WO2016189230A1 - Machine electrique tournante a circuit de refroidissement optimise - Google Patents

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WO2016189230A1
WO2016189230A1 PCT/FR2016/051191 FR2016051191W WO2016189230A1 WO 2016189230 A1 WO2016189230 A1 WO 2016189230A1 FR 2016051191 W FR2016051191 W FR 2016051191W WO 2016189230 A1 WO2016189230 A1 WO 2016189230A1
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WO
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coolant
rotor
shaft
outlet holes
electric machine
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/051191
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Inventor
Lilya Bouarroudj
Michel Fakes
Régis SEIDENBINDER
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K2213/03—Machines characterised by numerical values, ranges, mathematical expressions or similar information
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/003—Couplings; Details of shafts

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine with optimized cooling circuit.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with high power reversible electrical machines that can operate in alternator mode and in motor mode.
  • the rotating electrical machines comprise a stator and a rotor secured to a shaft.
  • the rotor may be integral with a driving shaft and / or driven and may belong to a rotating electrical machine in the form of an alternator, an electric motor, or a reversible machine that can operate in both modes.
  • the stator is mounted in a housing configured to rotate the shaft for example by means of bearings.
  • the rotor comprises a body formed by a stack of sheets of sheets held in package form by means of a suitable fastening system, such as rivets axially passing through the rotor body from one side to the other.
  • the rotor comprises poles formed for example by permanent magnets housed in cavities formed in the magnetic mass of the rotor, as described for example in document EP0803962.
  • the poles are formed by coils wound around rotor arms.
  • the stator comprises a body consisting of a stack of thin sheets forming a ring, whose inner face is provided with notches open inwardly to receive phase windings. These windings pass through the notches of the stator body and form buns protruding from both sides of the stator body.
  • the phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel. These windings are polyphase windings connected in star or delta whose outputs are connected to a voltage rectifier bridge. In certain types of motor vehicle traction chains, a reversible power machine of high power is coupled to the vehicle gearbox.
  • the electric machine is then able to operate in an alternator mode to provide, in particular, power to the battery and to the on-board vehicle network, and in a motor mode, not only to start the engine, but also to participate pulling the vehicle alone or in combination with the engine. Given its significant power between 15kW and 50kW, the electric machine tends to heat up during operation.
  • the aim of the invention is to optimize the cooling of this type of machine, in particular at the level of the stator winding in which currents of high intensity circulate.
  • the invention proposes a rotating electrical machine comprising a cooling circuit traversed by a cooling liquid, in particular a cooling oil, said electric machine comprising a stator and a rotor, the rotor being mounted on a shaft, said shaft comprising at least two coolant outlet holes in connection with a central bore, characterized in that said coolant outlet holes are axially offset with respect to each other such that the coolant passing through by one of the outlet holes is adapted to sprinkle a base of a bun of a winding of said stator and that the coolant passing through the other exit hole is adapted to water an upper end of the same bun.
  • the invention thus makes it possible to improve the performance of the cooling circuit of the machine, thus reducing the thermal resistance of the machine and thus increasing its torque and electrical power.
  • the central bore has an oil passage section of between 0.00000315 m 2 and 0.000201 m 2 , and is preferably of the order of 0.00005026 m 2 .
  • said cooling circuit comprises one or more coolant outlet holes made exclusively in said shaft of said rotor.
  • the cooling of the machine is thus improved with respect to a cooling circuit providing a distribution of the coolant, both in the shaft and in distinct channels of the shaft, for example grooves extending between the housing and the stator.
  • a portion of the outer wall of a stator body of the rotating electrical machine forms an outer wall of said electric machine.
  • stator body to be cooled by a coolant coming directly into contact with the body, the liquid coming from an enclosure of a host device, in which device the machine is arranged.
  • a ratio between the oil passage section and a section of said shaft is between 1% and 64% and is preferably 16%.
  • a plane perpendicular to the axis of the rotor passing through an axis of each coolant outlet hole intersects a corresponding winding bun.
  • a perpendicular plane passing through an axis of each exit hole of the coolant cuts a winding bun.
  • said coolant outlet holes located on an axial side of the machine are angularly distributed regularly along a circumference of said shaft.
  • said coolant outlet holes have an identical diameter with respect to each other.
  • said coolant outlet holes are of different diameters with respect to each other. In one embodiment, said coolant outlet holes are positioned on one side of said rotor.
  • said coolant outlet holes are positioned on both sides of said rotor.
  • a ratio between a section of said outlet holes situated on an upstream side of said shaft and a section of said outlet holes located on a downstream side of said shaft with respect to a coolant inlet is between 0, 5 and 1 .2.
  • said electric machine comprises a coil formed from an enamel covered wire, and in that said cooling circuit is configured in such a way that the cooling liquid comes into direct contact with said wire coated with E-mail.
  • said winding is formed on a stator body of said electric machine.
  • said cooling circuit is configured in such a way that the coolant comes into direct contact with at least one winding bun of said stator.
  • a power of the machine may be between 10kW and 50kW.
  • an outer diameter of the rotor is between 8 and 14 cm, in particular between 10 and 12 cm, and is preferably 1 1 cm.
  • an outer diameter of the stator is between 10 and 20 cm, in particular between 13 and 18 cm, and is preferably 15 cm.
  • the invention furthermore relates to a rotating electrical machine comprising a cooling circuit traversed by a cooling liquid, in particular a cooling oil at a given flow rate, characterized in that a ratio between an electric power of said electric machine expressed in kW and a flow rate of the coolant inside said cooling circuit expressed in Liters / min is between 1 and 4.
  • the invention thus makes it possible to improve the performance of the cooling circuit of the machine, thus reducing the thermal resistance of the machine and thus increasing its torque and electrical power.
  • This type of machine is particularly suitable for hybrid vehicles, for example to be cooled by the oil of a gearbox.
  • the electric machine comprises a rotor mounted on a shaft, said shaft being provided with at least one coolant outlet hole in relation to a central bore.
  • the machine is about 14kW, said ratio is between 1, 16 and 2.33 and the flow rate of coolant is between 6 and 12 Liters / min.
  • said shaft has at least two coolant outlet holes.
  • said coolant outlet holes are offset axially with respect to each other so that the coolant passing through one of the exit holes is adapted to water a base of a bun and the coolant passing through the other outlet hole is adapted to water an upper end of the bun.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of a rotary electric machine according to the present invention
  • Figure 2 is a perspective view of the shaft of the rotating electrical machine according to the present invention
  • Fig. 3a is a longitudinal sectional view of the shaft of the electric machine according to the present invention illustrating a first embodiment of the coolant outlet holes;
  • Fig. 3b is a longitudinal sectional view of the shaft of the rotating electrical machine according to the present invention illustrating a second embodiment of the coolant outlet holes.
  • FIG. 1 shows a rotating electrical machine 10 comprising a polyphase stator 1 1 surrounding a rotor 12 with axis X1 mounted on a shaft 13.
  • the stator 11 is carried by a housing 14 configured to rotate the shaft 13 via ball bearings.
  • the stator 1 1 of the machine 10 surrounds the rotor 12 with the presence of an air gap between the inner periphery of the stator January 1 and the outer periphery of the rotor 12.
  • the rotor 12 is mounted on the shaft 13 by fitting into a zone 15
  • the shaft 13 may be subjected to a heat treatment in order to obtain sufficient surface hardness.
  • This electric machine 10 can be coupled to a gearbox 16 belonging to a motor vehicle traction chain.
  • the machine 10 is then able to operate in an alternator mode to supply, in particular, power to the battery and to the vehicle electrical system, and in a motor mode, not only to start the engine of the vehicle, but also to to participate in the traction of the vehicle alone or in combination with the engine.
  • the shaft 13 comprises a pinion 17 at one end intended to mesh with a corresponding gear of the gearbox 16.
  • the pinion 17 may for example be mounted on the shaft 13 by cooperating with a fluted inner periphery of the pinion 17 and a corresponding fluted portion 18 of the shaft 13, clearly visible in Figure 2.
  • the cooperation of longitudinal grooves of the section 18 and the pinion 17 makes it possible to link the pinion 17 in rotation with the shaft 13.
  • the power of the machine 10 may be for example between 10kW and 50kW.
  • an outer diameter of the rotor 12 is between 8 and 14 cm, in particular between 10 and 12 cm, and is preferably 1 1 cm.
  • An outside diameter of the stator January 1 is between 10 and 20 cm, especially between 13 and 18 cm, and is preferably 15 cm.
  • the rotor 12 comprises a body 19 in the form of a plate package to reduce the eddy currents.
  • Permanent magnets 20 are implanted in openings of the body 19.
  • the magnets 20 may be of rare earth or ferrite depending on the applications and the desired power of the machine 10.
  • the poles of the rotor 12 may be formed by coils.
  • the stator January 1 comprises a body 23 in the form of a pack of sheets with notches, for example of the semi-closed type, equipped with notch insulation for mounting the coil 24.
  • the coil 24 comprises a set phase windings passing through the notches of the body 23 of the stator January 1 and forming a front bun 25a located on the side of the pinion 17 and a rear bun 25b located on the opposite side projecting on either side of the body 23 of the stator 1 1.
  • phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel.
  • the phase windings are made from conductive elements in the form of pins connected together for example by welding. These windings are, for example, three-phase windings connected in a star or in a triangle.
  • the outputs of the phase windings are connected to a rectifier bridge and / or inverter comprising electronic components, such as diodes or MOSFET type transistors, especially when it is a reversible machine.
  • the electrical machine 10 is cooled by means of a cooling circuit 28 arranged to allow in particular the flow of a cooling liquid, in this case oil, between the casing 14 and the body 23 of the stator 1 1, in the direction of the axis X1.
  • the cooling circuit 28 comprises a pump 29 for conveying the oil, in a distribution chamber 30 formed in the housing 14, which allows the oil to circulate inside grooves 31 ' extending axially along the stator January 1 and angularly distributed regularly on the circumference of the stator January 1.
  • the cooling circuit 28 operates in closed loop, so that the oil is taken by the pump 29 in a reservoir 39 and is recovered after circulation in the machine 10 in the reservoir 39.
  • the cooling circuit 28 is configured in such a way that the oil comes into direct contact with the enamel coated wire of the winding 24.
  • direct contact is meant direct oil spraying from an oil outlet to the enamelled wire without the oil coming into contact with an intermediate element, such as a liquid projection blade, a deflector or the rotor 12, before coming into contact with the winding wire 24.
  • the oil flows in an axial bore 32 made in the shaft 13 of the rotor 12 and in the outlet holes 33 coming from the bore 32 having an axis X2 of radial orientation and opening opposite the two buns 25a, 25b of the coil 24, that is to say that each plane P1 perpendicular to the axis X1 of the rotor 12 passing through an axis X2 of an exit hole 33 coolant cut a corresponding bun 25a, 25b (see Figures 1 and 3a).
  • the central bore 32 has an inlet 34 of coolant corresponding to the open end of the bore 32 formed on the side of an axial end of the shaft 13.
  • the liquid inlet 34 is situated at the axial end of the shaft 13 on the side of which the pinion 17 is positioned.
  • the liquid inlet 34 can be made on the opposite side to the pinion 17.
  • outlet 33 of coolant are positioned on both sides of the rotor 12.
  • the enamel is made of a material chosen from one of the following materials: polyamide or polyamide; imide.
  • the oil is selected from hydraulic fluids, including gearbox transmission oils with single clutch or dual clutch or automatic.
  • the enamel thickness is between 0.1 and 0.3mm.
  • the shaft 13 has two outlet holes 33 of coolant.
  • the outlet holes 33 located on the same side of the rotor 12 may have X2 axes aligned relative to each other.
  • the outlet holes 33 located on one and the same side of the rotor 12 are offset axially relative to each other by a distance L1, so that the liquid cooling from one of the outlet holes 33 is adapted to sprinkle a base of a bun 25a, 25b (located on the side of the body 23 of the stator 1 1) and that the coolant from the other hole 33 is adapted to sprinkle an upper end of the bun 25a, 25b (located on the opposite side of the body 23 of the stator January 1).
  • the two holes 33 located on the same side of the rotor 12 are preferably diametrically opposite one another.
  • the shaft 13 has more than two holes 33 on each side of the rotor 12 which are distributed angularly in a regular manner along a circumference of the shaft 13.
  • the cooling circuit 28 is devoid of grooves 31 and the corresponding distribution chamber 30.
  • the exit holes 33 of coolant are then made exclusively in the shaft 13 of the rotor 12.
  • the cooling of the machine is improved with a circuit 28 providing only a projection of oil on the buns 25a, 25b, through the holes 33 made in the shaft 13, relative to a circuit 28 ensuring a distribution oil available between the outlet holes 33 of the shaft 13 and the grooves 31.
  • the diameter L2 (see FIG. 3a) of the shaft 13 in the fitted zone 15 of the rotor 12 is of the order of 20 mm.
  • the section Sar of the shaft 13 without bore is therefore of the order of 0.000314m 2 .
  • the diameter L3 of the central bore 32 in the fitted zone 15 is of the order of 8 mm, which corresponds to a passage section of the oil Sh of the order of 0.00005026m 2 .
  • the central bore 32 being made by a deep drilling technique, it is necessary to provide a minimum material thickness radius for the mechanical strength of the order of 2mm.
  • the ratio R1 is therefore between 1% and 64%.
  • the exit holes 33 present in this case an identical diameter L4 with respect to each other.
  • the outlet holes 33 may be of different diameters L4 with respect to each other.
  • a ratio between an electrical power of the machine 10 expressed in kW and a flow rate of the coolant inside the circuit 28 expressed in Liters / min is between 0.3 and 10, especially between 0.5 and 4.
  • the flow of coolant is considered inside the central bore 32.
  • the electrical power of the machine is about 14kW, said ratio is between 1, 16 and 2.33 and the flow rate of coolant is between 6 and 12 L / min.
  • the exit holes 33 are positioned on one side of the rotor 12.
  • a single outlet hole 33 is positioned on one side of the rotor 12.
  • the rotor 12 is a wound rotor and the coolant outlet holes 33 are made in the shaft 13 so as to directly water the buns of the wound rotor 12 and / or the stator January 1 to ensure effective cooling of the machine.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante (10) comportant un circuit de refroidissement (28) parcouru par un liquide de refroidissement notamment une huile de refroidissement, la machine électrique comportant un stator et un rotor (12), le rotor (12) étant monté sur un arbre (13), ledit arbre (13) comportant au moins deux trous de sortie (33) de liquide de refroidissement en relation avec un alésage central (32), caractérisé en ce que lesdits trous de sortie (33) de liquide de refroidissement sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre de telle façon que le liquide de refroidissement passant par l'un des trous de sortie (33) est apte à arroser une base d'un chignon (25a) d'un bobinage dudit stator et que le liquide de refroidissement passant par l'autre trou de sortie est apte à arroser une extrémité haute du même chignon (25a).

Description

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE A CIRCUIT DE
REFROIDISSEMENT OPTIMISE
La présente invention porte sur une machine électrique tournante à circuit de refroidissement optimisé. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur.
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.
Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le corps du rotor de part en part. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor, comme cela est décrit par exemple dans le document EP0803962. 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 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 du corps du stator 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. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un pont redresseur de tension. 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. La machine électrique 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, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. Compte tenu de sa puissance importante comprise entre 15kW et 50kW, la machine électrique a tendance à s'échauffer en cours de fonctionnement. L'invention vise à optimiser le refroidissement de ce type de machine, en particulier au niveau du bobinage du stator dans lequel circule des courants de forte intensité.
A cet effet, l'invention propose une machine électrique tournante comportant un circuit de refroidissement parcouru par un liquide de refroidissement notamment une huile de refroidissement, ladite machine électrique comportant un stator et un rotor, le rotor étant monté sur un arbre, ledit arbre comportant au moins deux trous de sortie de liquide de refroidissement en relation avec un alésage central, caractérisée en ce que lesdits trous de sortie de liquide de refroidissement sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre de telle façon que le liquide de refroidissement passant par l'un des trous de sortie est apte à arroser une base d'un chignon d'un bobinage dudit stator et que le liquide de refroidissement passant par l'autre trou de sortie est apte à arroser une extrémité haute du même chignon.
L'invention permet ainsi d'améliorer la performance du circuit de refroidissement de la machine donc de diminuer la résistance thermique de la machine et d'augmenter ainsi son couple et sa puissance électrique.
Selon une réalisation, l'alésage central a une section de passage d'huile comprise entre 0,00000315 m2 et 0.000201 m2, et valant de préférence de l'ordre de 0.00005026 m2. Ceci permet d'améliorer la performance du circuit de refroidissement de la machine donc de diminuer la résistance thermique de la machine et d'augmenter ainsi son couple et sa puissance électrique Selon une réalisation, ledit circuit de refroidissement comporte un ou plusieurs trous de sortie de liquide de refroidissement réalisés exclusivement dans ledit arbre dudit rotor.
De manière étonnante, pour un débit de liquide de refroidissement donné entrant dans la machine, le refroidissement de la machine est ainsi amélioré par rapport à un circuit de refroidissement assurant une répartition du liquide de refroidissement, à la fois dans l'arbre et dans des canaux distincts de l'arbre, par exemple des rainures s'étendant entre le carter et le stator.
Selon une réalisation, une portion de la paroi externe d'un corps du stator de la machine électrique tournante forme une paroi externe de ladite machine électrique.
Ceci permet au corps de stator de pouvoir être refroidi par un liquide de refroidissement venant directement en contact sur le corps, le liquide étant issu d'une enceinte d'un dispositif hôte, dispositif dans lequel est disposé la machine.
Selon une réalisation, un ratio entre la section de passage d'huile et une section dudit arbre est compris entre 1 % et 64% et vaut de préférence 16%.
Selon une réalisation, un plan perpendiculaire à l'axe du rotor, passant par un axe de chaque trou de sortie de liquide de refroidissement coupe un chignon de bobinage correspondant.
Selon une réalisation, un plan perpendiculaire passant par un axe de chaque trou de sortie du liquide de refroidissement coupe un chignon de bobinage.
Selon une réalisation, lesdits trous de sortie de liquide de refroidissement situés d'un côté axial de la machine sont répartis angulairement de manière régulière suivant une circonférence dudit arbre.
Selon une réalisation, lesdits trous de sortie de liquide de refroidissement présentent un diamètre identique les uns par rapport aux autres.
Selon une réalisation, lesdits trous de sortie de liquide de refroidissement sont de diamètres différents les uns par rapport aux autres. Selon une réalisation, lesdits trous de sortie de liquide de refroidissement sont positionnés d'un seul côté dudit rotor.
Selon une réalisation, lesdits trous de sortie de liquide de refroidissement sont positionnés des deux côtés dudit rotor. Selon une réalisation, un ratio entre une section desdits trous de sortie situés d'un côté amont dudit arbre et une section desdits trous de sortie situés d'un côté aval dudit arbre par rapport à une arrivée de liquide de refroidissement est compris entre 0,5 et 1 .2. Une telle caractéristique permet de garantir une alimentation correcte des trous de sortie en liquide de refroidissement du côté aval.
Selon une réalisation, ladite machine électrique comporte un bobinage formé à partir d'un fil recouvert d'émail, et en ce que ledit circuit de refroidissement est configuré de telle façon que le liquide de refroidissement vient en contact direct avec ledit fil recouvert d'émail. Selon une réalisation, ledit bobinage est réalisé sur un corps du stator de ladite machine électrique.
Selon une réalisation, ledit circuit de refroidissement est configuré de telle façon que le liquide de refroidissement vient en contact direct avec au moins un chignon de bobinage dudit stator. Selon une réalisation, une puissance de la machine pourra être comprise entre 10kW et 50kW.
Selon une réalisation, un diamètre extérieur du rotor est compris entre 8 et 14 cm, notamment entre 10 et 12 cm, et vaut de préférence 1 1 cm.
Selon une réalisation, un diamètre extérieur du stator est compris entre 10 et 20 cm, notamment entre 13 et 18 cm, et vaut de préférence 15 cm.
Selon un aspect, l'invention concerne en outre une machine électrique tournante comportant un circuit de refroidissement parcouru par un liquide de refroidissement notamment une huile de refroidissement à un débit donné, caractérisée en ce qu'un ratio entre une puissance électrique de ladite machine électrique exprimée en kW et un débit du liquide de refroidissement à l'intérieur dudit circuit de refroidissement exprimé en Litres/min est compris entre 1 et 4.
L'invention permet ainsi d'améliorer la performance du circuit de refroidissement de la machine donc de diminuer la résistance thermique de la machine et d'augmenter ainsi son couple et sa puissance électrique. Ce type de machine est tout particulièrement adapté aux véhicules hybrides, par exemple pour être refroidi par l'huile d'une boîte de vitesse.
Selon une réalisation, la machine électrique comporte un rotor monté sur un arbre, ledit arbre étant muni d'au moins un trou de sortie de liquide de refroidissement en relation avec un alésage central.
Selon une réalisation, la machine est d'environ 14kW, ledit ratio est compris entre 1 ,16 et 2,33 et le débit de liquide de refroidissement est compris entre 6 et 12 Litres/min. Selon une réalisation, ledit arbre comporte au moins deux trous de sortie de liquide de refroidissement.
Selon une réalisation, lesdits trous de sortie de liquide de refroidissement sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre de telle façon que le liquide de refroidissement passant par l'un des trous de sortie est apte à arroser une base d'un chignon et que le liquide de refroidissement passant par l'autre trou de sortie est apte à arroser une extrémité haute du chignon.
Les caractéristiques précédentes peuvent s'appliquer seules ou en combinaison à cette aspect de l'invention.
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.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective de l'arbre de la machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 3a est une vue en coupe longitudinal de l'arbre de la machine électrique selon la présente invention illustrant un premier mode de réalisation des trous de sortie de liquide de refroidissement;
La figure 3b est une vue en coupe longitudinal de l'arbre de la machine électrique tournante selon la présente invention illustrant un deuxième mode de réalisation des trous de sortie de liquide de refroidissement.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 1 1 polyphasé entourant un rotor 12 d'axe X1 monté sur un arbre 13. Le stator 1 1 est porté par un carter 14 configuré pour porter à rotation l'arbre 13 via des roulements à billes. Le stator 1 1 de la machine 10 entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du stator 1 1 et la périphérie externe du rotor 12. Le rotor 12 est monté sur l'arbre 13 par emmanchement dans une zone 15. On pourra faire subir à l'arbre 13 un traitement thermique afin d'obtenir une dureté suffisante en surface.
Cette machine électrique 10 pourra être accouplée à une boîte de vitesses 16 appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. La machine 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.
A cet effet, l'arbre 13 comporte un pignon 17 à une extrémité destinée à engrener avec un pignon correspondant de la boîte de vitesses 16. Le pignon 17 pourra par exemple être monté sur l'arbre 13 en faisant coopérer une périphérie interne cannelée du pignon 17 et un tronçon cannelé 18 correspondant de l'arbre 13, bien visible sur la figure 2. La coopération des cannelures longitudinales du tronçon 18 et du pignon 17 permet de lier en rotation le pignon 17 avec l'arbre 13.
La puissance de la machine 10 pourra être comprise par exemple entre 10kW et 50kW. Dans un exemple de réalisation, un diamètre extérieur du rotor 12 est compris entre 8 et 14 cm, notamment entre 10 et 12 cm, et vaut de préférence 1 1 cm. Un diamètre extérieur du stator 1 1 est compris entre 10 et 20 cm, notamment entre 13 et 18 cm, et vaut de préférence 15 cm.
Plus précisément, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d'un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Des aimants permanents 20 sont implantés dans des ouvertures du corps 19. Les aimants 20 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.
Par ailleurs, le stator 1 1 comporte un corps 23 en forme de paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi-fermées, équipées d'isolant d'encoches pour le montage du bobinage 24. Le bobinage 24 comporte un ensemble d'enroulements de phase traversant les encoches du corps 23 du stator 1 1 et formant un chignon avant 25a situé du côté du pignon 17 et un chignon arrière 25b situé du côté opposé s'étendant en saillie de part et d'autre du corps 23 du stator 1 1 .
Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail. En variante, les enroulements de phase sont réalisés à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle. Les sorties des enroulements de phase sont reliées à un pont redresseur et/ou onduleur comportant des composants électroniques, tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsqu'il s'agit d'une machine réversible. La machine électrique 10 est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement 28 agencé pour permettre notamment l'écoulement d'un liquide de refroidissement, en l'occurrence de l'huile, entre le carter 14 et le corps 23 du stator 1 1 , dans la direction de l'axe X1 . A cet effet, le circuit de refroidissement 28 comporte une pompe 29 permettant d'acheminer l'huile, dans une chambre de distribution 30 ménagée dans le carter 14, laquelle permet de faire circuler l'huile à l'intérieur de rainures 31 s'étendant axialement le long du stator 1 1 et répartis angulairement de manière régulière sur la circonférence du stator 1 1 .
Le circuit de refroidissement 28 fonctionne en boucle fermée, de telle façon que l'huile est prélevée par la pompe 29 dans un réservoir 39 et est récupérée après circulation dans la machine 10 dans ce réservoir 39. En outre, afin d'améliorer sa performance, le circuit de refroidissement 28 est configuré de telle façon que l'huile vient en contact direct avec le fil recouvert d'émail du bobinage 24. Par contact direct, on entend une projection d'huile directe depuis une sortie d'huile vers le fil émaillé sans que l'huile vienne en contact avec un élément intermédiaire, tel qu'une pale de projection de liquide, un déflecteur ou le rotor 12, avant de venir en contact avec le fil du bobinage 24.
A cet effet, comme cela est bien visible sur les figures 3a et 3b, l'huile circule dans un alésage axial 32 réalisé dans l'arbre 13 du rotor 12 et dans des trous de sortie 33 issus de l'alésage 32 ayant un axe X2 d'orientation radiale et débouchant en face des deux chignons 25a, 25b du bobinage 24, c'est-à-dire que chaque plan P1 perpendiculaire à l'axe X1 du rotor 12 passant par un axe X2 d'un trou de sortie 33 de liquide de refroidissement coupe un chignon 25a, 25b correspondant (cf. figures 1 et 3a).
En l'occurrence, l'alésage central 32, de configuration borgne, présente une arrivée 34 de liquide de refroidissement correspondant à l'extrémité débouchante de l'alésage 32 ménagée du côté d'une extrémité axiale de l'arbre 13. L'arrivée 34 de liquide est située à l'extrémité axiale de l'arbre 13 du côté de laquelle est positionné le pignon 17. Toutefois, en variante, l'arrivée 34 de liquide pourra être réalisée du côté opposé au pignon 17. Les trous de sortie 33 de liquide de refroidissement sont positionnés des deux côtés du rotor 12. Une telle configuration permet ainsi, compte tenu de de la pression et de la force centrifuge générée par la rotation de l'arbre 13, de projeter le liquide de refroidissement directement sur les deux chignons 25a, 25b du rotor 12.
Afin d'assurer une compatibilité entre l'huile et l'émail pour éviter la détérioration de l'émail donc les court-circuits, l'émail est réalisé à base d'un matériau choisi parmi un des matériaux suivants: polyamide ou polyamide- imide. L'huile est sélectionnée parmi les fluides hydrauliques, notamment les huiles de transmission de boîte de vitesses à simple embrayage ou double embrayage ou automatique. L'épaisseur d'émail est comprise entre 0,1 et 0,3mm. Avantageusement, comme cela est représenté sur la figure 1 , de chaque côté du rotor 12, l'arbre 13 comporte deux trous de sortie 33 de liquide de refroidissement. Comme cela est illustré sur la figure 3a, les trous de sortie 33 situés d'un même côté du rotor 12 pourront présenter des axes X2 alignés l'un par rapport à l'autre. Toutefois avantageusement, comme cela est illustré sur la figure 3b, les trous de sortie 33 situés d'un même côté du rotor 12 sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre d'une distance L1 , de telle façon que le liquide de refroidissement issu de l'un des trous de sortie 33 est apte à arroser une base d'un chignon 25a, 25b (située du côté du corps 23 du stator 1 1 ) et que le liquide de refroidissement issu de l'autre trou 33 est apte à arroser une extrémité haute du chignon 25a, 25b (située du côté opposé du corps 23 du stator 1 1 ). Les deux trous 33 situés d'un même côté du rotor 12 sont de préférence diamétralement opposés l'un par rapport à l'autre.
En variante, comme cela a été représenté sur la figure 2, l'arbre 13 comporte plus de deux trous 33 de chaque côté du rotor 12 qui sont répartis angulairement de manière régulière suivant une circonférence de l'arbre 13.
Dans un mode de réalisation avantageux, le circuit de refroidissement 28 est dépourvu de rainures 31 et de la chambre de distribution 30 correspondante. Les trous de sortie 33 de liquide de refroidissement sont alors réalisés exclusivement dans l'arbre 13 du rotor 12. En effet, on s'est aperçu de manière étonnante que pour un débit d'huile donné entrant dans la machine, le refroidissement de la machine est amélioré avec un circuit 28 assurant uniquement une projection d'huile sur les chignons 25a, 25b, via les trous 33 réalisés dans l'arbre 13, par rapport à un circuit 28 assurant une répartition de l'huile disponible entre les trous de sortie 33 de l'arbre 13 et les rainures 31 .
Dans un exemple de réalisation préféré, le diamètre L2 (cf. figure 3a) de l'arbre 13 dans la zone emmanchée 15 du rotor 12 est de l'ordre de 20mm. La section Sar de l'arbre 13 sans alésage est donc de l'ordre de 0.000314m2. Par ailleurs, le diamètre L3 de l'alésage central 32 dans la zone emmanchée 15 est de l'ordre de 8mm, ce qui correspond à une section de passage de l'huile Sh de l'ordre de 0.00005026m2. Ainsi, le ratio préférentiel R1 entre la section de passage de l'huile Sh et la section Sar de l'arbre 13 est de l'ordre de R1 =Sh/Sar=16%.
L'alésage central 32 étant réalisé par une technique de perçage profond, il est nécessaire de prévoir une épaisseur minimale de matière au rayon pour la tenue mécanique de l'ordre de 2mm. Le diamètre L3 maximal de l'alésage 32 est donc de l'ordre de 16mm, ce qui correspond à une section de passage d'huile maximale valant Shmax= 0.000201 m2, soit un ratio maximal valant R1 max=Shmax/Sar=64%.
Par ailleurs, le diamètre L3 minimal de l'alésage central 32 est de l'ordre de 1 mm, ce qui correspond à une section de passage d'huile minimal valant Shmin=0, 00000315 m2, soit un ratio minimal valant R1 min=Shmin/Sar= 1 %. Le ratio R1 est donc compris entre 1 % et 64%.
En outre, le diamètre L4 d'un trou de sortie 33 est de l'ordre de 2.4mm, en sorte que la section Ss d'une petite sortie vaut Ss=4.52E-6m2. En conséquence, la section des quatre trous de sortie 33 (deux de chaque côté du rotor 12) S4s = 1 .81 E-5 m2. Un ratio R2 préférentiel entre la section S4s des trous de sortie 33 et la section Sh de passage de l'huile vaut donc S4s/Sh=36%.
Les trous de sortie 33 sont réalisés par un procédé de perçage standard permettant de réaliser des trous de toute dimension. On pourra ainsi par exemple réaliser huit trous de sortie 33 ayant un diamètre L4 minimal de l'ordre de 0.3mm. Dans tous les cas, le diamètre L4 maximal des trous de sortie 33 est inférieur à 4mm, quel que soit le nombre de trous 33. En outre, un ratio R3 entre une section Ss_am des trous de sortie 33 du côté amont de l'arbre 13 (c'est-à-dire du côté de l'arrivée 34 de liquide de refroidissement) et une section Ss_av des trous de sortie 33 du côté aval de l'arbre 13 (c'est-à-dire du côté opposé de l'arrivée 34 de liquide de refroidissement) R3=Ss_am/Ss_av est compris entre 0,5 et 1 .2. Une telle caractéristique permet de garantir une alimentation correcte des trous de sortie 33 en liquide de refroidissement du côté aval.
Les trous de sortie 33 présentent en l'occurrence un diamètre L4 identique les uns par rapport aux autres. Toutefois, en variante, les trous de sortie 33 pourront être de diamètres L4 différents les uns par rapport aux autres.
Avantageusement, un ratio entre une puissance électrique de la machine 10 exprimée en kW et un débit du liquide de refroidissement à l'intérieur du circuit 28 exprimé en Litres/min est compris entre 0.3 et 10, notamment compris entre 0,5 et 4. Le débit de liquide de refroidissement est considéré à l'intérieur de l'alésage central 32.
De préférence, la puissance électrique de la machine est d'environ 14kW, ledit ratio est compris entre 1 ,16 et 2,33 et le débit de liquide de refroidissement est compris entre 6 et 12 L/min. En variante, les trous de sortie 33 sont positionnés d'un seul côté du rotor 12.
En variante encore, un unique trou de sortie 33 est positionné d'un seul côté du rotor 12.
Alternativement, le rotor 12 est un rotor bobiné et les trous de sortie 33 de liquide de refroidissement sont réalisés dans l'arbre 13 de façon à arroser directement les chignons du rotor 12 bobiné et/ou du stator 1 1 pour assurer un refroidissement efficace de la machine.
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.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique tournante (10) comportant un circuit de refroidissement (28) parcouru par un liquide de refroidissement notamment une huile de refroidissement, la machine électrique comportant un stator et un rotor (12), le rotor (12) étant monté sur un arbre (13), ledit arbre (13) comportant au moins deux trous de sortie (33) de liquide de refroidissement en relation avec un alésage central (32), caractérisée en ce que lesdits trous de sortie (33) de liquide de refroidissement sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre de telle façon que le liquide de refroidissement passant par l'un des trous de sortie (33) est apte à arroser une base d'un chignon (25a) d'un bobinage dudit stator et que le liquide de refroidissement passant par l'autre trou de sortie est apte à arroser une extrémité haute du même chignon (25a).
2. Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit circuit de refroidissement (28) comporte plusieurs trous de sortie (33) de liquide de refroidissement réalisés exclusivement dans ledit arbre (13) dudit rotor (12).
3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce qu'un plan (P1 ) perpendiculaire à l'axe du rotor (12) passant par un axe (X2) de chaque trou de sortie (33) de liquide de refroidissement coupe un chignon (25a, 25b) de bobinage correspondant.
4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits trous de sortie (33) de liquide de refroidissement situés d'un côté axial de la machine sont répartis angulairement de manière régulière suivant une circonférence dudit arbre (13).
5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits trous de sortie (33) de liquide de refroidissement présentent un diamètre (L4) identique les uns par rapport aux autres.
6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que lesdits trous de sortie (33) de liquide de refroidissement sont de diamètres (L4) différents les uns par rapport aux autres.
7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdits trous de sortie
(33) de liquide de refroidissement sont positionnés d'un seul côté dudit rotor (12).
8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits trous de sortie (33) de liquide de refroidissement sont positionnés des deux côtés dudit rotor (12).
9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce qu'un ratio (R3) entre une section (Ss_am) desdits trous de sortie (33) situés d'un côté amont dudit arbre (13) et une section (Ss_av) desdits trous de sortie (33) situés d'un côté aval dudit arbre (13) par rapport à une arrivée (34) de liquide de refroidissement est compris entre 0,5 et 1 .2.
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