WO2015011192A1 - Raccord hydraulique pour machine électrique à refroidissement liquide - Google Patents

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Bertrand Vedy
Jean-Louis Linda
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Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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Michelin Recherche et Technique SA Switzerland
Compagnie Generale des Etablissements Michelin SCA
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/20—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the present invention relates to rotating electrical machines. In particular, but not exclusively, it relates to electrical machines of very high mass power, especially for applications in the field of mobility. More specifically, the present invention relates to liquid-cooled electrical machines.
  • the weld performed does not exceed a width of one millimeter.
  • this outer jacket having a non-flat outer surface the weld is extremely difficult to achieve, and does not guarantee a solid all-round.
  • the present invention relates to a rotating electrical machine comprising a rotatable inner rotor about an axis of rotation, and a stator comprising a laminated magnetic circuit surrounding the rotor, the machine further comprising a liquid cooling device, which device comprising a casing provided with a duct for the circulation of a cooling liquid, an outer casing surrounding the casing, and at least one tube for conveying the cooling liquid towards the pipe, this tube being situated at the outside of the outer jacket, the electric machine being characterized in that it further comprises a connecting piece intended to effect the connection between the transport tube and the outer jacket.
  • the present invention also applies in the case of a coolant discharge tube.
  • a cooling device necessarily comprises two tubes, respectively for the routing and evacuation of the coolant.
  • all the features of the present invention apply, mutatis mutandis, to the securing of a discharge tube on the outer jacket. It being understood that the two inventions can be used independently of one another.
  • the connecting piece is a cylindrical piece intended to be installed on the outer sleeve along an axis not perpendicular to a tangent to the surface of the outer sleeve, and the coupling piece is cut so as to provide a support surface on the surface of the outer jacket.
  • the outer jacket comprises a machining oblong or elliptical, made in the axis of installation of the connecting piece, and corresponding to the inner diameter of the bearing surface.
  • the bearing surface of the connecting piece on the outer sleeve allows mechanical positioning of the parts, even before the fastening is performed, which facilitates the manufacture of the machine. Moreover, it is then possible to make a larger size weld, and therefore more solid, than in the devices of the state of the art. In addition, such an arrangement ensures that the delivery tube does not protrude inside the outer jacket, which is sometimes the case in devices of the state of the art.
  • connection between the connecting piece and the outer sleeve is made by welding.
  • connection between the connecting piece and the conveying tube is effected by a means comprised in the group comprising: brazing, bonding, welding.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an electric machine comprising a rotatable inner rotor about an axis of rotation, and a stator comprising a laminated magnetic circuit surrounding the rotor, the machine further comprising a device for liquid cooling, this device comprising a casing provided with a pipe for the circulation of a coolant, an outer jacket surrounding the casing, and at least one tube for conveying the cooling liquid to the pipe, the method comprising the following steps:
  • An oblong or elliptical hole is made in the outer jacket
  • a piece of cylindrical coupling cut to form an oblong or elliptical shaped bearing surface is fastened by welding on the outer jacket, the connecting piece being installed in an axis that is not perpendicular to a tangent to the jacket.
  • the conveying tube is secured inside the fitting part.
  • FIG. 1 shows an outer jacket, a conveying tube and a coupling part of a machine according to the invention
  • FIG. 2 shows more precisely a connecting piece and a part of a conveyor tube of a machine according to the invention.
  • Figures 1 and 2 show only the main elements of the present invention, and do not include all the conventional elements of an electric machine, such as the rotor, the stator, the winding. ...
  • Figure 1 thus shows an outer jacket 1.
  • This outer jacket has a cylindrical outer surface. It is, for example, machined aluminum, a thickness of 2.5 millimeters.
  • This figure also shows a routing tube 2, for conveying the coolant from the outside of the jacket to the pipes, not shown, of the cooling device, located inside the outer jacket.
  • connection between the outer liner 1 and the routing tube is effected by means of the connecting piece 3.
  • This connecting piece is a cylindrical piece cut so as to allow its installation on the outer sleeve 1.
  • the inside diameter of the connecting piece 3 is slightly greater than the outside diameter of the delivery tube 2.
  • This connecting piece is installed along an axis x which is not perpendicular to a tangent to the surface of the outer sleeve.

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Abstract

La présente invention concerne une machine électrique tournante comprenant un rotor intérieur rotatif autour d'un axe de rotation, et un stator comprenant un circuit magnétique feuilleté entourant le rotor, la machine comprenant en outre un dispositif de refroidissement liquide, ce dispositif comprenant un carter muni d'une canalisation destinée à la circulation d'un liquide de refroidissement, une chemise externe entourant le carter, et au moins un tube d'acheminement du liquide de refroidissement vers la canalisation, ce tube étant situé à l'extérieur de la chemise externe, la machine électrique étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce de raccord destinée à effectuer la solidarisation entre le tube d'acheminement et la chemise externe. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d'une telle machine.

Description

Raccord hydraulique pour machine électrique à refroidissement liquide
DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne les machines électriques tournantes. En particulier, mais non exclusivement, elle concerne les machines électriques de très forte puissance massique, notamment pour des applications dans le domaine de la mobilité. De manière plus précise, la présente invention concerne les machines électriques à refroidissement par liquide.
[0002] Etant donné que le rendement de machines électriques ne peut être de 100%, il convient d'assurer une bonne dissipation des calories dégagées lors du fonctionnement de la machine. Cette dissipation devient même critique lorsque la puissance massique des machines s'élève. En effet, malgré tout le soin apporté au choix des matériaux et à la construction des machines électriques, on sait qu'il est inévitable, lorsque Ton fait traverser un courant électrique important au travers du stator de ces machines, de devoir évacuer les calories dues aux pertes, par exemple par effet Joule.
[0003] On sait que, pour de telles applications, le refroidissement par un liquide caloporteur est plus efficace que le refroidissement par air. On connaît différents dispositifs de refroidissement par liquide, notamment par la demande EP 1756929, déposée au nom de la demanderesse, qui décrit une machine électrique dans laquelle le stator comprend un fourreau extérieur, ou chemise externe, contenant une canalisation destinée à la circulation d'un liquide de refroidissement. La canalisation formant un parcours autour de la surface enveloppe extérieure du circuit magnétique, la canalisation formant deux tronçons géométriquement parallèles, fonctionnellemènt en série.
[0004] Le choix d'un refroidissement par liquide implique également l'installation de canalisations destinées à amener et à évacuer le liquide caloporteur. Dans les dispositifs connus, ces canalisations, qu'on appellera tube par la suite, sont directement soudées sur la chemise externe entourant le carter de refroidissement.
[0005] Du fait de la dimension des pièces, la soudure effectuée n'excède pas une largeur de un millimètre. Or, cette chemise externe offrant une surface externe non plane, cette soudure est donc extrêmement difficile à réaliser, et ne garantit pas une solidité à toute épreuve.
FEU I LLE DE REM PLACEM ENT (RÈG LE 26) BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
[0006] La présente invention vise donc à proposer une solution permettant de renforcer la liaison entre le tube d'arrivée du liquide de refroidissement et la chemise externe du dispositif de refroidissement.
[0007] Ainsi, la présente invention concerne une machine électrique tournante comprenant un rotor intérieur rotatif autour d'un axe de rotation, et un stator comprenant un circuit magnétique feuilleté entourant le rotor, la machine comprenant en outre un dispositif de refroidissement liquide, ce dispositif comprenant un carter muni d'une canalisation destinée à la circulation d'un liquide de refroidissement, une chemise externe entourant le carter, et au moins un tube d'acheminement du liquide de refroidissement vers la canalisation, ce tube étant situé à l'extérieur de la chemise externe, la machine électrique étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce de raccord destinée à effectuer la solidarisation entre le tube d'acheminement et la chemise externe. [0008] Il est à noter que la présente invention s'applique également dans le cas d'un tube d'évacuation du liquide de refroidissement. En effet, un dispositif de refroidissement comporte nécessairement deux tubes, permettant respectivement l'acheminement et l'évacuation du liquide de refroidissement. Ainsi, toutes les caractéristiques de la présente invention s'appliquent, mutatis mutandis, à la solidarisation d'un tube d'évacuation sur la chemise externe. Etant entendu que les deux inventions peuvent être utilisées indépendamment l'un de l'autre.
[0009] Dans une réalisation préférentielle, la pièce de raccord est une pièce cylindrique destinée à être installée sur la chemise externe selon un axe non perpendiculaire à une tangente à la surface de la chemise externe, et la pièce de raccord est découpée de manière à offrir une surface d'appui sur la surface de la chemise externe. [0010] De manière préférentielle encore, la chemise externe comprend un usinage de forme oblong ou elliptique, réalisé dans l'axe d'installation de la pièce de raccord, et correspondant au diamètre intérieur de la surface d'appui.
[0011] Ainsi, dans cette réalisation, la surface d'appui de la pièce de raccord sur la chemise externe permet un positionnement mécanique des pièces, avant même que la solidarisation ne soit effectuée, ce qui facilite la fabrication de la machine. Par ailleurs, il est alors possible d'effectuer une soudure de taille plus importante, donc plus solide, que dans les dispositifs de l'état de la technique. En outre, une telle disposition permet de garantir que le tube d'acheminement ne dépasse pas à l'intérieur de la chemise externe, ce qui est parfois le cas dans les dispositifs de l'état de la technique.
[0012] Dans une réalisation préférentielle, la solidarisation entre la pièce de raccord et la chemise externe est effectuée par soudure. Dans une autre réalisation préférentielle, la solidarisation entre la pièce de raccord et le tube d'acheminement est effectuée par un moyen compris dans le groupe comprenant : brasure, collage, soudure. [0013] L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une machine électrique comprenant un rotor intérieur rotatif autour d'un axe de rotation, et un stator comprenant un circuit magnétique feuilleté entourant le rotor, la machine comprenant en outre un dispositif de refroidissement liquide, ce dispositif comprenant un carter muni d'une canalisation destinée à la circulation d'un liquide de refroidissement, une chemise externe entourant le carter, et au moins un tube d'acheminement du liquide de refroidissement vers la canalisation, le procédé comprenant les étapes suivantes :
On usine dans la chemise externe un trou de forme oblong ou elliptique,
On solidarise par soudure, sur la chemise externe, une pièce de raccord de forme cylindrique découpée de manière à offrir une surface d'appui de forme oblong ou elliptique, la pièce de raccord étant installée dans un axe non perpendiculaire à une tangente à la chemise externe,
On solidarise le tube d'acheminement à l'intérieur de la pièce de raccord.
[0014] De la même façon que pour la machine électrique, ce procédé de fabrication s'applique mutatis mutandis au cas où il s'agit d'un tube d'évacuation.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0015] D'autres objectifs et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré mais non limitatif, illustré par les figures suivantes dans lesquelles : • la figure 1 montre une chemise externe, un tube d'acheminement et une pièce de raccord d'une machine selon l'invention,
• la figure 2 montre plus précisément une pièce de raccord et une partie d'un tube d'acheminement d'une machine selon l'invention.
DESCRIPTION DU MEILLEUR MODE DE REALISATION DE L'INVENTION
[0016] Par mesure de simplification, les figures 1 et 2 montrent uniquement les éléments principaux de la présente invention, et ne reprennent pas l'ensemble des éléments classiques d'une machine électrique, tels que le rotor, le stator, le bobinage ....
[0017] La figure 1 montre ainsi une chemise externe 1. Cette chemise externe présente une surface externe cylindrique. Elle est, par exemple, en aluminium usiné, d'une épaisseur de 2.5 millimètres. Cette figure montre également un tube d'acheminement 2, permettant d'acheminer le liquide caloporteur de l'extérieur de la chemise vers les canalisations, non représentées, du dispositif de refroidissement, situées à l'intérieur de la chemise externe.
[0018] La solidarisation entre la chemise externe 1 et la tube d'acheminement est effectuée par l'intermédiaire de la pièce de raccord 3. Cette pièce de raccord est une pièce cylindrique découpée de manière à permettre son installation sur la chemise externe 1. Le diamètre intérieur de la pièce de raccord 3 est légèrement supérieur au diamètre extérieur du tube d'acheminement 2. Cette pièce de raccord est installée selon un axe x qui n'est pas perpendiculaire à une tangente à la surface de la chemise externe.
[0019] Le découpage de la pièce de raccord 3 forme une surface oblong ou cylindrique. L'orifice ménagé dans la chemise externe (non apparent sur cette figure) pour permettre le passage du liquide caloporteur est usiné de manière correspondante, à savoir oblong ou elliptique, selon l'axe x.
[0020] Par ailleurs, ainsi que montré sur la figure 2, le tube d'acheminement 2 est solidarisé à l'intérieur de la pièce de raccord 3. Cette solidarisation peut être effectuée par l'un des moyens suivants : soudure, brasure, collage. [0021] On constate sur cette figure que les surfaces 4 qui permettent d'effectuer la soudure, sont de taille relativement importante, ce qui garantit la solidité du dispositif.
[0022] Un autre avantage réside dans le fait que l'utilisation de cette pièce de raccord permet d'avoir une plus grande souplesse dans le choix du tube d'acheminement, puisqu'on peut modifier le tube sans qu'il soit nécessaire d'effectuer une modification dans l'usinage de la chemise externe.
[0023] Ainsi, la présente invention propose une solution permettant de solidariser de manière efficace et solide les tubes d'acheminement et/ou d'évacuation de liquide caloporteur sur la chemise externe d'un dispositif de refroidissement d'une machine électrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Machine électrique tournante comprenant un rotor intérieur rotatif autour d'un axe de rotation, et un stator comprenant un circuit magnétique feuilleté entourant le rotor, la machine comprenant en outre un dispositif de refroidissement liquide, ce dispositif comprenant un carter muni d'une canalisation destinée à la circulation d'un liquide de refroidissement, une chemise externe entourant le carter, et au moins un tube d'acheminement du liquide de refroidissement vers la canalisation, ce tube étant situé à l'extérieur de la chemise externe, la machine électrique étant caractérisée en ce qu'elle comprend en outre une pièce de raccord destinée à effectuer la solidarisation entre le tube d'acheminement et la chemise externe.
2. Machine électrique selon la revendication 1, dans laquelle la pièce de raccord est une pièce cylindrique destinée à être installée sur la chemise externe selon un axe non perpendiculaire à une tangente à la surface de la chemise externe, la pièce de raccord étant découpée de manière à offrir une surface d'appui sur la surface de la chemise externe.
3. Machine électrique selon la revendication 2, dans laquelle la chemise externe comprend un usinage de forme oblong ou elliptique, réalisé dans l'axe d'installation de la pièce de raccord, et correspondant au diamètre intérieur de la surface d'appui.
4. Machine électrique selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le diamètre intérieur de la pièce de raccord est supérieur au diamètre extérieur du tube d'acheminement.
5. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la solidarisation entre la pièce de raccord et la chemise externe est effectuée par soudure.
6. Machine électrique selon l'une des revendications précédentes, dans laquelle la solidarisation entre la pièce de raccord et le tube d'acheminement est effectuée par un moyen compris dans le groupe comprenant : brasure, collage, soudure. Procédé de fabrication d'une machine électrique comprenant un rotor intérieur rotatif autour d'un axe de rotation, et un stator comprenant un circuit magnétique feuilleté entourant le rotor, la machine comprenant en outre un dispositif de refroidissement liquide, ce dispositif comprenant un carter muni d'une canalisation destinée à la circulation d'un liquide de refroidissement, une chemise externe entourant le carter, et au moins un tube d'acheminement du liquide de refroidissement vers la canalisation,
le procédé comprenant les étapes suivantes :
On usine dans la chemise externe un trou de forme oblong ou elliptique,
On solidarise par soudure, sur la chemise externe, une pièce de raccord de forme cylindrique découpée de manière à offrir une surface d'appui de forme oblong ou elliptique, la pièce de raccord étant installée dans un axe non perpendiculaire à une tangente à la chemise externe,
On solidarise le tube d'acheminement à l'intérieur de la pièce de raccord.
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