FR3138587A1 - Moteur électrique comprenant un arbre configuré pour distribuer un fluide caloporteur vers un stator du moteur électrique. - Google Patents
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Abstract
Ce moteur électrique (2) comprend un stator (4) et un rotor, le stator (4) entourant radialement le rotor, le rotor comprenant un arbre (8) et une masse magnétique (10) cylindrique enserrant radialement l’arbre (8), l’arbre (8) comprenant une canalisation centrale (16) et au moins un conduit radial (18) depuis la canalisation centrale (16) configuré pour distribuer un fluide caloporteur vers le stator (4), le conduit radial (18) définissant en périphérie de l’arbre (8) une ouverture. Figure pour l’abrégé : Fig 1
Description
La présente invention concerne le refroidissement d’un stator d’un moteur électrique avec un fluide caloporteur distribué depuis un arbre traversant un rotor du moteur électrique.
En particulier, la présente invention permet d’assurer un débit du fluide caloporteur identique vers plusieurs zones du stator.
De manière générale, la présente invention s’applique à tout moteur électrique nécessitant un refroidissement par fluide d’un stator du moteur électrique. Une application de l’invention concerne toutefois les moteurs électriques de traction de véhicule automobile à traction électrique.
En fonctionnement, un moteur électrique est sollicité thermiquement. La température d’un moteur électrique influence les performances et le rendement du moteur électrique. Ainsi, certains éléments constitutifs d’un moteur électrique ont besoin d’être refroidis afin de garantir un fonctionnement optimal du moteur électrique.
Un alterno-démarreur est un élément mécanique d’un véhicule automobile comprenant un moteur électrique. L’alterno-démarreur assure les fonctions d’alternateur et de démarreur. Dans une architecture compacte d’un moteur d’un véhicule automobile, il est avantageux d’intégrer l’alterno-démarreur dans une boîte de vitesse du véhicule automobile. Une architecture compacte nécessite une gestion thermique performante et comprend par exemple le refroidissement d’un stator de l’alterno-démarreur, par exemple avec de l’huile de la boîte de vitesse. Les solutions de refroidissement de l’alterno-démarreur impliquent des dispositions complexes qui sont pénalisantes pour le fonctionnement du véhicule automobile. De plus, ces solutions ne permettent pas d’assurer un débit d’huile précis sur certains éléments du stator de l’alterno-démarreur, ni d’assurer un débit d’huile constant en plusieurs emplacements particuliers du stator. Par exemple, ces solutions ne permettent pas d’assurer un débit d’huile identique sur chaque extrémité de bobines du stator, appelées chignons. En particulier, ces solutions ne permettent pas d’assurer un débit d’huile identique sur chaque chignon quelle que soit la température du moteur électrique ou la rotation d’un arbre d’un rotor du moteur électrique.
La présente invention a donc pour objectif de pallier tout ou partie des inconvénients précités et propose de refroidir un stator d’un moteur électrique en distribuant un fluide caloporteur depuis un arbre d’un rotor du moteur électrique.
La présente invention a pour objet un moteur électrique comprenant un stator et un rotor, le stator entourant radialement le rotor, le rotor comprenant un arbre et une masse magnétique cylindrique enserrant radialement l’arbre, l’arbre comprend une canalisation centrale et au moins un conduit radial depuis la canalisation centrale configuré pour distribuer un fluide caloporteur vers le stator, le conduit radial définissant en périphérie de l’arbre une ouverture.
Ainsi, la présente invention permet de distribuer le fluide caloporteur depuis l’arbre vers des zones particulières du stator.
Avantageusement, l’arbre comprend un premier groupe de conduits radiaux comprenant le conduit radial, les ouvertures respectives des conduits radiaux du premier groupe étant de dimensions égales.
De préférence, l’arbre comprend un deuxième groupe de conduits radiaux comprenant le conduit radial, les ouvertures respectives des conduits radiaux du deuxième groupe étant chacune située à une même distance de la masse magnétique.
Avantageusement, l’arbre comprend un troisième groupe de conduits radiaux comprenant le conduit radial, les ouvertures respectives des conduits radiaux du troisième groupe de conduits radiaux étant disposées radialement le long d’une périphérie de l’arbre.
De préférence, l’arbre comprend un quatrième groupe de conduits radiaux comprenant le conduit radial, les ouvertures respectives des conduits radiaux du quatrième groupe étant espacées radialement entre elles d’un angle constant.
Dans un mode de réalisation, la canalisation centrale comprend une canule et un espace de répartition du fluide caloporteur, la canule débouchant dans l’espace de répartition du fluide caloporteur, le conduit radial étant relié fluidiquement à l’espace de répartition.
Avantageusement, l’arbre comprend un évidement pratiqué dans une paroi extérieure de l’arbre en regard de la masse magnétique, l’évidement étant de dimension longitudinale supérieure à la dimension longitudinale de la masse magnétique, le conduit radial débouchant dans l’évidement.
De préférence, l’évidement est centré longitudinalement en regard de la masse magnétique et comprend une première portion d’ouverture située longitudinalement en amont de la masse magnétique et configurée pour distribuer le fluide caloporteur vers une première zone du stator ainsi qu’une deuxième portion d’ouverture située longitudinalement en aval de la masse magnétique et configurée pour distribuer le fluide caloporteur vers une deuxième zone du stator disjointe de la première zone du stator, les première et deuxième portions d’ouverture étant de dimensions égales.
Dans un mode de réalisation, l’arbre comprend au moins une paire de conduits radiaux dont les ouvertures respectives sont disposées selon une même direction radiale, l’ouverture du premier conduit radial de la paire étant situé longitudinalement en amont de la masse magnétique, l’ouverture du second conduit radial de la paire étant situé longitudinalement en aval de la masse magnétique.
La présente invention a également pour objet un procédé de refroidissement d’un stator d’un moteur électrique comprenant les étapes suivantes :
- Mise en circulation d’un fluide caloporteur dans la canalisation centrale ;
- Distribution du fluide caloporteur depuis l’arbre vers le stator ; et
- Transfert de chaleur depuis le stator vers le fluide caloporteur.
D’autres objectifs, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
On a représenté schématiquement sur la un moteur électrique 2 selon un premier mode de réalisation de l’invention. Le moteur électrique 2 comprend un stator 4 et un rotor 6. Le stator 4 entoure radialement le rotor 6. Le rotor 6 comprend un arbre 8 et une masse magnétique 10 cylindrique enserrant radialement l’arbre 8. Le stator 4 a une dimension longitudinale selon l’axe A supérieure à la dimension longitudinale de la masse magnétique 10.
La masse magnétique 10 comprend par exemple un empilement de tôles magnétiques et/ou un corps monobloc en acier. L’arbre 8 comprend par exemple des cannelures 12 (représentées sur la ) régulièrement réparties le long d’une circonférence de l’arbre 8 et réalisées sous la forme de rainures longitudinales usinées dans la matière de l’arbre 8, les cannelures 12 permettant de réaliser la liaison entre l’arbre 8 et la masse magnétique 10 munie de cannelures complémentaires.
En outre, la masse magnétique 10 et l’arbre 8 sont fixés en rotation autour de l’axe A. Avantageusement, l’arbre 8 est intégré dans le moteur électrique 2 par l’utilisation de paliers 14 maintenant l’arbre 8 en rotation autour de l’axe A.
L’arbre 8 comprend une canalisation centrale 16 par exemple réalisée sous la forme d’une cavité oblongue usinée dans la matière de l’arbre 8. L’arbre 8 comprend au moins un conduit radial 18 visible sur la , réalisé sous la forme d’un cylindre de révolution reliant la canalisation centrale 16 et l’extérieur de l’arbre 8. Le conduit radial 18 débouche longitudinalement en regard du milieu de la masse magnétique 10.
L’arbre 8 comprend un évidement 20 pratiqué dans une paroi extérieure de l’arbre 8 en regard de la masse magnétique 10, le conduit radial 18 débouchant dans l’évidement 20. L’évidement 20 est par exemple de dimensions similaires aux cannelures 12 d’accouplement de l’arbre 8 avec la masse magnétique 10. L’évidement 20 est par exemple réalisé sous la forme d’une rainure de dimension longitudinale supérieure à la dimension longitudinale de la masse magnétique 10.
La canalisation centrale 16 est configurée pour distribuer un fluide caloporteur, par exemple de l’huile provenant d’un circuit de distribution d’huile proche du moteur électrique 2. Dans le cas d’un moteur électrique 2 d’un alterno-démarreur intégré dans une boîte de vitesse d’un véhicule automobile, le fluide caloporteur est l’huile de la boîte de vitesse.
Le fluide caloporteur est mis en circulation, par exemple par une pompe, dans la canalisation centrale 16 de l’arbre 8, puis s’écoule à travers le conduit radial 18 et l’évidement 20. La masse magnétique 10 enserrant l’arbre 8 bouche une partie de l’évidement 20. Le fluide s’écoule donc longitudinalement dans l’évidement 20 puis radialement à travers une partie de l’évidement 20 non bouchée.
L’évidement 20 centré longitudinalement en regard de la masse magnétique 10 définit en amont de la masse magnétique 10 une première portion d’ouverture 22 et en aval de la masse magnétique 10 une deuxième portion d’ouverture 22. Les première et deuxième portions d’ouverture 22 sont de dimensions égales.
Avantageusement, le conduit radial 18 et l’évidement 20 sont dimensionnés de sorte que le fluide caloporteur se répartit de manière égale entre les première et deuxième portions d’ouverture 22. Le fluide jaillit par les première et deuxième portion d’ouverture 22 et se dirige vers le stator 4 afin de refroidir le stator 4. Avantageusement, les première et deuxième portions d’ouverture 22 sont situées en regard de l’extrémité de bobines du stator 4, appelées chignons, de sorte que le fluide caloporteur refroidi les chignons. De préférence, l’arbre 8 permet de refroidir les chignons du stator 4 de manière égale lors de son mouvement. L’arbre 8 permet en outre d’assurer un débit d’huile identique sur chaque chignon du stator 4 quelle que soit la rotation de l’arbre 8.
On a représenté schématiquement sur la une coupe transverse du moteur électrique 2 de la selon l’axe II-II. L’arbre 8 comprend trois conduits radiaux 18 le long de la périphérie de l’arbre 8 correspondant à la coupe transverse de la . L’arbre 8 comprend neuf cannelures 12 permettant de réaliser la liaison entre l’arbre 8 et la masse magnétique 10 radialement réparties le long de la périphérie de l’arbre 8. La canalisation centrale 16 de l’arbre 8 est reliée fluidiquement aux trois conduits radiaux 18 débouchant chacun dans un évidement 20 de l’arbre 8. Les trois conduits radiaux 18 sont de géométrie identique et sont répartis radialement le long de la périphérie de l’arbre 8 tous les 120 degrés. Les trois conduits radiaux 18 permettent d’assurer un refroidissement efficace du stator 4 du moteur électrique 2. De préférence, la quantité de fluide caloporteur refroidissant les chignons du stator 4 est avantageusement constante d’un chignon à l’autre et ce quelle que soit la vitesse de rotation de l’arbre 8 ou la température du moteur électrique 2.
Dans un autre mode de réalisation, l’arbre 8 comprend un nombre de conduits radiaux 18 différents. Avantageusement le nombre de conduits radiaux 18 de l’arbre 8 est adapté à l’utilisation du moteur électrique 2 afin de garantir un refroidissement suffisant du stator 4 du moteur électrique 2 lors de son utilisation.
On a représenté schématiquement sur la un moteur électrique 2 selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. Dans ce mode de réalisation la canalisation centrale 16 comprend une canule 24 et un espace de répartition 26 du fluide caloporteur. La canalisation centrale 16 comprend par exemple une cavité oblongue usinée dans la matière de l’arbre 8, la canule 24 étant frettée dans la cavité oblongue. En outre, la canule 24 débouche dans l’espace de répartition 26 du fluide caloporteur.
L’arbre 8 comprend quatre conduits radiaux 18 visibles sur la reliés fluidiquement à l’espace de répartition 26 du fluide caloporteur. Avantageusement, la canule 24 et l’espace de répartition 26 sont configurés pour amener le fluide caloporteur à une même distance des conduits radiaux 18 de sorte que le débit de fluide caloporteur à travers les conduits radiaux 18 est constant d’un conduit radial 18 à l’autre. Dans un autre mode de réalisation, l’arbre 8 comprend un nombre de conduits radiaux 18 différents.
Les premier et deuxième conduits radiaux 28, 30 forment une première paire de conduits radiaux 18, le premier conduit radial 28 étant longitudinalement en amont de la masse magnétique 10, le deuxième conduit radial 30 étant longitudinalement en aval de la masse magnétique 10. Les troisième et quatrième conduits radiaux 32, 34 forment une deuxième paire de conduits radiaux 18, le troisième conduit radial 32 étant longitudinalement en amont de la masse magnétique 10, le quatrième conduit radial 34 étant longitudinalement en aval de la masse magnétique 10. Les ouvertures des premier et deuxième conduits radiaux 28, 30 sont disposées selon une même direction radiale. Les ouvertures des troisième et quatrième conduits radiaux 32, 34 sont disposées selon la même direction radiale mais selon le sens opposé.
L’arbre 8 comprend un premier groupe de conduits radiaux 18 dont les ouvertures respectives sont de dimensions égales. En particulier, les premier, deuxième, troisième et quatrième conduits radiaux 28, 30, 32 et 34 font partie du premier groupe de conduits radiaux 18. Un groupe de conduits radiaux 18 est un ensemble de conduits radiaux 18 ayant une caractéristique commune, par exemple les dimensions de leur ouverture respective pour le premier groupe. En outre, les ouvertures des premier, deuxième, troisième et quatrième conduits radiaux 28, 30, 32 et 34 sont de dimensions égales. Le mode de réalisation de la représente un mode de réalisation particulier dans lequel les ouvertures de tous les conduits radiaux 18 sont de surface égales. Ce mode de réalisation, associé à l’espace de répartition 26 et à la canule 24, permet d’assurer un débit de fluide caloporteur vers le stator 4 constant d’un conduit radial 18 à l’autre.
L’arbre 8 comprend un deuxième groupe de conduits radiaux 18 dont les ouvertures respectives sont situées à une même distance de la masse magnétique 10. En particulier, les premier, deuxième, troisième et quatrième conduits radiaux 28, 30, 32 et 34 font partie du deuxième groupe de conduits radiaux 18. En outre, les ouvertures des premier, deuxième, troisième et quatrième conduits radiaux 28, 30, 32 et 34 sont équidistantes de la masse magnétique 10. Le mode de réalisation de la représente un mode de réalisation particulier dans lequel les ouvertures de tous les conduits radiaux 18 sont situées à une même distance de la masse magnétique 10. Les conduits radiaux 18 équidistants de la masse magnétique 10 permettent par exemple de diriger une quantité importante de fluide caloporteur vers une même zone du stator 4. Avantageusement, la zone du stator 4 ne varie pas lorsque la vitesse de rotation de l’arbre 8 augmente.
L’arbre 8 comprend un troisième groupe de conduits radiaux 18 dont les ouvertures respectives sont disposées radialement le long d’une périphérie de l’arbre 8. En particulier, les premier et troisième conduits radiaux 28, 32 font partie du troisième groupe de conduits radiaux 18. En outre, les ouvertures des premier et troisième conduits radiaux 28, 32 sont situées le long d’une même périphérie de l’arbre 8. Les ouvertures des deuxième et quatrième conduits radiaux 30, 34 sont situées le long d’une autre périphérie de l’arbre 8. Les conduits radiaux 18 dont les ouvertures sont disposées radialement le long d’une même périphérie de l’arbre 8 permettent de projeter une plus grande quantité de fluide caloporteur vers une même zone du stator 4 et donc de garantir un refroidissement suffisant de la zone à refroidir. Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, par exemple dans le premier mode de réalisation représenté schématiquement sur la , les ouvertures de tous les conduits radiaux 18 de l’arbre 8 sont disposées radialement le long d’une même périphérie de l’arbre 8. Dans un autre mode de réalisation, l’arbre 8 comprend des conduits radiaux 18 disposés radialement le long de plusieurs périphéries de l’arbre 8, le nombre de conduits radiaux 18 disposés radialement le long des plusieurs périphéries de l’arbre 8 étant différent d’une périphérie de l’arbre 8 à une autre.
L’arbre 8 comprend un quatrième groupe de conduits radiaux 18 dont les ouvertures respectives sont espacées radialement entre elles d’un angle constant. En particulier, les premier et troisième conduits radiaux 28, 32 font partie du quatrième groupe de conduits radiaux 18. En outre, les ouvertures des premier et troisième conduits radiaux 28, 32 sont espacées radialement d’un angle de 180 degrés. Les ouvertures des deuxième et quatrième conduits radiaux 30, 34 sont espacées radialement d’un angle de 180 degrés. Dans un autre mode de réalisation, les ouvertures respectives des conduits radiaux 18 du quatrième groupe sont espacées radialement entre elles d’un angle différent de 180 degrés. Les conduits radiaux 18 dont les ouvertures sont espacées radialement d’un angle constant permettent de distribuer le fluide caloporteur vers le stator 4 de manière régulière avec la rotation de l’arbre 8. Dans un mode de réalisation particulier de l’invention, par exemple dans le premier mode de réalisation représenté schématiquement sur la , les ouvertures de tous les conduits radiaux 18 de l’arbre 8 sont espacées entre elles d’un angle constant. Dans le mode de réalisation représenté schématiquement sur la , l’arbre 8 comprend trois conduits radiaux 18 dont les ouvertures respectives sont espacées radialement d’un angle de 120 degrés.
Les caractéristiques du premier mode de réalisation peuvent être appliquées au deuxième mode de réalisation, et inversement, notamment en ce qui concerne le nombre de conduits radiaux 18, l’angle entre les ouvertures respectives de conduits radiaux 18 d’un même groupe de conduits radiaux 18, la présence d’un évidement 20, ou encore la présence de la canule 24 et de l’espace de répartition 26 du fluide caloporteur.
On a également représenté schématiquement sur la un procédé 36 de refroidissement d’un stator 4 d’un moteur électrique 2 selon l’invention.
En premier lieu, on effectue une étape 38 de mise en circulation d’un fluide caloporteur dans la canalisation centrale 16 de l’arbre 8.
Puis, on effectue une étape 40 de distribution du fluide caloporteur depuis l’arbre 8 vers le stator 4. Avantageusement, le fluide est distribué depuis plusieurs conduits radiaux 18 de sorte que chaque conduit radial 18 assure un débit de fluide caloporteur constant vers le stator 4. De préférence, le débit de fluide caloporteur est identique sur chaque chignon du stator 4 quelle que soit la température et/ou la rotation de l’arbre 8.
Enfin, on effectue une étape 42 de transfert de chaleur depuis le stator 4 vers le fluide caloporteur. Avantageusement, le débit de fluide caloporteur permet de refroidir suffisamment le stator 4. En outre, le débit de fluide caloporteur permet de maintenir une température du rotor 4 assurant un fonctionnement optimal du moteur électrique 2.
Claims (10)
- Moteur électrique (2) comprenant un stator (4) et un rotor, le stator (4) entourant radialement le rotor, le rotor comprenant un arbre (8) et une masse magnétique (10) cylindrique enserrant radialement l’arbre (8), caractérisé en ce que l’arbre (8) comprend une canalisation centrale (16) et au moins un conduit radial (18) depuis la canalisation centrale (16) configuré pour distribuer un fluide caloporteur vers le stator (4), le conduit radial (18) définissant en périphérie de l’arbre (8) une ouverture.
- Moteur (2) selon la revendication 1, dans lequel l’arbre (8) comprend un premier groupe de conduits radiaux (18) comprenant le conduit radial (18), les ouvertures respectives des conduits radiaux (18) du premier groupe étant de dimensions égales.
- Moteur (2) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel l’arbre (8) comprend un deuxième groupe de conduits radiaux (18) comprenant le conduit radial (18), les ouvertures respectives des conduits radiaux (18) du deuxième groupe étant chacune située à une même distance de la masse magnétique (10).
- Moteur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel l’arbre (8) comprend un troisième groupe de conduits radiaux (18) comprenant le conduit radial (18), les ouvertures respectives des conduits radiaux (18) du troisième groupe de conduits radiaux (18) étant disposées radialement le long d’une périphérie de l’arbre (8).
- Moteur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’arbre (8) comprend un quatrième groupe de conduits radiaux (18) comprenant le conduit radial (18), les ouvertures respectives des conduits radiaux (18) du quatrième groupe étant espacées radialement entre elles d’un angle constant.
- Moteur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la canalisation centrale (16) comprend une canule (24) et un espace de répartition (26) du fluide caloporteur, la canule (24) débouchant dans l’espace de répartition (26) du fluide caloporteur, le conduit radial (18) étant relié fluidiquement à l’espace de répartition (26).
- Moteur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’arbre (8) comprend un évidement (20) pratiqué dans une paroi extérieure de l’arbre (8) en regard de la masse magnétique (10), l’évidement (20) étant de dimension longitudinale supérieure à la dimension longitudinale de la masse magnétique (10), le conduit radial (18) débouchant dans l’évidement (20).
- Moteur (2) selon la revendication 7, dans lequel l’évidement (20) est centré longitudinalement en regard de la masse magnétique (10) et comprend une première portion d’ouverture (22) située longitudinalement en amont de la masse magnétique (10) et configurée pour distribuer le fluide caloporteur vers une première zone du stator (4) ainsi qu’une deuxième portion d’ouverture (22) située longitudinalement en aval de la masse magnétique (10) et configurée pour distribuer le fluide caloporteur vers une deuxième zone du stator (4) disjointe de la première zone du stator (4), les première et deuxième portions d’ouverture (22) étant de dimensions égales.
- Moteur (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’arbre (8) comprend au moins une paire de conduits radiaux (18) dont les ouvertures respectives sont disposées selon une même direction radiale, l’ouverture du premier conduit radial (18) de la paire étant situé longitudinalement en amont de la masse magnétique (10), l’ouverture du second conduit radial (18) de la paire étant situé longitudinalement en aval de la masse magnétique (10).
- Procédé (36) de refroidissement d’un stator (4) d’un moteur électrique (2) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- Mise en circulation d’un fluide caloporteur dans la canalisation centrale (16) ;
- Distribution du fluide caloporteur depuis l’arbre (8) vers le stator (4) ; et
- Transfert de chaleur depuis le stator (4) vers le fluide caloporteur.
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2022
- 2022-07-29 FR FR2207916A patent/FR3138587A1/fr active Pending
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Effective date: 20240202 |