre (31) de refroidissement annulaire de longueur axiale (lcr) et de hauteur radiale (hcr), disposée radialement autour du stator (12), délimitée entre une paroi radialement intérieure (70) et une paroi radialement extérieure (71) et dans laquelle s’écoule dans une direction circonférentielle un fluide de refroidissement, l’une au moins de la paroi radialement intérieure et extérieure (70, 71) comprenant une pluralité d’ailettes de refroidissement (38) s’étendant dans la direction circonférentielle, dans laquelle des ailettes de refroidissement (38) portent une pluralité de reliefs (73) faisant saillie en direction d’une autre ailette de refroidissement (38) sans atteindre cette dernière. Figure pour l’abrégé : Fig. 2
Description
La présente invention porte sur une machine électrique tournante comprenant une chambre de refroidissement ayant des ailettes de refroidissement et permettant le refroidissement d’un stator. L’invention trouve des applications avantageuses, mais non exclusives, dans le domaine des machines électriques tournantes pour un dispositif mobile à autopropulsion hybride ou électrique et, en particulier, dans le domaine des machines électriques de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec une boite de vitesses et devant être refroidies par un fluide de refroidissement.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d’un arbre. Le rotor pourra être solidaire d’un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.
Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule ou à un train du véhicule automobile. La machine électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et/ou au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.
Le rotor pourra comporter 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.
Par ailleurs, le stator est porté par un palier qui comporte des organes de roulement pour le montage en rotation de l’arbre de rotor. 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 des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus 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. Alternativement, dans le cas d'un bobinage de type concentrique, la machine électrique polyphasée comporte un bobinage de stator constitué par plusieurs bobines préformées montées autour des dents du stator par l'intermédiaire d'un isolant de bobine.
Dans une machine électrique, l’énergie électrique est convertie en énergie cinétique ou inversement. Les pertes qui se produisent entrainent un échauffement des composants de la machine électrique pendant son fonctionnement. Afin d’éviter un échauffement excessif de ces composants, tel que le stator, un dispositif de refroidissement doit être prévu dans la machine électrique. La chaleur générée par la circulation du courant à travers le bobinage du stator peut être évacuée vers une chambre de refroidissement ménagée dans le palier dans laquelle circule un liquide caloporteur. Généralement la chambre de refroidissement s’étend dans la direction circonférentielle du stator de manière à permettre un refroidissement efficace.
L'invention vise à proposer une machine électrique tournante avec un refroidissement amélioré sans augmenter l’espace nécessaire à la chambre de refroidissement.
La présente invention vise ainsi à proposer une machine électrique tournante comprenant :
- un rotor mobile en rotation autour d’un axe,
- un stator disposé autour du rotor, et
- une chambre de refroidissement annulaire de longueur axiale et de hauteur radiale, disposée radialement autour du stator, délimitée entre une paroi radialement intérieure et une paroi radialement extérieure et dans laquelle s’écoule dans une direction circonférentielle un fluide de refroidissement,
l’une au moins de la paroi radialement intérieure et extérieure comprenant une pluralité d’ailettes de refroidissement s’étendant dans la direction circonférentielle, dans laquelle des ailettes de refroidissement portent une pluralité de reliefs faisant saillie en direction d’une autre ailette de refroidissement sans atteindre cette dernière.
L’invention permet ainsi, par l’utilisation des ailettes combinée aux reliefs d’obtenir un transfert de chaleur plus élevé et donc un refroidissement amélioré. Cette combinaison permet également de minimiser les différences de températures entre les différentes parois de la chambre de refroidissement. Enfin, les reliefs augmentent l’efficacité du transfert thermique en transformant l’écoulement laminaire en écoulement turbulent.
Dans la description et les revendications, on utilisera les termes "externe" et "interne" ainsi que les orientations "axiale" et "radiale" pour désigner, selon les définitions données dans la description, des éléments du rotor, du stator et/ou de la machine électrique. Par convention, l'orientation "radiale" est dirigée orthogonalement à l’orientation axiale. L’orientation axiale se rapporte, suivant le contexte, à l’axe de rotation du rotor, du stator et/ou de la machine électrique. L'orientation "circonférentielle" est dirigée orthogonalement à la direction axiale et orthogonalement à la direction radiale. Les termes "externe, extérieur" et "interne, intérieur" sont utilisés pour définir la position relative d'un élément par rapport à un autre, par rapport à l’axe de référence, un élément proche de l'axe est ainsi qualifié d'interne par opposition à un élément externe situé radialement en périphérie. On utilisera également les termes « avant » et « arrière » pour définir la position relative d’un élément par rapport à un autre, selon la direction par rapport à une orientation axiale déterminée par l’axe X principal de la machine électrique, « l’avant » désignant la partie située à gauche de la et « l’arrière » désignant la partie située à droite de la du côté de l’électronique de commande et des sorties de phase.
Dans le cadre de la présente invention, par « relief » on entend désigner une résistance hydraulique. Une résistance hydraulique correspond à la perte de charge subie par le fluide de refroidissement à l’intérieur de la chambre de refroidissement. Plus le nombre d'ailettes et/ou de reliefs à l'intérieur de la chambre de refroidissement est important, plus la perte de charge et donc la résistance hydraulique est importante.
Avantageusement, les ailettes de refroidissement font saillie depuis l’une au moins de la paroi radialement intérieure et extérieure en direction de l’autre paroi sans atteindre cette dernière. La saillie radiale définie par les ailettes et/ou les reliefs correspondent à une réduction locale de la hauteur radiale de la chambre de refroidissement. En d’autres termes, les ailettes de refroidissement présentent une hauteur inférieure à la hauteur de la chambre de refroidissement de manière à ce que le fluide de refroidissement puisse circuler radialement entre les ailettes de refroidissement et la paroi radialement intérieure ou extérieure leur faisant face.
Avantageusement, la pluralité d’ailettes de refroidissement et/ou les reliefs portés par lesdites ailettes sont réalisés d’une seule pièce avec la paroi portant lesdites ailettes. Cette paroi et ce relief sont par exemple réalisés par moulage. La paroi portant les ailettes appartient par exemple à l’un des paliers de la machine électrique, auquel cas l’angle de dépouille des ailettes et/ou reliefs peut être le même que celui du palier.
Avantageusement, les reliefs portés par une ailette font saillie axialement en direction d’une autre ailette. De préférence, les reliefs font saillie en direction d’une autre ailette sans atteindre cette dernière.
Avantageusement, un couloir de refroidissement de largeur axiale s’étendant dans la direction circonférentielle entre une entrée et une sortie est formé entre une première et une deuxième ailette de refroidissement adjacentes, des reliefs portés par la première et/ou deuxième ailette faisant saillie dans le couloir de refroidissement en direction de l’autre de la première et/ou deuxième ailette, de préférence sur au moins 50% de la largeur axiale du couloir de refroidissement, de préférence entre 50 et 80 %, typiquement sur 60%.
En variante, les reliefs portés par la première et/ou deuxième ailette font saillie dans le couloir de refroidissement en direction de l’autre de la première et/ou deuxième ailette, de préférence sur moins 50% de la largeur axiale du couloir de refroidissement. En d’autres termes, cela implique qu’il n’existe pas de plan perpendiculaire à l’axe de rotation traversant à la fois les reliefs de la première et de la deuxième ailette. Le parcours du fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement est donc moins sinueux et les pertes de charge sont réduites.
Avantageusement, des reliefs sont disposés sur chacune de la première et deuxième ailette de refroidissement adjacentes, de manière à ce que l’on rencontre une alternance de reliefs portés par la première ailette et de reliefs portés par la deuxième ailette lorsque l’on se déplace circonférentiellement dans un couloir de refroidissement. Autrement dit, il existe un parcours lorsque l’on se déplace circonférentiellement dans un couloir de refroidissement selon lequel on ne rencontre pas consécutivement deux reliefs portés par une même ailette de refroidissement. Par ailette adjacente, on entend désigner une ailette adjacente axialement.
Avantageusement, les reliefs portés par la première et la deuxième ailette de refroidissement adjacentes se chevauchent axialement dans ledit couloir de refroidissement. Cette alternance de reliefs permet donc de ménager une chicane pour le liquide cherchant à circuler dans le couloir de refroidissement entre l’entrée et la sortie.
Avantageusement, les ailettes de refroidissement s’étendent sur une portion de la circonférence de la chambre de refroidissement.
Avantageusement, la chambre de refroidissement comprend une section dans laquelle les ailettes de refroidissement ou les ailettes de refroidissement et les reliefs occupent plus de 50%, de préférence plus de 60% de la longueur axiale de la chambre de refroidissement. Ainsi, lorsque l’on se déplace axialement dans cette section de la chambre de refroidissement, l’espace est davantage occupé par les ailettes ou les ailettes et les reliefs que non occupé par les ailettes ou les ailettes et les reliefs.
Avantageusement, deux reliefs consécutifs d’une même ailette de refroidissement sont espacés d’une distance comprise entre deux et cinq fois la hauteur radiale de la chambre de refroidissement.
Avantageusement, les reliefs portés par chaque ailette de refroidissement sont régulièrement répartis sur la circonférence de ces ailettes de refroidissement. En d’autres termes, il existe toujours la même distance entre deux reliefs consécutifs d’une même ailette.
Avantageusement, le nombre de reliefs portés par chaque ailette de refroidissement est identique, c’est-à-dire que toutes les ailettes ont le même nombre de reliefs. En variante, une ailette peut avoir un nombre de reliefs différent, c’est-à-dire supérieur ou inférieur, ou égal à une autre ailette, c’est-à-dire que toutes les ailettes n’ont pas forcément le même nombre de reliefs.
Avantageusement, les reliefs présentent une forme choisie parmi les formes en losange, triangulaire, ronde et trapèze. De préférence, tous les reliefs portés par une même ailette de refroidissement ont la même forme, de manière encore plus préférée tous les reliefs ont la même forme. En variante une même ailette peut comporter des formes de reliefs différents selon la position circonférentielle. Les reliefs peuvent avoir une dimension radiale identique et/ou différente, on entend ainsi indiquer que certains reliefs peuvent avoir une dimension radiale identique entre eux, cette dimension radiale étant supérieure ou inférieure à d’autres reliefs.
Avantageusement, la chambre de refroidissement comprend une première zone de refroidissement s’étendant sur une première portion circonférentielle, ladite zone étant pourvue d’ailettes de refroidissement s’étendant entre une première extrémité libre et une deuxième extrémité libre.
Avantageusement, le fluide de refroidissement s’écoule dans la chambre de refroidissement entre une entrée et une sortie décalées circonférentiellement l’une par rapport à l’autre d’un angle mesuré depuis l’axe de rotation compris entre 180 et 360°, et dans laquelle une première et une deuxième zone de refroidissement s’étendent respectivement suivant une première et une deuxième portion circonférentielle de la chambre de refroidissement entre l’entrée et la sortie du fluide, la première portion circonférentielle et la deuxième portion circonférentielle s’étendant de part et d'autre de l'entrée de façon à couvrir toute une circonférence de la chambre de refroidissement.
De préférence, la première zone de refroidissement et/ou la deuxième zone de refroidissement comportent une pluralité d’ailettes de refroidissement s’étendant dans la direction circonférentielle, dans laquelle des ailettes de refroidissement portent une pluralité de reliefs faisant saillie en direction d’une autre ailette de refroidissement sans atteindre cette dernière.
De préférence, la première zone de refroidissement et la deuxième zone de refroidissement comportent un nombre identique ou différent d’ailettes de refroidissement.
Avantageusement, l’entrée est divisée entre une première sous-entrée et une deuxième sous-entrée agencées pour distribuer respectivement le fluide de refroidissement dans la première et deuxième zone de refroidissement.
Avantageusement, le fluide de refroidissement est un fluide caloporteur, en particulier de l’eau ou de l’huile.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique tournante consiste en un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.
La chambre de refroidissement peut uniquement refroidir la machine électrique tournante, sans refroidir également l’onduleur/redresseur associé à la machine électrique. Cet onduleur/redresseur peut être refroidi autrement, par exemple par un autre liquide ou par de l’air.
En variante, et conformément à ce qui est exposé dans la demande WO2019/063306 dont le contenu est incorporé par référence à la présente demande en ce qui concerne le refroidissement de la machine électrique tournante et de l’onduleur/redresseur qui y est associé, la chambre de refroidissement peut être en communication fluidique avec une autre chambre de refroidissement permettant de refroidir l’onduleur/redresseur. Ces deux chambres de refroidissement peuvent être parcourues par le même liquide.
Cette autre chambre de refroidissement peut être un canal intégré dans le dissipateur thermique sur lequel sont montés les composants électroniques de l’onduleur/redresseur. Ce canal intégré dans le dissipateur peut être réalisé par moulage ou extrusion de matière après réalisation du dissipateur thermique. Cette autre chambre de refroidissement peut avoir une forme sensiblement d’arc de cercle ou de U, lorsqu’observée selon l’axe de rotation.
La paroi radialement intérieure de la chambre peut appartenir à une jupe axiale d’un premier palier, ce premier palier comprenant également une paroi transversale s’étendant radialement.
La paroi radialement extérieure de la chambre peut appartenir à une jupe axiale d’un deuxième palier, ce deuxième palier comprenant également une paroi transversale s’étendant radialement.
Ces deux parois transversales peuvent délimiter axialement le logement dans lequel le stator et le rotor de la machine électrique sont reçues.
Chacun de ces paliers peut porter un roulement pour le montage à rotation de l'arbre de la machine électrique tournante. Il s’agit par exemple d’un roulement à billes ou encore d’un roulement à cage.
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.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
La représente une machine électrique tournante 10 comportant un stator 11 polyphasé avec un corps de stator 13 entourant un rotor 12 d’axe X monté sur un arbre 9. Le stator 11 de la machine 10 entoure le rotor 12 avec la présence d’un entrefer sur la périphérie interne du stator 11 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 11 et le rotor 12 forment les parties actives et sont entourés par un carter 15.
La machine électrique tournante 10 pourra être destinée à être accouplée à une boîte de vitesses appartenant à une chaîne de traction d’un dispositif mobile à autopropulsion hybride ou électrique. Cette machine électrique 10 peut être alimentée électriquement depuis une unité de stockage d’énergie électrique via un onduleur/redresseur, cet onduleur/redresseur. La machine électrique tournante 10 est alors 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, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.
Dans la suite, par dispositif mobile à autopropulsion, on entend un véhicule pour transporter des marchandises ou des personnes, qui comprend son système de traction pour se déplacer tel que le moteur thermique ou électrique d’une voiture, camion, d’un vélo ou d’un objet qui se déplace avec son système de traction tel qu’un drone. Un tel dispositif mobile à autopropulsion peut en outre comprendre une conduite autonome.
La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 4kW et 50kW. En alternative, la puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 50kW et 200kW. Alternativement, la machine électrique 10 pourra être implantée sur un essieu du véhicule automobile, notamment un essieu arrière. Dans l’exemple considéré, la machine électrique 10 présente avantageusement une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts, et valant de préférence 48Volts. Typiquement, le couple fourni par la machine électrique est compris entre 30N.m et 150N.m. En alternative, la machine électrique 10 pourra présenter une tension de fonctionnement de plus de 60V, voire plus de 80V ou plus de 100V, notamment 300V ou plus.
La machine électrique tournante peut encore comprendre une poulie ou tout autre moyen de liaison vers le reste du groupe motopropulseur du véhicule tel qu’un engrenage. La machine électrique est par exemple reliée, notamment via une courroie, au vilebrequin du moteur thermique du véhicule. En variante, la machine électrique est reliée à d’autres emplacement du groupe motopropulseur, par exemple à l’entrée de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, en sortie de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, au niveau de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, ou encore sur le train avant ou le train arrière de ce groupe motopropulseur.
Le carter 15 comporte un palier avant 24 et un palier arrière 30 qui sont assemblés ensemble au moyen de vis ou par soudure par friction malaxage. Chacun des paliers comporte une portion transversale 24a, 30a qui s’étend radialement par rapport à l’axe X. Ces portions transversales 24a, 30a sont munies centralement d’un logement de roulement dans lequel est logé un organe de roulement pour le montage à rotation de l’arbre 9. Ces paliers 24, 30 comportent en outre une jupe axiale 24b, 30b présentant globalement une forme tubulaire s’étendant axialement depuis la périphérie externe de la portion transversale respective 24a, 30a.
Les paliers 24, 30 sont de préférence en un matériau à base d’aluminium. En outre, le carter 15 comporte des moyens de fixation, non représentés, permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule.
Le rotor 12 comporte un corps sous la forme d’un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Des aimants permanents sont implantés dans des ouvertures du corps. Les aimants peuvent être implantés suivant une configuration en V. Alternativement, les aimants sont implantés radialement à l’intérieur des cavités, les faces en vis-à-vis de deux aimants adjacents étant de même polarité. Il s’agit alors d’une configuration à concentration de flux. Les aimants pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. Alternativement, les pôles du rotor 12 pourront être formés par des bobines.
Le stator 11 comporte un corps 13 constitué par un paquet de tôles qu’une pluralité de bobinages 19. Le corps est formé par un empilement de feuilles de tôles indépendantes les unes des autres et maintenues sous forme de paquet au moyen d’un système de fixation adapté. Le paquet de tôles est doté d'encoches, par exemple du type semi-fermées, équipées d'isolant d'encoches pour le montage de la pluralité de bobinages 19 du stator 11. Dans l’exemple considéré, chaque bobinage 19 est alimenté via un circuit électronique de puissance électrique dédié au moyen desquels des courants de phase correspondants peuvent être générés individuellement et introduits dans les bobinages de sorte à définir une pluralité de pôles magnétiques et une pluralité de phases dans chaque paire de pôles.
Le corps 13 de stator 11 est monté fretté à l’intérieur de l’un des deux paliers, le palier avant 24 dans l’exemple considéré. A cet effet, le palier 24 est chauffé à haute température jusqu’à la dilation du matériau, puis refroidi de telle façon que la périphérie externe du corps du stator 13 soit maintenu fixe contre la périphérie interne du palier 24. La périphérie externe du corps 13 de stator 11 étant en contact intime avec la périphérie interne du palier 24 du fait de l’opération de frettage, cela permet de faciliter l’évacuation par conduction de la chaleur générée par le stator.
La machine électrique tournante 10 est refroidie principalement au moyen d’une chambre de refroidissement annulaire 31. Dans l’exemple considéré, la chambre 31 est formée par l’agencement du palier avant 24 et du palier arrière 30. La chambre 31 permet le passage d’un liquide de refroidissement à l’intérieur de la machine. Le liquide est en l’occurrence un fluide caloporteur, en particulier de l’eau ou de l’huile. La chambre de refroidissement 31 présente une longueur axiale lcret une hauteur hcr.
Plus précisément, la chambre de refroidissement 31 est disposée radialement autour du stator 12 et est délimitée entre une paroi radialement intérieure 70 et une paroi radialement extérieure 71 et dans laquelle s’écoule dans une direction circonférentielle un fluide de refroidissement. Comme cela est visible sur la , la chambre de refroidissement 31 est délimitée entre une paroi radialement intérieure 70 appartenant à la jupe axiale 24b du palier avant 24 et une paroi radialement extérieure 71 appartenant à la jupe axiale 30b du palier arrière 30. La hauteur hcrcorrespond donc à la distance séparant la paroi radialement intérieure de la paroi radialement extérieure. La jupe axiale 30b du palier arrière 30 présente un diamètre interne légèrement supérieur au diamètre externe de la jupe axiale 24a du palier avant 24 de manière à former la chambre de refroidissement 31.
En alternative non représentée, la chambre de refroidissement 31 est délimitée entre une paroi radialement intérieure 70 du palier arrière 30 et une paroi radialement extérieure 71 du palier avant 24. Selon une autre variante, l’un des paliers 24, 30 comportent les deux jupes axiale 24b, 30b et est fermé par l’autre palier 24, 30 comportant uniquement une portion transversale formant un couvercle pour la chambre de refroidissement 31.
Dans l’exemple considéré, les paliers 24, 30 sont des pièces monoblocs. En variante l’un des paliers 24, 30 pourra être formé d’une jupe axiale 24b, 30b distincte et assemblé avec la portion transversale respective 24a, 30a.
Comme on peut le voir sur la , la paroi radialement intérieure 70 du palier avant 24 comprend une pluralité d’ailettes de refroidissement 38 s’étendant dans la direction circonférentielle. En variante non représentée, les ailettes de refroidissement sont portées par la paroi radialement extérieure 71 qui peut appartenir au palier avant 24 ou arrière 30. Ce type d'ailettes 38 permet d'augmenter la surface d'échange thermique sans augmenter de manière considérable les pertes de charge.
De préférence, chaque ailette de refroidissement 38 s’étend entre une première extrémité libre 38a et une deuxième extrémité libre 38b. Les ailettes de refroidissement 38 s’étendent sur une portion de la circonférence de la chambre 31 de refroidissement.
Dans l’exemple de la , la chambre de refroidissement 31 comporte un muret 60 permettant de séparer de façon étanche ou quasi-étanche une entrée en liquide d’une sortie en liquide de ladite chambre. Ce muret 60 fait saillie radialement dans la chambre 31 de manière à obturer celle-ci. Dans cet exemple, le muret 60 sépare circonférentiellement parlant la première extrémité libre 38a de la deuxième extrémité libre 38b.
Selon l’invention et comme on peut mieux le voir sur les figures 3 et 4, les ailettes de refroidissement 38 portent une pluralité de reliefs 73 faisant saillie en direction d’une autre ailette de refroidissement 38 sans atteindre cette dernière.
De préférence, la pluralité d’ailettes de refroidissement 38 et les reliefs 73 portés par lesdites ailettes 38 sont réalisés d’une seule pièce, de préférence par moulage, avec la paroi 70, 71 portant lesdites ailettes. Chaque ailette de refroidissement 38 et relief 73 entraine une réduction locale de la hauteur radiale hcrde la chambre de refroidissement 31.
Plus précisément, les ailettes de refroidissement 38 font saillie depuis la paroi radialement intérieure 70 en direction de la paroi radialement extérieur 71 sans atteindre cette paroi radialement extérieur 71.
De préférence, les ailettes de refroidissement 38 sont disposées de manière adjacente, axialement parlant, dans la chambre de refroidissement 31. De préférence, les ailettes de refroidissement 38 sont disposées parallèlement les unes aux autres.
Un couloir de refroidissement 40 de largeur axiale lcqui s’étend dans la direction circonférentielle entre une entrée 40a et une sortie 40b est formé entre une première et une deuxième ailette de refroidissement 38 adjacentes. Ainsi, dans les exemples considérés, le couloir de refroidissement 40 correspond à la paroi radialement intérieur 70 située entre deux ailettes de refroidissement 38.
Les reliefs 73 portés par la première et/ou deuxième ailette 38 font saillie dans le couloir de refroidissement 40 en direction de l’autre de la première et/ou deuxième ailette 38, de préférence sur au moins 50% de la largeur axiale lcdu couloir de refroidissement.
La chambre de refroidissement 31 comprend une section dans laquelle les ailettes de refroidissement 38 ou les ailettes de refroidissement 38 et les reliefs 73 occupent plus de 50% la longueur axiale lcrde la chambre de refroidissement 31. Le reste de la longueur axiale de la chambre de refroidissement étant occupée par le couloir de refroidissement.
Lorsque le plan de section passe par les reliefs 73, les ailettes de refroidissement 38 et les reliefs 73 occupent plus de 60% la longueur axiale lcrde la chambre de refroidissement 31.
Dans cet exemple, les ailettes de refroidissement 38 forment un seul groupe d’ailettes. En variante, chaque ailette de refroidissement 38 pourrait être divisée en au moins deux ailettes de refroidissement 38 de manière à former au moins deux groupes d’ailettes, comme cela est par exemple représenté en . Chaque groupe d’ailettes 38 est alors séparé du groupe suivant ou précédent par une zone exempt d’ailettes. Dans le cadre de l’invention, au moins un groupe d’ailettes de refroidissement 38 porte les reliefs 73. En variante, tous les groupes d’ailettes de refroidissement 38 portent les reliefs 73.
Dans l’exemple de la , les deux ailettes de refroidissement 38 situées aux extrémités axiales portent des reliefs 73 qui ne s’étendent que dans un seul couloir de refroidissement 40 tandis que les autres ailettes 38 disposées entre les ailettes 38 situées aux extrémités axiales portent des reliefs 73 qui s’étendent dans deux couloirs 40.
Dans cet exemple, les reliefs 73 portés par la première ailette 38 et les reliefs 73 portés par la deuxième ailette 38 se chevauchent axialement dans le couloir de refroidissement 40. Cela implique qu’il existe un plan perpendiculaire à l’axe de rotation traversant à la fois les reliefs 73 de la première et de la deuxième ailette 38.
En variante et comme cela est représenté sur la , les reliefs 73 portés par la première ailette 38 font saillie dans le couloir de refroidissement 40 en direction la deuxième ailette 38 sur moins 50% de la largeur axiale lcdu couloir de refroidissement. En d’autres termes, cela implique qu’il n’existe pas de plan perpendiculaire à l’axe de rotation traversant à la fois les reliefs 73 de la première et de la deuxième ailette.
Les flèches de la désignent le parcours du fluide dans la chambre de refroidissement 31. Le fluide pouvant passer dans le couloir de refroidissement 40, entre les ailettes de refroidissement 38 et au-dessus, radialement parlant, des ailettes 38 et des reliefs 73. En effet, les ailettes de refroidissement 38 présentent une hauteur hainférieure à la hauteur hcrde la chambre 31 de refroidissement de manière à ce que le fluide de refroidissement puisse circuler radialement entre les ailettes de refroidissement 38 et la paroi radialement intérieure ou extérieure 70, 71 leur faisant face, ici la paroi radialement extérieure 71.
Dans les exemples considérés, les reliefs 73 sont disposés sur chacune de la première et deuxième ailette de refroidissement 38 adjacentes, de manière à ce que l’on rencontre une alternance de reliefs 73 portés par la première ailette et de reliefs 73 portés par la deuxième ailette lorsque l’on se déplace circonférentiellement dans le couloir de refroidissement 40.
Dans les exemples considérés, les reliefs 73 portés par une ailette 38 font saillie axialement en direction d’une autre ailette 38. En d’autres termes, cela veut dire qu’il existe une droite parallèle à l’axe X qui passe à la fois par une extrémité axiale avant 73a et arrière 73b de chaque relief 73.
En variante non représenté, les reliefs 73 portés par une ailette 38 peuvent faire saillie en direction de l’autre ailette 38 d’un angle compris entre 10 et 80° par rapport à une droite axiale.
Dans l’exemple de la , les extrémités axiales 73a et 73b sont décalées de manière circonférentielle de manière à ce que le côté 73c reliant ces deux extrémités forme avec une droite axiale passant par une extrémité axiale de ce côté 73c un angle compris entre 5 et 45 degrés.
Deux reliefs 73 consécutifs d’une même ailette de refroidissement 38 sont espacés d’une distance a comprise entre deux et cinq fois la hauteur radiale hcrde la chambre de refroidissement 31.
Les reliefs 73 portés par chaque ailette de refroidissement 38 sont régulièrement répartis sur la circonférence de ces ailettes de refroidissement 38.
Le nombre de reliefs 73 portés par chaque ailette de refroidissement 38 est identique. En variante, chaque ailette de refroidissement 38 peut avoir un nombre de reliefs 73 indépendant des autres ailettes 38.
Les reliefs 73 présentent une forme choisie parmi les formes en losange, triangulaire, ronde et trapèze. Les reliefs 73 peuvent avoir une forme identique ou indépendante les unes des autres.
A partir de la , nous pouvons voir que le fluide de refroidissement s’écoule dans la chambre 31 de refroidissement entre une entrée 61 et une sortie 62 décalées circonférentiellement l’une par rapport à l’autre d’un angle mesuré depuis l’axe de rotation X d’environ 180°. En variante l’angle peut être supérieur à 180° et aller jusqu’à 350°.
Comme cela est visible sur la , la chambre de refroidissement 31 comprend une première et une deuxième zone de refroidissement 31.1, 31.2 s’étendent respectivement suivant une première et une deuxième portion circonférentielle 32.1, 32.2 de la chambre 31 de refroidissement entre l’entrée 61 et la sortie 62 du fluide. La première portion circonférentielle 31.1 et la deuxième portion circonférentielle 31.2 s’étendant de part et d'autre de l'entrée 61 de façon à couvrir toute une circonférence de la chambre de refroidissement 18. Dans cet exemple, il existe deux groupes d’ailettes de refroidissement, le premier groupe étant disposé dans la première zone de refroidissement 31.1 et le deuxième groupe étant disposé dans la deuxième zone de refroidissement 31.2.
La première zone de refroidissement 31.1 peut comprendre un nombre d’ailettes de refroidissement 38 identique ou différent à la deuxième zone de refroidissement 31.2.
L’entrée 61 est divisée entre une première sous-entrée 61.1 et une deuxième sous-entrée 61.2 agencées pour distribuer respectivement le fluide de refroidissement dans la première et deuxième zone de refroidissement 31.1, 31.2.
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.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
Claims (15)
- Machine électrique tournante (10) comprenant :
- un rotor (12) mobile en rotation autour d’un axe (X),
- un stator (11) disposé autour du rotor (12), et
- une chambre (31) de refroidissement annulaire de longueur axiale (lcr) et de hauteur radiale (hcr), disposée radialement autour du stator (12), délimitée entre une paroi radialement intérieure (70) et une paroi radialement extérieure (71) et dans laquelle s’écoule dans une direction circonférentielle un fluide de refroidissement,
- Machine électrique (10) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pluralité d’ailettes de refroidissement (38) et/ou les reliefs (73) portés par lesdites ailettes (38) sont réalisés d’une seule pièce avec la paroi (70, 71) portant lesdites ailettes.
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites ailettes de refroidissement (38) font saillie depuis l’une au moins de la paroi radialement intérieure et extérieure (70, 71) en direction de l’autre paroi sans atteindre cette dernière.
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce lesdits reliefs (73) portés par une ailette (38) font saillie axialement en direction d’une autre ailette (38).
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’un couloir de refroidissement (40) de largeur axiale (lc) s’étendant dans la direction circonférentielle entre une entrée (40a) et une sortie (40b) est formé entre une première et une deuxième ailette de refroidissement (38) adjacentes, des reliefs (73) portés par la première et/ou deuxième ailette (38) faisant saillie dans le couloir de refroidissement (40) en direction de l’autre de la première et/ou deuxième ailette (38), de préférence sur au moins 50% de la largeur axiale (lc) du couloir de refroidissement.
- Machine électrique (10) selon la revendication précédente, caractérisée en ce que des reliefs (73) sont disposés sur chacune de la première et deuxième ailette de refroidissement (38) adjacentes, de manière à ce que l’on rencontre une alternance de reliefs (73) portés par la première ailette et de reliefs portés par la deuxième ailette lorsque l’on se déplace circonférentiellement dans le couloir de refroidissement (40).
- Machine électrique (10) selon la revendication 5, caractérisée en ce que les reliefs (73) portés par la première et la deuxième ailette de refroidissement (38) adjacentes se chevauchent axialement dans ledit couloir de refroidissement (40).
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les ailettes de refroidissement (38) s’étendent sur une portion de la circonférence de la chambre (31) de refroidissement.
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la chambre de refroidissement (31) comprend une section dans laquelle les ailettes de refroidissement (38) ou les ailettes de refroidissement (38) et les reliefs (73) occupent plus de 50%, de préférence plus de 75%, de la longueur axiale (lcr) de la chambre de refroidissement (31).
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que deux reliefs (73) consécutifs d’une même ailette de refroidissement (38) sont espacés d’une distance (a) comprise entre deux et cinq fois la hauteur radiale (hcr) de la chambre de refroidissement (31).
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les reliefs (73) portés par chaque ailette de refroidissement (38) sont régulièrement répartis sur la circonférence de ces ailettes de refroidissement (38).
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le nombre de reliefs (73) portés par chaque ailette de refroidissement (38) est identique.
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des reliefs (73) présentent une forme choisie parmi les formes en losange, triangulaire, ronde et trapèze.
- Machine électrique (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide de refroidissement s’écoule dans la chambre (31) de refroidissement entre une entrée (61) et une sortie (62) décalées circonférentiellement l’une par rapport à l’autre d’un angle mesuré depuis l’axe de rotation (X) compris entre 180 et 360°, et
dans laquelle une première et une deuxième zone de refroidissement (31.1, 31.2) s’étendent respectivement suivant une première et une deuxième portion circonférentielle (32.1, 32.2) de la chambre (31) de refroidissement entre l’entrée (61) et la sortie (62) du fluide, la première portion circonférentielle (31.1) et la deuxième portion circonférentielle (31.2) s’étendant de part et d'autre de l'entrée (61) de façon à couvrir toute une circonférence de la chambre de refroidissement (18). - Machine électrique (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’entrée (61) est divisée entre une première sous-entrée (61.1) et une deuxième sous-entrée (61.2) agencées pour distribuer respectivement le fluide de refroidissement dans la première et deuxième zone de refroidissement (31.1, 31.2).
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