FR3138742A1 - Système de nacelle pour une machine électrique - Google Patents
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Abstract
Ce système (8) de nacelle pour une machine (2) électrique munie d’ailettes (6) de refroidissement comprend un carénage (10) configuré pour épouser la forme de la machine (2) électrique et un dispositif d’ajustement (12) configuré pour maintenir le carénage (10) et le plaquer autour des ailettes (6) de refroidissement de la machine (2) électrique, le carénage (4) comprenant au moins une portion (14) de carénage (10), le dispositif d’ajustement (12) comprenant au moins un moyen de liaison (16) disposé entre deux extrémités (20) de portion (14) de carénage (10). Le système (8) de nacelle permet notamment un meilleur refroidissement de la machine (2) électrique par une circulation d’air améliorée et une amélioration des performances de la machine (2) électrique. Figure pour l’abrégé : Fig 1
Description
La présente invention concerne un système de nacelle pour l’amélioration du refroidissement d’ailettes de refroidissement d’une machine électrique.
En particulier, la présente invention concerne un système permettant l’augmentation de la quantité de chaleur évacuée par les ailettes.
De manière générale, la présente invention s’applique à toute machine refroidie par un fluide entourant la machine électrique. Toutefois, une application de l’invention concerne le refroidissement d’un moteur électrique d’aéronef.
En fonctionnement, un moteur d’un aéronef est sollicité thermiquement et nécessite donc un refroidissement afin de garantir un fonctionnement optimal. Un moteur électrique nécessite d’autant plus un refroidissement efficace que la température du moteur influence fortement les performances du moteur. Dans le cas d’un refroidissement par circulation d’air, le moteur est avantageusement muni d’ailettes thermiquement conductrices augmentant la surface d’échange de chaleur entre le moteur et l’air dans lequel évolue l’aéronef.
L’aéronef peut comprendre un carénage à proximité du moteur, par exemple entourant le moteur. Le carénage est généralement positionné de manière à protéger le moteur d’éventuels chocs mais rend inefficace le refroidissement du moteur. En outre, le flux d’air arrivant sur les ailettes ne permet pas d’extraire suffisamment de calories des ailettes et le refroidissement du moteur n’est pas performant. Cette situation peut conduire à un surdimensionnement du moteur et donc à un surplus de masse de l’aéronef.
La présente invention a donc pour objectif de pallier tout ou partie des inconvénients précités et propose d’améliorer le refroidissement d’ailettes de refroidissement d’une machine électrique en permettant un refroidissement performant des ailettes.
La présente invention a pour objet un système de nacelle pour une machine électrique munie d’ailettes de refroidissement, comprenant un carénage configuré pour épouser la forme de la machine électrique et un dispositif d’ajustement configuré pour maintenir le carénage et le plaquer autour des ailettes de refroidissement de la machine électrique, le carénage comprenant au moins une portion de carénage, le dispositif d’ajustement comprenant au moins un moyen de liaison disposé entre deux extrémités de portion de carénage.
Le système de nacelle permet, grâce au dispositif d’ajustement, d’être positionné au plus près des ailettes et d’optimiser les flux de fluide entourant la machine électrique afin d’augmenter la quantité de chaleur échangée entre les ailettes et les fluides vers lesquels les calories sont évacuées. En particulier, le carénage est positionné de manière à participer au transfert de chaleur entre les ailettes et l’air, le carénage permet par exemple de diriger un flux d’air refroidissant les ailettes.
Avantageusement, le carénage comprend des trous répartis le long d’une périphérie du carénage, le dispositif d’ajustement comprenant des moyens de fixation disposés dans les trous de manière à fixer le carénage à la machine électrique.
De préférence, le moyen de liaison comprend un tirant d’assemblage et au moins deux équerres, les deux équerres étant jointes par le tirant d’assemblage.
Dans un mode de réalisation, le carénage comprend plusieurs portions de carénage, le dispositif d’ajustement comprenant plusieurs moyens de liaison disposés chacun entre deux extrémités de portions de carénage.
Optionnellement, le système comprend un matériau d’interface en contact avec le carénage et configuré pour être au contact des ailettes de refroidissement, le matériau d’interface étant configuré pour protéger les ailettes et/ou permettre une interface thermique entre les ailettes et le carénage.
Avantageusement, le carénage comprend un matériau thermiquement conducteur.
De préférence, le dispositif d’ajustement comprend un moyen de verrouillage pour verrouiller l’ajustement du dispositif d’ajustement.
Optionnellement, le moyen de verrouillage comprend un écrou auto freinant.
La présente invention a également pour objet une machine électrique comprenant un corps, des ailettes thermiquement conductrices réparties autour du corps, et un système de nacelle tel que défini précédemment.
Avantageusement, le carénage comprend un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique correspondant au coefficient de dilatation thermique du matériau du corps de la machine électrique.
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 :
Exposé détaillé d’au moins un mode de réalisation
La représente schématiquement une machine 2 électrique. La machine 2 électrique comprend un corps 4 de forme cylindrique, des ailettes 6 thermiquement conductrices réparties autour du corps 4 et un système 8 de nacelle. Le système 8 de nacelle comprend un carénage 10 configuré pour épouser la forme de la machine 2 électrique et un dispositif d’ajustement 12 configuré pour maintenir le carénage 10 et le plaquer autour des ailettes 6. On entend par système 8 de nacelle l’ensemble composé par le carénage 10 et le dispositif d’ajustement 12.
La machine 2 électrique comprend par exemple un moteur d’aéronef muni d’ailettes 6 thermiquement conductrices configurées pour effectuer un échange de chaleur entre les ailettes 6 et l’air dans lequel évolue l’aéronef.
Le système 8 de nacelle est destiné à améliorer le refroidissement des ailettes 6 de refroidissement de la machine 2 électrique.
Le carénage 10 comprend une portion 14 de carénage 10, par exemple une tôle métallique de faible épaisseur, par exemple de 1 mm d’épaisseur, formée par exemple d’un alliage d’aluminium. Dans un autre mode de réalisation, la portion 14 de carénage 10 est formée d’un autre matériau métallique, ou polymère, ou composite, ou thermoplastique, ou thermodurcissable ou d’un alliage d’aluminium. La portion 14 de carénage 10 est légèrement flexible et maintenue en forme par le dispositif d’ajustement 12 pour épouser au mieux les ailettes 6 de la machine 2 électrique.
Ici la forme est sensiblement cylindrique pour que le carénage 10 prenne la forme d’une bague annulaire de dimension longitudinale définie, par exemple de même dimension qu’une dimension de la machine 2 électrique selon l’axe longitudinal L, et de section transversale circulaire, ou elliptique, ou sensiblement similaire à la section transversale de la machine 2 électrique.
Le dispositif d’ajustement 12 comprend au moins un moyen de liaison 16. Le moyen de liaison 16 comprend par exemple un tirant d’assemblage 18 reliant deux extrémités 20 de la portion 14 de carénage 10 de manière à rapprocher les deux extrémités 20 ou à maintenir les deux extrémités 20 à une distance constante l’une de l’autre. Avantageusement, Le dispositif d’ajustement 12 comprend une équerre 22 disposée sur une extrémité 20. De préférence, le dispositif d’ajustement 12 comprend une deuxième équerre 22 disposée sur la deuxième extrémité 20, les deux équerres 22 étant reliées par le tirant d’assemblage 18. Le dispositif d’ajustement 12 permet par exemple de mettre en contact les deux extrémités 20 de la portion 14 de carénage 10. Les équerres 22 permettent également de renforcer le carénage 10.
Dans l’exemple de la , le système 8 de nacelle comprend une portion 14 de carénage 10 maintenue par trois tirants d’assemblage 18 maintenant le carénage 10 dans une forme de cylindre de section circulaire constante selon l’axe longitudinal du carénage 10. En outre, le dispositif d’ajustement 12 permet de maintenir le carénage 10 dans une forme sensiblement similaire à la section transversale de la machine 2 électrique. Avantageusement, les tirants d’assemblage 18 sont amovibles de manière à pouvoir séparer les deux extrémités 20 et ainsi pouvoir retirer le carénage 10 de la machine 2 électrique.
Un tirant d’assemblage 18 est par exemple une pièce mécanique réglable réalisée avec un système de vis et/ou fermeture à levier et/ou fermeture à bascule. En particulier, un tirant d’assemblage 18 relie les équerres 22 en permettant de régler l’écart entre les équerres 22. Dans l’exemple de la , chacun des trois tirants 18 relie deux équerres 22 de manière à maintenir les deux équerres 22 à une distance constante l’une de l’autre.
De préférence, le carénage 10 comprend des trous 24 perforés dans la matière du carénage 10 ou réalisés lors de la mise en forme du carénage 10 par exemple lors d’un procédé d’estampillage et répartis le long d’une périphérie du carénage 10, par exemple de manière uniforme. Avantageusement, le dispositif d’ajustement 12 comprend des moyens de fixation 26 configurés pour être disposés dans les trous 24 et pour fixer le carénage 10 à la machine 2 électrique, de préférence au contact des ailettes 6 de manière à optimiser des flux de fluide pour le refroidissement de la machine 2 électrique. Les moyens de fixations 26 comprennent par exemple des vis et/ou des colonnettes et/ou des rondelles.
Dans un mode de réalisation, les trous 24 sont répartis de manière non uniforme sur le carénage 10. De préférence, les ailettes 6 sont en contact avec le carénage 10 de sorte que le carénage 10 assure également la fonction de diffuseur de chaleur.
Dans un mode de réalisation, le système 8 de nacelle comprend un matériau d’interface 28 en contact avec le carénage 10 d’une part et avec les ailettes 6 d’autre part de manière à protéger les ailettes 6 du contact avec le carénage 10, notamment dans le cas d’ailettes 6 fragiles.
Le matériau d’interface 28 comprend par exemple une mousse ou un matériau doux tel que le téflon. De préférence, le matériau d’interface 28 comprend un matériau thermiquement conducteur recouvrant une surface interne du carénage 10. En outre, le matériau d’interface 28 transmet la chaleur évacuée par les ailettes 6 au carénage 10. Le matériau d’interface 28 participe ainsi au refroidissement des ailettes 6 en formant une interface thermique entre les ailettes 6 et le carénage 10.
Avantageusement, le dispositif d’ajustement 12 permet de mettre en appui le carénage 10 sur les ailettes 6 de sorte que la force exercée par le carénage 10 sur les ailettes 6 est répartie de manière sensiblement uniforme sur les ailettes 6.
Le carénage 10 est par exemple fixé à la machine 2 électrique par des moyens de fixation 26 amovibles de manière à pouvoir dissocier le carénage 10 de la machine 2 électrique. En outre, les moyens de fixation 26 maintiennent le carénage 10 dans une forme sensiblement cylindrique autour des ailettes 6.
Lorsque la machine 2 électrique est logée dans le carénage 10, le carénage 10 permet de canaliser l’air le long d’une surface des ailettes 6 de manière à augmenter la quantité de chaleur échangée entre les ailettes 6 et l’air. En outre, un flux d’air est dirigé vers les ailettes 6 et le refroidissement de la machine 2 électrique est amélioré notamment grâce à une réduction des pertes de charges et/ou une diminution des fuites d’air hors des ailettes 6. Avantageusement, le flux d’air est concentré exclusivement dans les ailettes 6. En outre, la surface d’échange thermique des ailettes 6 lorsque la machine 2 électrique est logée dans le carénage 10 est supérieure à la surface d’échange thermique des ailettes 6 lorsque la machine 2 électrique n’est pas logée dans le carénage 10.
Optionnellement, des ouvertures (non représentées) sont réalisées dans la matière du carénage 10 de manière à augmenter le flux d’air refroidissant les ailettes 6 via un import d’air secondaire.
La canalisation de l’air permet d’améliorer les performances de la machine 2 électrique. Par exemple dans le cas du moteur d’aéronef, en particulier électrique, la canalisation permet d’augmenter la capacité du moteur à fournir de la puissance pour propulser l’aéronef.
De préférence, le dispositif d’ajustement 12 permet au carénage 10 d’épouser parfaitement la forme de la machine 2 électrique munie d’ailettes 6 de sorte que tout l’air disponible refroidisse les ailettes 6.
Avantageusement, le carénage 10 comprend un matériau thermiquement conducteur de manière à dissiper la chaleur émise par les ailettes 6 et transmise au carénage 10. Le carénage 10 comprend dans ce cas un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique correspondant au coefficient de dilation thermique d’un matériau de la machine 2 électrique, correspondant dans le cas du moteur d’aéronef au coefficient de dilatation thermique d’un matériau du corps 4 du moteur d’aéronef.
En outre, le coefficient de dilatation thermique du matériau du carénage 10 est égal au coefficient de dilation thermique du matériau de la machine 2 électrique. De préférence, le matériau du carénage 10 est le même que celui formant la machine 2 électrique de sorte que les dilatations thermiques de la machine 2 électrique et du carénage 10 sont de même nature.
On a représenté schématiquement sur la un agrandissement d’une zone de la représentant notamment une vue détaillée d’une partie du dispositif d’ajustement 12. Le dispositif d’ajustement 12 comprend un tirant 18 reliant deux extrémités 20 du carénage 10 et un moyen de verrouillage 30 de manière à verrouiller l’ajustement du tirant 18.
Le moyen de verrouillage 30 est configuré pour verrouiller l’ajustement du dispositif d’ajustement 12. Le moyen de verrouillage 30 permet par exemple d’éviter les mouvements relatifs entre le carénage 10 et le dispositif d’ajustement 12 lors de vibrations du carénage 10 et/ou de la machine 2 électrique.
Le moyen de verrouillage 30 comprend par exemple un écrou muni d’un dispositif empêchant le desserrage de l’écrou sans empêcher le démontage de l’écrou. Le moyen de verrouillage 30 comprend par exemple un écrou à créneaux et/ou un écrou à bague incorporé et/ou un écrou freiné et/ou un écrou auto freinant.
Le dispositif d’ajustement 12 comprend une première équerre 22 disposée sur une extrémité 20, l’extrémité 20 comprenant un bord tombé 32. Le bord tombé 32 permet par exemple de renforcer l’extrémité 20, de protéger un utilisateur lors de la pose du système 8 de nacelle et de faciliter l’alignement des deux extrémités 20 du carénage 10. Le bord tombé 32 permet une jonction étanche des deux extrémités 20 du carénage 10.
Avantageusement l’équerre 22 comprend une ouverture d’accès 34 en regard du tirant 18 de manière à faciliter l’accès au tirant 18 et donc à faciliter son installation.
Le dispositif d’ajustement 12 comprend un dispositif de fixation 36 muni d’une équerre 22, le dispositif de fixation 36 étant disposé sur la deuxième extrémité 20. Le dispositif de fixation 36 permet de renforcer la tenue du tirant 18 sur la deuxième extrémité 20.
On a représenté schématiquement sur la , le système 8 de nacelle de la déposé de la machine 2 électrique. La dépose du carénage 10 de la machine 2 électrique est par exemple facilitée par l’utilisation d’un tirant d’assemblage 18 tel que décrit précédemment.
Dans un autre mode de réalisation représenté schématiquement sur la , le carénage 10 du système 8 de nacelle comprend deux portions 14 de carénage 10 de dimensions identiques. Dans un autre mode de réalisation, les portions 14 de carénage 10 peuvent être en nombre différent et de dimensions différentes les unes des autres. Optionnellement, les portions 14 de carénage 10 comprennent différents matériaux, par exemple un matériau thermoplastique, un matériau thermodurcissable, un matériau composite ou un alliage d’aluminium.
Les portions 14 de carénage 10 sont reliées entre elles par plusieurs moyens de liaison 16. Le système 8 de nacelle représenté comprend deux moyens de liaison 16 identiques. Dans un autre mode de réalisation, le système 8 de nacelle comprend un nombre de moyens de liaison 16 différent, les moyens de liaison 16 étant identiques ou différents.
Sur la , chaque moyen de liaison 16 est disposé entre deux portions 14 de carénage 10 de sorte que les portions 14 de carénage 10 forment le carénage 10. Plus précisément, chaque moyen de liaison 16 est disposé entre deux extrémités 20 de portion 14 de carénage 10 différentes. Les moyens de liaison 16 comprennent par exemple des tirants d’assemblage 18, et/ou des vis, et/ou écrous et/ou rivets. Avantageusement les moyens de liaison 16 sont amovibles de manière à pouvoir dissocier les portions 14 de carénage 10.
Dans le mode de réalisation illustré sur la , chaque moyen de liaison 16 comprend trois tirants d’assemblage 18 du carénage 10. Chaque tirant 18 est disposé entre deux équerres 22. Le nombre de portions 14 de carénage 10 permet par exemple d’ajuster au mieux le carénage à la forme de la machine 2 électrique contre laquelle le carénage 10 est destiné à être plaqué. Le nombre de moyens de liaison 16 et leur nature garantissent par exemple que le carénage 10 est bien plaqué contre les ailettes 6 de la machine 2 électrique et/ou que l’ajustement du carénage 10 autour de la machine 2 électrique ne sera pas modifié lors de l’utilisation de la machine 2 électrique.
Dans un autre mode de réalisation, le moyen de liaison 16 est simplement une charnière, ou tout autre mode d’accroche des portions 14 de carénage 10 entre elles. Au moins un moyen de liaison 16 reste ajustable comme décrit précédemment.
Dans un autre mode de réalisation, le dispositif d’ajustement 12 permet de maintenir le carénage 10 dans une forme correspondant à une machine 2 électrique de forme non cylindrique de sorte que le carénage 10 est disposé autour des ailettes 6 de la machine 2 électrique, notamment au moyen de plusieurs portions 14 de carénage 10 et de moyens de liaison 16.
Dans un mode de réalisation particulier, un carénage tel que décrit précédemment s'adapte par exemple à un moteur électrique et/ou à un moteur thermique et/ou à un générateur et/ou à un ventilateur et/ou à un échangeur. La machine 2 électrique comprend par exemple un moteur intelligent comprenant un moteur électrique et son organe de pilotage électronique avantageusement utilisé dans le domaine aéronautique.
Dans un mode de réalisation, un moteur d’aéronef comprenant un système 8 de nacelle tel que défini précédemment forme un module moteur d’aéronef léger et compact prêt à être installé dans un aéronef.
En particulier la structure du module moteur permet d’assurer un refroidissement du moteur performant et ce indépendamment de l’aéronef dans lequel le module moteur est installé.
L’installation du module moteur dans un aéronef est facilitée notamment grâce au caractère modulaire du module moteur, au refroidissement performant et autonome du module moteur, et au caractère amovible du système 8 de nacelle.
Claims (10)
- Système (8) de nacelle pour une machine (2) électrique munie d’ailettes (6) de refroidissement caractérisé en ce qu’il comprend un carénage (10) configuré pour épouser la forme de la machine (2) électrique et un dispositif d’ajustement (12) configuré pour maintenir le carénage (10) et le plaquer autour des ailettes (6) de refroidissement de la machine (2) électrique, le carénage (4) comprenant au moins une portion (14) de carénage (10), le dispositif d’ajustement (12) comprenant au moins un moyen de liaison (16) disposé entre deux extrémités (20) de portion (14) de carénage (10).
- Système (8) selon la revendication 1, dans lequel le carénage (10) comprend des trous (24) répartis le long d’une périphérie du carénage (10) et dans lequel le dispositif d’ajustement (12) comprend des moyens de fixation (26) disposés dans les trous (24) de manière à fixer le carénage (10) à la machine (2) électrique.
- Système (8) selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le moyen de liaison (16) comprend un tirant d’assemblage (18) et au moins deux équerres (22) disposées chacune sur une extrémité (20) de portion (14) de carénage (10), les deux équerres (22) étant jointes par le tirant d’assemblage (18).
- Système (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le carénage (10) comprend plusieurs portions (14) de carénage (10), le dispositif d’ajustement (12) comprenant plusieurs moyens de liaison (16) disposés chacun entre deux extrémités (20) de portions (14) de carénage (10).
- Système (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant un matériau d’interface (28) en contact avec le carénage (10) et configuré pour être au contact des ailettes (6) de refroidissement, le matériau d’interface (28) étant configuré pour protéger les ailettes (6) et/ou permettre une interface thermique entre les ailettes (6) et le carénage (10).
- Système (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le carénage (10) comprend un matériau thermiquement conducteur.
- Système (8) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le dispositif d’ajustement (12) comprend un moyen de verrouillage (30) pour verrouiller l’ajustement du dispositif d’ajustement (12).
- Système (8) selon la revendication 7, dans lequel le moyen de verrouillage (30) comprend un écrou auto freinant.
- Machine (2) électrique comprenant un corps (4), des ailettes (6) thermiquement conductrices réparties autour du corps (4), et un système (8) de nacelle selon l’une quelconque des revendications 1 à 8.
- Machine (2) électrique selon la revendication 9, dans laquelle le carénage (10) comprend un matériau ayant un coefficient de dilatation thermique correspondant au coefficient de dilatation thermique du matériau du corps (4) de la machine (2) électrique.
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