WO2024022675A1 - Machine électrique à flux axial - Google Patents

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WO2024022675A1
WO2024022675A1 PCT/EP2023/066312 EP2023066312W WO2024022675A1 WO 2024022675 A1 WO2024022675 A1 WO 2024022675A1 EP 2023066312 W EP2023066312 W EP 2023066312W WO 2024022675 A1 WO2024022675 A1 WO 2024022675A1
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WO
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wall
casing
electrical
connection
electrical connection
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PCT/EP2023/066312
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English (en)
Inventor
Nicolas Marchal
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Ampere S.A.S.
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/22—Auxiliary parts of casings not covered by groups H02K5/06-H02K5/20, e.g. shaped to form connection boxes or terminal boxes
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    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
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    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the present invention relates to the fields of electrical engineering and mechanics, and more specifically concerns an axial flux electrical machine.
  • electric or hybrid electric vehicles use electric traction or propulsion motors, which are often radial flux electric machines, that is to say that the stator windings of such a machine generate a magnetic flux in one direction. radial relative to an axial direction corresponding to the axis of rotation of the machine.
  • an axial flow electric machine In order to reduce the bulk of a traction or propulsion motor of an electric or hybrid electric vehicle, it is envisaged to use, instead of a radial flow electric machine, an axial flow electric machine.
  • This type of machine is in fact generally more compact at least in one axial direction corresponding to the axis of rotation of the machine, which gives it a discoid appearance.
  • FIG. 1 is an exemplary embodiment of such an electrical machine 2 according to the prior art.
  • This electric machine 2 comprises a casing 4 composed of two half-casings 42 and 44 held against each other, so as to form a chamber housing a rotor 12 and two stators, each composed of a plurality of stator teeth 8 each provided with a winding 10, the stator teeth 8 of each stator being fixed to a wall of one of the half-casings 42, 44, and being arranged circularly around a central orifice of the half-casing 42, 44 through which passes a rotary shaft 14.
  • the rotary shaft 14 is mounted movably between the central orifices of each half-casing 42, 44 by bearings 16.
  • the rotor 12 is typically composed of an non-magnetic composite structure 122 comprising housings arranged angularly on the rotor 12 around a central part of the composite structure 122, this central part comprising a through hole for the rotor shaft 14 and being fixed by screwing to a hub secured to the rotor shaft 14.
  • the housings of the composite structure 122 comprise permanent magnets, each capable of receiving the magnetic flux generated by one of the windings 10, which drives the rotor 12 in rotation around the axis of rotation 142.
  • a circular pre-stressed flytte 126 maintains the permanent magnets in the housings of the composite structure 122.
  • the windings 10 are each electrically connected to conductive power bars 15, these conductive power bars 15 being connected to power electronics which generate, from the current supplied by a high voltage battery of the vehicle, a three-phase current, so as to reach a traction/propulsion torque setting.
  • the conductive bars 15 generally pass through a cylindrical wall 5 of the casing 4 of the electrical machine, being connected as close as possible to the windings 10, in particular to a circular electric bus arranged between the windings 10 and the cylindrical wall 5 of the casing 4.
  • this arrangement of the electrical connections connecting the windings 10 and the power electronics generates a radial bulk of the electric machine 2, which is not used by the parties active parts of the electric machine 2.
  • this radial bulk therefore increases the radius of the cylindrical wall 5 compared to another arrangement where the circular electric bus would be arranged in a central part of the electric machine 2, this is that is to say close to the rotation shaft 14, and where the conductive bars 15 would join it at this central part.
  • This other arrangement would nevertheless add axial bulk, even more so in the case where cooling jackets are attached axially to the walls of the casing 4.
  • This radial and/or axial bulk can prevent the insertion of the electric machine 2 in an engine compartment where the environment is very constrained, since in particular in a hybrid electric vehicle, it is necessary to place in this engine compartment not only the electric machine 2 , but also an internal combustion engine, and a gearbox.
  • the layout in the engine compartment also depends on the position of the longitudinal members, cradles and engine supports connected to the chassis.
  • the present invention at least partly remedies the drawbacks of the prior art, by providing an axial flux electrical machine, and a method of mounting an electrical connection of the axial flux electrical machine, which make it possible to connect windings of the electric machine has a connection box arranged on a part cylindrical of the electric machine, with as little axial or radial bulk as possible.
  • an axial flux electric machine comprising at least:
  • stator comprising at least a plurality of windings
  • casing at least partially delimiting a chamber which houses the stator and the rotor, the casing comprising at least one wall arranged orthogonally to the axis of revolution of the rotor, the stator being integral with the wall of the casing and the windings being arranged around of the axis of revolution,
  • the electric machine being characterized in that the wall of the casing comprises at least one central portion through which is provided with at least one orifice through which the electrical connection passes, and in that the electrical connection is arranged between a cover of the cooling jacket and the wall of the casing.
  • the electrical connection is preferably multi-phase and includes a phase-by-phase connection of the electrical machine. It therefore includes as many power conductors, for example conductive bars (also called bus bars), as there are phases of the electrical machine. It is also connected, externally to the stator chamber, to as many connection terminals as there are phases of the machine, these connection terminals making it possible to electrically connect the stator to the outputs of power electronics. Passing through the central portion of the casing wall, the electrical connection saves radial space, at iso-power. Its passage in the cooling jacket makes it possible to avoid adding axial bulk compared to the axial bulk that the cooling jacket brings to the electrical machine.
  • the wall of the casing is substantially circular and centered on the axis of revolution, the wall of the casing being extended radially by a wall of an electrical interconnection zone, the wall of the interconnection zone comprising at least one hole, the cooling jacket extending at least radially from the central portion to the wall of the interconnection zone by covering said orifice and said hole, the electrical connection passing through said hole.
  • substantially circular we mean of generally circular shape, the shape of the wall of the casing being able to deviate from the circular shape in particular to form a part of an interconnection box comprising the interconnection zone.
  • the electrical connection being multi-phase, the wall of the casing has a single hole or orifice allowing all the phase connections of the electrical connection to pass, or as many holes or orifices per phase connection of the electrical connection .
  • the electrical connection comprises on the one hand a portion external to the chamber, the external portion comprising the connection terminal, and on the other hand a portion internal to the chamber, the internal portion comprising an electric bus arranged between the stator and the axis of revolution, the windings of the stator being electrically connected to the electric bus.
  • the arrangement of the electrical bus between the stator and the axis of revolution of the machine makes it possible to save on the radial dimensions of the machine.
  • the use of an electric bus also saves material and space compared to a point-to-point connection between the windings and the external portion of the electrical connection.
  • the electric bus is of course multi-phase and has as many phase connections as there are phases of the electric machine. It is for example produced in the form of circular conductive bars.
  • contact between the cover and the external portion is ensured at the right of the hole or the orifice.
  • This characteristic makes it possible to mount a sealing device in compression between the external portion and a periphery of the hole or orifice.
  • Contact is for example ensured by an additional thickness of the cover of the cooling jacket, or by a compression pad. This extra thickness or compression pad allows for adjustment between the cover of the liner cooling and the portion of the part of the electrical connection to the right of the hole or orifice, which presents an interference.
  • the external portion comprises another connection terminal, a first part of the internal portion being connected to the windings and a second part of the internal portion being connected to the other connection terminal by the intermediary of a means of connection.
  • the connection means comprises, for example, as many split cylinders as there are phase connections of the electrical machine, cylinders into which the conductive bars of the internal portion of the electrical connection are welded. Other means of connection are of course possible.
  • the axial flux electric machine comprises a first sealing device arranged between the wall of the casing and the electrical connection against a periphery of said orifice and a second sealing device arranged between the wall of the interconnection zone and the electrical connection against a periphery of said hole.
  • the first sealing device is for example an axial sealing device arranged on an external periphery of the hole or the orifice, for example a flat annular seal, or else a radial sealing device arranged on an internal periphery of the hole or the orifice, for example an O-ring.
  • At least part of the electrical connection which passes between the cover of the cooling jacket and the wall of the casing or the wall of the interconnection zone is surrounded by protection providing at least electrical insulation. This protection is necessary when the heat transfer fluid circulating in the cooling jacket is conductive.
  • the cooling jacket is configured to channel a heat transfer fluid circulating on either side of the part of the electrical connection passing between the wall of the casing and the cover, the protection of the electrical connection having a hydrodynamic section.
  • the section has a rounded shape, or with chamfered edges forming a point to the right of the direction of circulation of the cooling fluid.
  • the protection comprises an opening at least to the right of the other connection terminal, capable of allowing the assembly of the connection means on said other connection terminal, the electrical machine comprising a member sealing device arranged around a periphery of the opening, the sealing member being compressed by the cover of the cooling jacket.
  • the invention also relates to a method of mounting the electrical connection of the electrical machine according to one embodiment of the invention, comprising the steps of:
  • connection means
  • connection means
  • the electric machine according to the invention comprises two stators each comprising a plurality of stator teeth each provided with a winding, two cooling jackets and two electrical connections, the casing comprising two half-casings, each housing one of the two stators, and each comprising a wall arranged orthogonally to the axis of revolution of the rotor and a cylindrical portion surrounding the stator that the half-casing houses, the cylindrical portions of each half-casing being held against each other, so as to house the rotor between the two stators, each cooling jacket being attached to the wall of a half-casing, each electrical connection electrically connecting the windings of one of the two stators to connection terminals located outside the stator chambers half-casings, passing on the one hand through an orifice passing through a central portion of the wall of the half-casing housing the stator and on the other hand between the wall of said half-casing and the cover of the corresponding cooling jacket, the connection terminals of the two electrical connections being connected to the same connection box located in
  • FIG. 1 is a perspective view of a casing of an axial flux electrical machine according to the invention, in one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is another perspective view of the casing of Figure 2, and of cooling jacket covers intended to be attached to this casing,
  • FIG. 4 is a view of a stator of the axial flux electric machine according to the invention, in this embodiment, the stator being arranged in a half-casing of the axial flux electric machine,
  • FIG. 5 is a view of one side of the axial flow electric machine according to the invention, in this embodiment, on which a cover of a cooling jacket of the axial flow electric machine is made transparent,
  • FIG. 6 schematically represents a part of the axial flux electric machine according to the invention, in this embodiment, seen in section along a section plane passing through the axis of rotation of the axial flux electric machine according to the 'invention.
  • an axial flux electrical machine 20 comprises a casing formed of two half-casings 22 and 32 as shown in Figures 2 and 3.
  • the half-casing 22 houses a stator 94 (shown in Figure 4) in a stator chamber 250, and the half-casing 32 similarly houses another stator in another stator chamber.
  • the half-casing 22 comprises a substantially circular wall 26, arranged orthogonally to the axis of revolution
  • the central portion 266 of the wall 26 of the half-casing 22 has a hole for passing a rotation shaft 140 (visible in Figure 6) of the rotor 180.
  • the half-casing 22 also comprises a cylindrical or substantially cylindrical wall, hereinafter called cylindrical portion 24, surrounding the stator 94 and delimiting the stator chamber 250.
  • the half-casing 32 also comprises a cylindrical portion 324 delimiting the other stator chamber of the other stator.
  • the cylindrical portions 24 and 324 are screwed against each other in an axial direction parallel to the axis of revolution inside a part of the stator chamber 250 and a part of the other stator chamber.
  • the stator 94 is cooled through the wall 26 of the half-casing 22, by a cooling jacket 25 delimited radially by an external cylindrical wall 262 extending axially the wall 26 of the half-casing 22, and by an internal cylindrical wall 264 extending axially the wall 26 of the half-casing 22.
  • a heat transfer fluid 27 circulating in the cooling jacket 25 is therefore contained in this cooling jacket 25 by the internal cylindrical walls 264 and external 262, the wall 26 of the half-casing 22 and a cover 29 of the cooling jacket 25.
  • heat transfer fluid for example water
  • one or more ribs arranged on the wall 26 of the half-casing 22 channels the flow of water inside the cooling jacket 25.
  • the other stator housed in the half-casing 32 is also cooled by a cooling jacket, the cover 39 of which is shown in Figure 3.
  • the half-casing 32 and the other stator having characteristics identical to the half-casing 22 and the stator 94, they are not detailed below.
  • the stator 94 comprises a plurality of stator teeth 92 arranged circularly around the axis of revolution rolled up, or by blocks of compressed ferrous powder. These stator teeth 92 are formed above a yoke secured to the wall 26 of the half-casing 22, or are directly secured to the wall 26 of the half-casing 22, in particular depending on the shape of the stator teeth.
  • a 100 wound winding around each tooth 92 is powered, when the axial flux electric machine 20 is operating, by a power phase U, V or W of the electric machine 20, the latter being, in this embodiment of the invention, a three-phase axial flux electric machine.
  • the axial flux electric machine according to the invention comprises more or less three phases, for example two phases.
  • Each winding 100 is electrically connected to an electrical bus 527.
  • This electrical bus 527 is a three-phase bus made in the form of four circular conductor bars (also called bus bars), referenced 5271, 5272, 5273 and 5274.
  • the conductor bar 5271 corresponds to the supply phase V and is therefore connected to all the windings 100 supplied by this supply phase V when the axial flux electrical machine 20 is in operation.
  • the conductive bar 5272 corresponds to the power supply phase W and is therefore connected to all the windings 100 powered by this power supply phase W when the axial flux electrical machine 20 is in operation.
  • the conductive bar 5273 corresponds to the power supply phase U and is therefore connected to all the windings 100 supplied by this power supply phase U when the electrical machine 20 with axial flux is in operation.
  • the windings 100 are also all connected to the conductor bar 5274 which corresponds to a neutral phase.
  • the axial flux electrical machine 20 further comprises an electrical connection 50, shown in Figure 5, electrically connecting the conductive bars 5271, 5272 and 5273 of the electrical bus 527 to an interconnection zone 28 external to the stator chambers of the electrical machine 20.
  • the electrical connection 50 is therefore three-phase and comprises three conductive bars 52 corresponding to the power phases U, V, W of the electrical machine 20 with axial flux.
  • the interconnection zone 28 is in particular delimited by a wall 282 radially extending the wall 26 of the half-casing 22, by the cylindrical portion 24, by the cylindrical portion 324 and by a wall radially extending another orthogonal wall of the half-casing 32 to the axis of revolution
  • the electrical connection 50 passes through an orifice 268 of the portion central 266, opening into the cooling jacket 25, runs radially through a part of the cooling jacket 25 between the cover 29 and the wall 26 of the half-casing, and enters the interconnection zone 28 passing through a hole 285 provided in the wall 282 of the interconnection zone 28.
  • the hole 285 connects the interconnection zone 28 to the cooling jacket 25.
  • the cooling jacket 25 is therefore extended radially at the level of the electrical connection 50, so as to cover both the orifice 268 and the hole 285.
  • the arrangement of the electrical connection 50 makes it possible to place the electrical bus 527 between the stator teeth 92 and the rotor shaft 140.
  • This arrangement makes it possible to gain radial surface area compared to an electrical bus 527 which would be placed between the stator teeth 92 and the cylindrical wall 24. This surface is used here to optimize the dimensions of the stator teeth 92 and the poles of the rotor 180.
  • the electrical connection 50 being three-phase, it comprises three conductive bars 52 each connected to a respective conductive bar 5271 to 5273 of the electrical bus 527.
  • the electrical connection 50 comprises a three-phase external portion 521 whose connection terminals 51 are electrically connected via a connection means 525, here three split cylinders ( one for each conductor bar 52), to a three-phase internal portion of the electrical connection 50, this three-phase internal portion comprising a first part 54 connected to the windings 100 by welding, and a second part 524 connected to the connection means 525 also by welding.
  • the first part 54 of the three-phase internal portion corresponds to the electrical bus 527
  • the second part 524 corresponds to an extension axial 526 of the internal electrical bus 527, attached for example by welding to the electrical bus 527 and connecting the latter to the connection means 525.
  • the electrical bus 527 comprises an axial extension 526 integral with the electrical bus 527 opposite the split cylinders 525, and each conductive bar 5271 to 5273 is each directly welded in one of the split cylinders 525.
  • the three-phase external portion 521 is electrically connected to the split cylinders 525 at each connection terminal 51, by a screw 56.
  • the external portion 521 comprises a part 523 of the electrical connection 50 which passes between the cover 29 of the cooling jacket 25 and the wall 26 of the half-casing 22, this part 523 comprising the connection terminals 51 and extending to the hole 285, and a complementary part 522 connecting the part 523 to connection terminals 59 in zone 28 d interconnection, this complementary part 522 extending from hole 285 to connection terminals 59.
  • it has the profile of an airplane wing.
  • the insulating protection 58 extends at least from the orifice 268 to the hole 285, the sealing at the orifice 268 being ensured by a first sealing device 86 or 88 and at the level of the hole 285 by a second sealing device 82 or 80.
  • the first sealing device 86 or 88 is arranged between the insulating protection 58 and respectively an external periphery of the orifice 268 or an internal periphery of the orifice 268.
  • the first sealing device 86 is a flat seal annular while the first sealing device 88 is an annular O-ring seal. Only one of these first sealing devices 86, 88 is necessary.
  • an overmolding of the insulating protection 58 replaces the first sealing device 86.
  • These first sealing devices 86, 88 are compressed between the wall 26 of the half-casing 22 and the insulating protection 58.
  • the second sealing device 82 or 80 is arranged between the insulating protection 58 and respectively an external periphery of the hole 285 or an internal periphery of the hole 285.
  • the second sealing device 82 is an annular flat seal while the second sealing device 80 is an O-ring annular seal. Only one of these second sealing devices 82, 80 is necessary.
  • an overmolding of the insulating protection 58 replaces the first sealing device 82.
  • These second sealing devices 82, 80 are compressed between the wall 26 of the half-casing 22 and the insulating protection 58.
  • the insulating protection extends of course at the level of the connections 51 all around the screws 56 and the slotted cylinders 525. More precisely, the insulating protection 58 includes an opening 580 allowing the screws 56 to be screwed onto the connection terminals 51, and a sealing member 84, here a flat annular seal, is compressed around the perimeter of this opening 580 by a compression pad 90 housed in the cover 29 of the cooling jacket 25, more precisely in a cavity 294 arranged in the cover 29 As a variant, the sealing member 84 is directly compressed by the cover 29 of the cooling jacket 25, the cover 29 being able for example to have an extra thickness facing the external periphery of the opening 280.
  • a sealing member 84 here a flat annular seal
  • a first step of the assembly process is then the electrical connection of the electrical bus 527 to the windings 100 of the stator 94, by welding.
  • the next step is the electrical connection of the second part 524 of the internal portion of the electrical connection 50 to the split cylinders 525, by welding.
  • the next step is the positioning of the external portion 521 of the electrical connection equipped with the first and second sealing devices 86, 88, 80, 82 with regard respectively to the orifice 268 and the hole 285.
  • its connection terminals 51 are screwed to the split cylinders 525, and its connection terminals 59 are held in the interconnection zone 28 by screws 57, which connect them electrically on the one hand to the terminals of an electrical connection 69 three-phase connecting the windings of the stator housed in the half-casing 32 to the interconnection zone 28, and on the other hand to the terminals of conductive bars 70 for connection to a three-phase socket 72 of a power electronics casing.
  • the electrical connection 69 has characteristics identical to those of the electrical connection 50.
  • the ear-shaped detour of the external cylindrical wall 262 is configured to allow the heat transfer fluid 27 to pass between the external cylindrical wall 262 and the electrical connection 50, which provides a radial positioning tolerance of the electrical connection 50 during its assembly in the electrical machine 20.
  • the ear-shaped detour of the internal cylindrical wall 264 is configured to allow the passage of the heat transfer fluid 27 between the internal cylindrical wall 264 and the electrical connection 50, facilitating the radial positioning of the electrical connection 50 during its assembly in the electrical machine 20.
  • the next step of the assembly method according to the invention is the positioning of the cover 29 against the sealing member 84 previously placed around the periphery of the opening 580, the cover 29 being able to present a compression pad 90 held in the cavity 294 of the cover 29.
  • the cover 29 also includes an extra thickness 292 to the right of the hole 285.
  • the extra thickness 292 and the compression pad 90 ensure contact between the cover 29 and the external portion 521 once the cover 29 secured to the wall 26 of the half-casing 22, and therefore the seal at the level of the opening 580 in particular. It should therefore be noted that the extra thickness 292 is only useful if the second sealing device is a flat annular seal 82.
  • the last step of the assembly process according to the invention is the joining of the cover 29 to the wall 26 of the half-casing, by a so-called friction stir weld 60.
  • This joining is done by compression on the electrical connection 50.
  • An adjustment interference is produced between the electrical connection 50 and the cover 29 at the level of the extra thickness 292 on the one hand and at the level of the compression pad 90 on the other hand .
  • the compression pad 90 made of elastomeric material of optimal stiffness, allows for better control of the axial compressive force of the sealing member 84 on the one hand and of the first sealing device 86 on the other. elsewhere (when a flat annular seal 86 is used).
  • the flexibility of the compression pad 90 makes it possible to limit the impact of geometric dispersions on the axial preload during this last stage of the assembly process.
  • the last two stages of the assembly method according to the invention are preferably carried out on the half-casing 22, the wall 26 of which is positioned horizontally.

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Abstract

La présente invention concerne une machine électrique (20) à flux axial comportant : - un stator comportant une pluralité de bobinages disposés autour d'un axe de révolution (X) de la machine électrique (20), - un carter (22) délimitant une chambre statorique et comportant une paroi (26) disposée orthogonalement à l'axe de révolution (X), le stator étant solidaire de la paroi, - une chemise de refroidissement (25) de la paroi (26) du carter, - une liaison électrique (50) reliant les bobinages à au moins une borne de connexion située à l'extérieur de la chambre statorique, la paroi (26) du carter comportant une portion centrale (266) au travers de laquelle est ménagé au moins un orifice (268) par lequel passe la liaison électrique (50), et en ce que la liaison électrique (50) est disposée entre un couvercle (29) de la chemise de refroidissement (25) et la paroi (26) du carter.

Description

DESCRIPTION
Titre de l'invention ■ Machine électrique à flux axial
La présente invention se rapporte aux domaines de l’électrotechnique et de la mécanique, et concerne plus précisément une machine électrique à flux axial.
Actuellement les véhicules électriques ou hybrides électriques utilisent des moteurs électriques de traction ou de propulsion, qui sont souvent des machines électriques à flux radial, c’est-à-dire que les bobinages statoriques d’une telle machine génèrent un flux magnétique dans une direction radiale par rapport à une direction axiale correspondant à l’axe de rotation de la machine.
Afin de réduire l’encombrement d’un moteur de traction ou de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride électrique, on envisage d’utiliser, à la place d’une machine électrique à flux radial, une machine électrique à flux axial. Ce type de machine est en effet généralement plus compact au moins dans une direction axiale correspondant à l’axe de rotation de la machine, ce qui lui confère un aspect discoïde.
La figure 1 est un exemple de réalisation d’une telle machine électrique 2 selon l’art antérieur. Cette machine électrique 2 comporte un carter 4 composé de deux demi- carters 42 et 44 maintenus l’un contre l’autre, de manière à former une chambre logeant un rotor 12 et deux stators, composés chacun d’une pluralité de dents statoriques 8 pourvues chacune d’un bobinage 10, les dents statoriques 8 de chaque stator étant fixées à une paroi d’un des demi-carters 42, 44, et étant disposées circulairement autour d’un orifice central du demi-carter 42, 44 par lequel passe un arbre ro tori que 14. L’arbre ro to ri que 14 est monté mobile entre les orifices centraux de chaque demi-carter 42, 44 par des roulements 16. Le rotor 12 est typiquement composé d’une structure composite 122 amagnétique comportant des logements disposés angulairement sur le rotor 12 autour d’une partie centrale de la structure composite 122, cette partie centrale comportant un trou de passage de l’arbre rotorique 14 et étant fixée par vissage à un moyeu solidaire de l’arbre rotorique 14. Les logements de la structure composite 122 comportent des aimants permanents, aptes à recevoir chacun le flux magnétique généré par l’un des bobinages 10, ce qui entraîne le rotor 12 en rotation autour de l’axe de rotation 142. Une firette précontrainte circulaire 126 maintient les aimants permanents dans les logements de la structure composite 122. Dans une telle machine électrique 2, les bobinages 10 sont chacun connectés électriquement à des barres conductrices 15 d’alimentation, ces barres conductrices 15 d’alimentation étant connectées à une électronique de puissance qui génère, à partir du courant fourni par une batterie haute tension du véhicule, un courant triphasé, de sorte à atteindre une consigne de couple de traction/ propulsion.
Afin de faciliter le raccordement de l’électronique de puissance aux bobinages 10, les barres conductrices 15 traversent généralement une paroi cylindrique 5 du carter 4 de la machine électrique, en étant connectées au plus proche des bobinages 10, notamment à un bus électrique circulaire disposé entre les bobinages 10 et la paroi cylindrique 5 du carter 4. Or, cette disposition des connexions électriques reliant les bobinages 10 et l’électronique de puissance, génère un encombrement radial de la machine électrique 2, qui n’est pas utilisé par les parties actives de la machine électrique 2. A iso-puissance, cet encombrement radial augmente donc le rayon de la paroi cylindrique 5 par rapport à une autre disposition où le bus électrique circulaire serait disposé dans une partie centrale de la machine électrique 2, c’est-à-dire proche de l’arbre de rotation 14, et où les barres conductrices 15 le rejoindrait au niveau de cette partie centrale. Cette autre disposition ajouterait néanmoins de l’encombrement axial, d’autant plus dans le cas où des chemises de refroidissement seraient rapportées axialement sur les parois du carter 4.
Cet encombrement radial et/ ou axial peut empêcher l’insertion de la machine électrique 2 dans un compartiment moteur où l’environnement est très contraint, puisque notamment dans un véhicule hybride électrique, il faut placer dans ce compartiment moteur non seulement la machine électrique 2, mais aussi un moteur à combustion interne, et une boîte de vitesse. L’agencement dans le compartiment moteur dépend également de la position des longerons, berceaux et supports moteurs reliés au châssis.
Il existe donc un besoin d’une machine électrique à flux axial, qui présente une compacité optimisée dans les dimensions axiale et radiale de la machine électrique, notamment dans le cas où la machine électrique présente des chemises de refroidissement rapportées axialement sur les parois du carter de la machine électrique.
La présente invention remédie au moins en partie aux inconvénients de l’art antérieur, en fournissant une machine électrique à flux axial, et un procédé de montage d’une liaison électrique de la machine électrique à flux axial, qui permettent de relier des bobinages de la machine électrique à un boîtier de connexion disposé sur une partie cylindrique de la machine électrique, avec le moins possible d’encombrement axial ou radial.
A cette fin, la présente invention propose une machine électrique à flux axial comportant au moins :
- un stator comportant au moins une pluralité de bobinages,
- un rotor apte à tourner autour d’un axe de révolution,
- un carter délimitant au moins partiellement une chambre qui loge le stator et le rotor, le carter comportant au moins une paroi disposée orthogonalement à l’axe de révolution du rotor, le stator étant solidaire de la paroi du carter et les bobinages étant disposés autour de l’axe de révolution,
- une chemise de refroidissement de la paroi du carter,
- une liaison électrique reliant électriquement au moins un des bobinages à au moins une borne de connexion située à l’extérieur de la chambre du carter, la machine électrique étant caractérisée en ce que la paroi du carter comporte au moins une portion centrale au travers de laquelle est ménagé au moins un orifice par lequel passe la liaison électrique, et en ce que la liaison électrique est disposée entre un couvercle de la chemise de refroidissement et la paroi du carter.
La liaison électrique est préférentiellement multi-phasée et comporte une connexion de phase par phase de la machine électrique. Elle prend comporte donc autant de conducteurs de puissance, par exemple des barres conductrices (appelées également barres bus), que de phases de la machine électrique. Elle est de plus connectée, extérieurement à la chambre statorique, à autant de bornes de connexion que de phases de la machine, ces bornes de connexion permettant de relier électriquement le stator aux sorties d’une électronique de puissance. En passant par la portion centrale de la paroi du carter, la liaison électrique permet de gagner en encombrement radial, à iso-puissance. Son passage dans la chemise de refroidissement permet de ne pas ajouter d’encombrement axial par rapport à l’encombrement axial qu’amène la chemise de refroidissement sur la machine électrique. Par ailleurs, cette disposition de la liaison électrique permet un meilleur refroidissement des conducteurs de puissance qui la constituent, ce qui permet de diminuer les sections de cuivre utilisées pour réaliser ces conducteurs de puissance. Dans un mode de réalisation de l’invention, la paroi du carter est sensiblement circulaire et centrée sur de l’axe de révolution, la paroi du carter étant prolongée radialement par une paroi d’une zone d’interconnexion électrique, la paroi de la zone d’interconnexion comportant au moins un trou, la chemise de refroidissement s’étendant au moins radialement depuis la portion centrale jusqu’à la paroi de la zone d’interconnexion en recouvrant ledit orifice et ledit trou, la liaison électrique passant au travers dudit trou. Cette caractéristique permet de limiter l’encombrement axial de la machine sur toute la longueur de la liaison électrique. Par sensiblement circulaire on entend de forme globalement circulaire, la forme de la paroi du carter pouvant s’écarter de la forme circulaire notamment pour former une partie d’un boîtier d’interconnexion comportant la zone d’interconnexion. Bien entendu, la liaison électrique étant multi-phasée, la paroi du carter comporte un seul trou ou orifice laissant passer toutes les connexions de phase de la liaison électrique, ou bien autant de trous ou d’orifices par connexions de phase de la liaison électrique.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la liaison électrique comporte d’une part une portion externe à la chambre, la portion externe comportant la borne de connexion, et d’autre part une portion interne à la chambre, la portion interne comportant un bus électrique disposé entre le stator et l’axe de révolution, les bobinages du stator étant connectés électriquement au bus électrique. Comme évoqué précédemment, la disposition du bus électrique entre le stator et l’axe de révolution de la machine permet de gagner en encombrement radial de la machine. L’utilisation d’un bus électrique permet de plus d’économiser de la matière et de l’encombrement par rapport à une connexion point à point entre les bobinages et la portion externe de la liaison électrique. Le bus électrique est bien entendu multi-phasé et comporte autant de connexions de phase que de phases de la machine électrique. Il est par exemple réalisé sous forme de barres conductrices circulaires.
Préférentiellement, un contact entre le couvercle et la portion externe est assuré au droit du trou ou de l’orifice. Cette caractéristique permet de monter en compression un dispositif d’étanchéité entre la portion externe et un pourtour du trou ou de l’orifice. Le contact est par exemple assuré par un surcroît d’épaisseur du couvercle de la chemise de refroidissement, ou par un tampon de compression. Ce surcroît d’épaisseur ou ce tampon de compression permet un ajustement entre le couvercle de la chemise de refroidissement et la portion de la partie de la liaison électrique au droit du trou ou de l’orifice, qui présente une interférence.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la portion externe comporte une autre borne de connexion, une première partie de la portion interne étant connectée aux bobinages et une deuxième partie de la portion interne étant connectée à l’autre borne de connexion par l’intermédiaire d’un moyen de connexion. Cette caractéristique permet de monter facilement la liaison électrique dans la machine électrique selon l’invention. Le moyen de connexion comporte par exemple autant de cylindres fendus que de connexions de phase de la machine électrique, cylindres dans lesquels on vient souder les barres conductrices de la portion interne de la liaison électrique. D’autres moyens de connexion sont bien entendu envisageables.
Dans un mode de réalisation de l’invention, la machine électrique à flux axial selon l’invention comporte un premier dispositif d’étanchéité disposé entre la paroi du carter et la liaison électrique contre un pourtour dudit orifice et un deuxième dispositif d’étanchéité disposé entre la paroi de la zone d’interconnexion et la liaison électrique contre un pourtour dudit trou. Le premier dispositif d’étanchéité est par exemple un dispositif d’étanchéité axial disposé sur un pourtour externe du trou ou de l’orifice, par exemple un joint annulaire plat, ou bien un dispositif d’étanchéité radial disposé sur un pourtour interne du trou ou de l’orifice, par exemple un joint annulaire torique.
Préférentiellement, au moins une partie de la liaison électrique qui passe entre le couvercle de la chemise de refroidissement et la paroi du carter ou la paroi de la zone d’interconnexion est entourée d’une protection opérant au moins une isolation électrique. Cette protection est nécessaire lorsque le fluide caloporteur circulant dans la chemise de refroidissement est conducteur.
Selon une caractéristique avantageuse de la machine électrique selon l’invention, la chemise de refroidissement est configurée pour canaliser un fluide caloporteur circulant de part et d’autre de la partie de la liaison électrique passant entre la paroi du carter et le couvercle, la protection de la liaison électrique présentant une section hydrodynamique. Par exemple la section a une forme arrondie, ou avec des arêtes chanfreinées formant une pointe au droit du sens de circulation du fluide de refroidissement. Cette caractéristique permet notamment de ne pas pénaliser le refroidissement des dents statoriques. Dans un mode de réalisation de l’invention, la protection comporte une ouverture au moins au droit de l’autre borne de connexion, apte à permettre l’assemblage du moyen de connexion sur ladite autre borne de connexion, la machine électrique comportant un organe d’étanchéité disposé sur un pourtour de l’ouverture, l’organe d’étanchéité étant comprimé par le couvercle de la chemise de refroidissement.
L’invention concerne aussi un procédé de montage de la liaison électrique de la machine électrique selon un mode de réalisation de l’invention, comportant les étapes de :
- connexion de la deuxième partie de la portion interne au moyen de connexion,
- positionnement de la portion externe de la liaison électrique équipée des premier et deuxième dispositifs d’étanchéité au regard respectivement de l’orifice et du trou,
- connexion de la portion externe de la liaison électrique au moyen de connexion,
- positionnement du couvercle contre l’organe d’étanchéité préalablement disposé sur le pourtour de l’ouverture,
- solidarisation du couvercle sur la paroi du carter.
Préférentiellement, la machine électrique selon l’invention comporte deux stators comportant chacun une pluralité de dents statoriques pourvues chacune d’un bobinage, deux chemises de refroidissement et deux liaisons électriques, le carter comportant deux demi-carters, logeant chacun un des deux stators, et comportant chacun une paroi disposée orthogonalement à l’axe de révolution du rotor et une portion cylindrique entourant le stator que le demi-carter loge, les portions cylindriques de chaque demi- carter étant maintenues l’une contre l’autre, de sorte à loger le rotor entre les deux stators, chaque chemise de refroidissement étant rapportée sur la paroi d’un demi-carter, chaque liaison électrique reliant électriquement les bobinages d’un des deux stators à des bornes de connexion située à l’extérieur des chambres statoriques des demi-carters, en passant d’une part par un orifice traversant une portion centrale de la paroi du demi-carter logeant le stator et d’autre part entre la paroi dudit demi-carter et le couvercle de la chemise de refroidissement correspondante, les bornes de connexion des deux liaisons électriques étant reliées à un même bomier de connexion situé dans une zone de connexion agencée extérieurement sur au moins une des portions cylindriques des demi-carters. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront encore au travers de la description qui suit d’une part, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[fig 1] déjà commentée en relation avec l’art antérieur, est une vue en coupe d’une machine électrique à flux axial selon l’art antérieur,
[fig 2] est une vue en perspective d’un carter d’une machine électrique à flux axial selon l’invention, dans un mode de réalisation de l’invention,
[fig 3] est une autre vue en perspective du carter de la figure 2, et de couvercles de chemises de refroidissement destinés à être rapportés sur ce carter,
[fig 4] est une vue d’un stator de la machine électrique à flux axial selon l’invention, dans ce mode de réalisation, le stator étant disposé dans un demi-carter de la machine électrique à flux axial,
[fig 5] est une vue d’une face de la machine électrique à flux axial selon l’invention, dans ce mode de réalisation, sur laquelle un couvercle d’une chemise de refroidissement de la machine électrique à flux axial est rendu transparent, et
[fig 6] représente schématiquement une partie de la machine électrique à flux axial selon l’invention, dans ce mode de réalisation, vue en coupe selon un plan de coupe passant par l’axe de rotation de la machine électrique à flux axial selon l’invention.
Selon un mode de réalisation de l’invention, une machine électrique 20 à flux axial selon l’invention comporte un carter formé de deux demi-carters 22 et 32 comme représenté sur les figures 2 et 3. Le demi-carter 22 loge un stator 94 (représenté figure 4) dans une chambre statorique 250, et le demi-carter 32 loge de la même manière un autre stator dans une autre chambre statorique. Le demi-carter 22 comporte une paroi 26 sensiblement circulaire, disposée orthogonalement à l’axe de révolution X du rotor 180 (représenté figure 6) de la machine électrique 20 à flux axial. La portion centrale 266 de la paroi 26 du demi-carter 22 comporte un trou de passage d’un arbre de rotation 140 (visible figure 6) du rotor 180.
Le demi-carter 22 comporte aussi une paroi cylindrique ou sensiblement cylindrique, appelée dans la suite portion cylindrique 24, entourant le stator 94 et délimitant la chambre statorique 250. Le demi-carter 32 comporte également une portion cylindrique 324 délimitant l’autre chambre statorique de l’autre stator. Les portions cylindriques 24 et 324 sont vissées l’une contre l’autre selon une direction axiale parallèle à l’axe de révolution X du rotor 180, de manière à loger également le rotor 180 entre le stator 94 et l’autre stator, à l’intérieur d’une partie de la chambre statorique 250 et d’une partie de l’autre chambre statorique.
Le stator 94 est refroidi au travers de la paroi 26 du demi-carter 22, par une chemise de refroidissement 25 délimitée radialement par une paroi cylindrique externe 262 prolongeant axialement la paroi 26 du demi-carter 22, et par une paroi cylindrique interne 264 prolongeant axialement la paroi 26 du demi-carter 22.
Un fluide caloporteur 27 circulant dans la chemise de refroidissement 25 est donc contenu dans cette chemise de refroidissement 25 par les parois cylindriques interne 264 et externe 262, la paroi 26 du demi-carter 22 et un couvercle 29 de la chemise de refroidissement 25. Le fluide caloporteur, par exemple de l’eau, arrive dans la chemise de refroidissement 25 par une entrée d’eau 242 ménagée sur la portion cylindrique 24, et ressort de la chemise de refroidissement 25 par une sortie d’eau 244 ménagée sur la portion cylindrique 24. Une paroi 267 placée angulairement entre l’entrée d’eau 242 et la sortie d’eau 244, s’étendant axialement depuis le fond de la paroi 26 du demi-carter 22 jusqu’au couvercle 29, et radialement entre la paroi cylindrique interne 264 et la paroi cylindrique externe 262, permet de séparer le flux d’eau entrant dans la chemise de refroidissement 25 du flux d’eau sortant de la chemise de refroidissement 25. En variante de réalisation, une ou plusieurs nervures agencées sur la paroi 26 du demi-carter 22 canalisent le flux d’eau à l’intérieur de la chemise de refroidissement 25.
L’autre stator logé dans le demi-carter 32 est refroidi également par une chemise de refroidissement, dont le couvercle 39 est représenté figure 3. Le demi-carter 32 et l’autre stator comportant des caractéristiques identiques au demi-carter 22 et au stator 94, ils ne sont pas détaillés dans la suite.
Comme représenté sur la figure 4, le stator 94 comporte une pluralité de dents statoriques 92 disposées circulairement autour de l’axe de révolution X du rotor 180. Les dents sont par exemple réalisées par un assemblage de tôles découpées puis collées, ou par une tôle enroulée, ou encore par des blocs de poudre ferreuse compressée. Ces dents statoriques 92 sont formées au-dessus d’une culasse solidarisée à la paroi 26 du demi-carter 22, ou bien sont directement solidarisées sur la paroi 26 du demi-carter 22, notamment en fonction de la forme des dents statoriques. Un bobinage 100 enroulé autour de chaque dent 92 est alimenté, lorsque la machine électrique 20 à flux axial fonctionne, par une phase U, V ou W d’alimentation de la machine électrique 20, celle-ci étant, dans ce mode de réalisation de l’invention, une machine électrique à flux axial triphasée. Dans des variantes de réalisation de l’invention, la machine électrique à flux axial selon l’invention comporte plus ou moins de trois phases, par exemple deux phases.
Chaque bobinage 100 est relié électriquement à un bus électrique 527. Ce bus électrique 527 est un bus triphasé réalisé sous forme de quatre barres conductrices (encore appelées barres bus) circulaires, référencées 5271, 5272, 5273 et 5274. La barre conductrice 5271 correspond à la phase d’alimentation V et est donc connectée à tous les bobinages 100 alimentés par cette phase d’alimentation V lorsque la machine électrique 20 à flux axial est en fonctionnement. La barre conductrice 5272 correspond à la phase d’alimentation W et est donc connectée à tous les bobinages 100 alimentés par cette phase d’alimentation W lorsque la machine électrique 20 à flux axial est en fonctionnement. Enfin la barre conductrice 5273 correspond à la phase d’alimentation U et est donc connectée à tous les bobinages 100 alimentés par cette phase d’alimentation U lorsque la machine électrique 20 à flux axial est en fonctionnement. Les bobinages 100 sont également tous connectés à la barre conductrice 5274 qui correspond à une phase de neutre.
La machine électrique 20 à flux axial comporte de plus une liaison électrique 50, représentée figure 5, reliant électriquement les barres conductrices 5271, 5272 et 5273 du bus électrique 527 à une zone 28 d’interconnexion extérieure aux chambres statoriques de la machine électrique 20. La liaison électrique 50 est donc triphasée et comporte trois barres conductrices 52 correspondant aux phases U, V, W d’alimentation de la machine électrique 20 à flux axial.
La zone 28 d’interconnexion est notamment délimitée par une paroi 282 prolongeant radialement la paroi 26 du demi-carter 22, par la portion cylindrique 24, par la portion cylindrique 324 et par une paroi prolongeant radialement une autre paroi du demi-carter 32 orthogonale à l’axe de révolution X du rotor 180. Un couvercle 287 (représenté figure 6) permet de compléter la fermeture de cette zone 28 d’interconnexion qui est donc contenue dans un boîtier d’interconnexion dédié.
Revenant à la figure 5, afin de diminuer l’encombrement axial et radial de la machine électrique 20 à flux axial, la liaison électrique 50 passe par un orifice 268 de la portion centrale 266, débouchant dans la chemise de refroidissement 25, parcourt radialement une partie de la chemise de refroidissement 25 entre le couvercle 29 et la paroi 26 du demi-carter, et entre dans la zone 28 d’interconnexion en passant par un trou 285 aménagé dans la paroi 282 de la zone 28 d’interconnexion. Le trou 285 relie la zone 28 d’interconnexion à la chemise de refroidissement 25. La chemise de refroidissement 25 est donc étendue radialement au niveau de la liaison électrique 50, de sorte à recouvrir à la fois l’orifice 268 et le trou 285.
Revenant aux figures 2 et 3, il est donc à noter que ces parois cylindriques externe 262 et interne 264 ne sont pas en réalité pas complètement cylindriques puisqu’elles présentent notamment une variation par rapport à la forme cylindrique au niveau de la liaison électrique 50. Cette variation se traduit pour la paroi cylindrique externe 262 par un détour formant une oreille à la chemise de refroidissement 25, englobant le trou 285, et pour la paroi cylindrique interne 264 par un détour formant une autre oreille à la chemise de refroidissement 25, englobant l’orifice 268.
Comme visible sur la figure 6, l’agencement de la liaison électrique 50 permet de placer le bus électrique 527 entre les dents statoriques 92 et l’arbre rotorique 140. Cette disposition permet de gagner de la surface radiale par rapport à un bus électrique 527 qui serait placé entre les dents statoriques 92 et la paroi cylindrique 24. Cette surface est ici utilisée pour optimiser les dimensions des dents statoriques 92 et des pôles du rotor 180.
Il est à noter que sur cette figure 6, une seule barre conductrice 52 et une seule barre conductrice 5271, 5272, 5273 est représentée pour simplifier. La liaison électrique 50 étant triphasée, elle comporte bien trois barres conductrices 52 reliées chacune à une barre conductrice respective 5271 à 5273 du bus électrique 527.
Afin d’accéder depuis l’extérieur de la chambre 250 aux connexions du bus électrique 527, la liaison électrique 50 comporte une portion externe 521 triphasée dont des bornes de connexion 51 sont reliées électriquement via un moyen de connexion 525, ici trois cylindres fendus (un pour chaque barre conductrice 52), à une portion interne triphasée de la liaison électrique 50, cette portion interne triphasée comportant une première partie 54 connectée aux bobinages 100 par soudage, et une deuxième partie 524 connectée au moyen de connexion 525 également par soudage. Dans ce mode de réalisation de l’invention, la première partie 54 de la portion interne triphasée correspond au bus électrique 527, et la deuxième partie 524 correspond à une extension axiale 526 du bus électrique interne 527, rapportée par exemple par soudage au bus électrique 527 et reliant celui-ci au moyen de connexion 525. En variante de réalisation, le bus électrique 527 comporte une extension axiale 526 venue de matière avec le bus électrique 527 en vis a vis des cylindres fendus 525, et chaque barre conductrice 5271 à 5273 est directement soudée chacune dans un des cylindres fendus 525.
La portion externe 521 triphasée est reliée électriquement aux cylindres fendus 525 au niveau de chaque borne de connexion 51, par une vis 56. La portion externe 521 comporte une partie 523 de la liaison électrique 50 qui passe entre le couvercle 29 de la chemise de refroidissement 25 et la paroi 26 du demi-carter 22, cette partie 523 comportant les bornes de connexion 51 et s’étendant jusqu’au trou 285, et une partie complémentaire 522 reliant la partie 523 à des bornes de connexion 59 dans la zone 28 d’interconnexion, cette partie complémentaire 522 s’étendant du trou 285 aux bornes de connexion 59.
La partie 523 de la portion externe 521 étant dans la chemise de refroidissement 25, elle est surmoulée par une protection isolante 58, par exemple en résine polymère. La section de cette protection isolante 58, dans un plan orthogonal à la dimension longitudinale de la partie 523, est préférentiellement de forme arrondie afin de lui donner un caractère hydrodynamique, le fluide caloporteur 27 circulant tout autour de cette section de la portion isolante 58. Elle a par exemple un profil d’aile d’avion. La protection isolante 58 s’étend au moins depuis l’orifice 268 jusqu’au trou 285, l’étanchéité au niveau de l’orifice 268 étant assurée par un premier dispositif d’étanchéité 86 ou 88 et au niveau du trou 285 par un deuxième dispositif d’étanchéité 82 ou 80.
Plus précisément, le premier dispositif d’étanchéité 86 ou 88 est disposé entre la protection isolante 58 et respectivement un pourtour externe de l’orifice 268 ou un pourtour interne de l’orifice 268. Le premier dispositif d’étanchéité 86 est un joint plat annulaire tandis que le premier dispositif d’étanchéité 88 est un joint annulaire torique. Un seul de ces premiers dispositifs d’étanchéité 86, 88 est nécessaire. En variante, un surmoulage de la protection isolante 58 remplace le premier dispositif d’étanchéité 86. Ces premiers dispositifs d’étanchéité 86, 88 sont comprimés entre la paroi 26 du demi- carter 22 et la protection isolante 58.
De même, le deuxième dispositif d’étanchéité 82 ou 80 est disposé entre la protection isolante 58 et respectivement un pourtour externe du trou 285 ou un pourtour interne du trou 285. Le deuxième dispositif d’étanchéité 82 est un joint plat annulaire tandis que le deuxième dispositif d’étanchéité 80 est un joint annulaire torique. Un seul de ces deuxièmes dispositifs d’étanchéité 82, 80 est nécessaire. En variante, un surmoulage de la protection isolante 58 remplace le premier dispositif d’étanchéité 82. Ces deuxièmes dispositifs d’étanchéité 82, 80 sont comprimés entre la paroi 26 du demi-carter 22 et la protection isolante 58.
La protection isolante s’étend bien sûr au niveau des connexions 51 tout autour des vis 56 et des cylindres fendus 525. Plus précisément, la protection isolante 58 comporte une ouverture 580 permettant de visser les vis 56 sur les bornes de connexion 51, et un organe d’étanchéité 84, ici un joint annulaire plat, est comprimé sur un pourtour de cette ouverture 580 par un tampon de compression 90 logé dans le couvercle 29 de la chemise de refroidissement 25, plus précisément dans une cavité 294 agencée dans le couvercle 29. En variante, l’organe d’étanchéité 84 est directement comprimé par le couvercle 29 de la chemise de refroidissement 25, le couvercle 29 pouvant présenter par exemple une surépaisseur en vis-à-vis du pourtour externe de l’ouverture 280.
On décrit maintenant un procédé de montage de la liaison électrique 50 sur la machine électrique 20. Préalablement au procédé de montage de la liaison électrique, les dents statoriques 92 et les bobinages 100 sont montés dans le demi-carter 22.
Une première étape du procédé de montage est ensuite le raccordement électrique du bus électrique 527 aux bobinages 100 du stator 94, par soudage.
L’étape suivante est la connexion électrique de la deuxième partie 524 de la portion interne de la liaison électrique 50 aux cylindres fendus 525, par soudage.
L’étape suivante est le positionnement de la portion externe 521 de la liaison électrique équipée des premier et deuxième dispositifs d’étanchéité 86, 88, 80, 82 au regard respectivement de l’orifice 268 et du trou 285. Une fois la portion externe 521 positionnée, ses bornes de connexion 51 sont vissées aux cylindres fendus 525, et ses bornes de connexion 59 sont maintenues dans la zone 28 d’interconnexion par des vis 57, qui les relient électriquement d’une part aux bornes d’une liaison électrique 69 triphasée reliant les bobinages du stator logé dans le demi-carter 32 à la zone 28 d’interconnexion, et d’autre part aux bornes de barres conductrices 70 de connexion à une prise 72 triphasée d’un carter d’électronique de puissance. La liaison électrique 69 présente des caractéristiques identiques à celles de la liaison électrique 50. Ces connexions électriques de la portion externe 521 déterminent la position radiale de cette portion externe 521. De ce fait le détour en forme d’oreille de la paroi cylindrique externe 262 est configuré pour laisser passer le fluide caloporteur 27 entre la paroi cylindrique externe 262 et la liaison électrique 50, ce qui amène une tolérance radiale de positionnement de la liaison électrique 50 lors de son montage dans la machine électrique 20. De même, le détour en forme d’oreille de la paroi cylindrique interne 264 est configuré pour laisser passer le fluide caloporteur 27 entre la paroi cylindrique interne 264 et la liaison électrique 50, facilitant le positionnement radial de la liaison électrique 50 lors de son montage dans la machine électrique 20.
L’étape suivante du procédé de montage selon l’invention, est le positionnement du couvercle 29 contre l’organe d’étanchéité 84 préalablement disposé sur le pourtour de l’ouverture 580, le couvercle 29 pouvant présenter un tampon de compression 90 maintenu dans la cavité 294 du couvercle 29. Le couvercle 29 comporte également une surépaisseur 292 au droit du trou 285. La surépaisseur 292 et le tampon de compression 90 permettent d’assurer le contact entre le couvercle 29 et la portion externe 521 une fois le couvercle 29 solidarisé à la paroi 26 du demi-carter 22, et donc l’étanchéité au niveau de l’ouverture 580 notamment. Il est donc à noter que la surépaisseur 292 n’est utile que si le deuxième dispositif d’étanchéité est un joint annulaire plat 82.
La dernière étape du procédé de montage selon l’invention est la solidarisation du couvercle 29 sur la paroi 26 du demi-carter, par une soudure 60 dite par friction malaxage. Bien sûr d’autres types de solidarisation sont envisageables, par exemple par vissage. Cette solidarisation se fait en compression sur la liaison électrique 50. Une interférence d’ajustement est réalisée entre la liaison électrique 50 et le couvercle 29 au niveau de la surépaisseur 292 d’une part et au niveau du tampon de compression 90 d’autre part. Le tampon de compression 90, réalisé en matériau élastomère de raideur optimale, permet d’avoir une meilleure maîtrise de l’effort axial de compression de l’organe d’étanchéité 84 d’une part et du premier dispositif d’étanchéité 86 d’autre part (lorsqu’un joint annulaire plat 86 est utilisé). La souplesse du tampon de compression 90 permet en effet de limiter l’impact des dispersions géométriques sur la précharge axiale los de cette dernière étape du procédé de montage.
Il est à noter que pour faciliter le maintien de l’organe d’étanchéité 84 contre le pourtour de l’ouverture 580, les deux dernières étapes du procédé de montage selon l’invention sont préférentiellement effectuées sur le demi-carter 22 dont la paroi 26 est positionnée horizontalement.
Par rapport à un autre agencement dans lequel une liaison électrique 50 passerait pardessus la chemise de refroidissement 25 pour gagner la zone 28 d’interconnexion, l’invention permet donc de gagner axialement en encombrement grâce notamment à l’économie :
- d’un jeu axial externe entre le couvercle 29 et la liaison électrique 50 de cet autre agencement,
- d’un couvercle additionnel de protection des connexions de la liaison électrique 50 au bus électrique 527 au niveau des bornes de connexion 51, dans cet autre agencement,
- et des vis de solidarisation de ce couvercle additionnel sur le demi-carter 22.
Bien sûr, l’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l’invention.

Claims

REVENDICATIONS
1- Machine électrique (20) à flux axial comportant au moins :
- un stator (94) comportant au moins une pluralité de bobinages (100),
- un rotor (180) apte à tourner autour d’un axe de révolution (X),
- un carter (22, 32) délimitant au moins partiellement une chambre (250) qui loge le stator et le rotor (180), le carter (22, 32) comportant au moins une paroi (26) disposée orthogonalement à l’axe de révolution (X) du rotor (180), le stator étant solidaire de la paroi (26) du carter et les bobinages (100) étant disposés autour de l’axe de révolution (X),
- une chemise de refroidissement (25) de la paroi (26) du carter,
- une liaison électrique (50) reliant électriquement au moins un des bobinages (100) à au moins une borne de connexion (59) située à l’extérieur de la chambre (250) du carter (22, 32), la machine électrique (20) étant caractérisée en ce que la paroi (26) du carter comporte au moins une portion centrale (266) au travers de laquelle est ménagé au moins un orifice (268) par lequel passe la liaison électrique (50), et en ce que la liaison électrique (50) est disposée entre un couvercle (29) de la chemise de refroidissement (25) et la paroi (26) du carter.
2- Machine électrique (20) à flux axial selon la revendication 1, dans laquelle la paroi (26) du carter est sensiblement circulaire et centrée sur de l’axe de révolution (X), la paroi (26) du carter étant prolongée radialement par une paroi (282) d’une zone (28) d’interconnexion électrique, la paroi (282) de la zone (28) d’interconnexion comportant au moins un trou (285), la chemise de refroidissement (25) s’étendant au moins radialement depuis la portion centrale (266) jusqu’à la paroi (282) de la zone (28) d’interconnexion en recouvrant ledit orifice (268) et ledit trou (285), la liaison électrique (50) passant au travers dudit trou (285).
3- Machine électrique (20) à flux axial selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle la liaison électrique (50) comporte d’une part une portion externe (521) à la chambre, la portion externe (521) comportant la borne de connexion (59), et d’autre part une portion interne (527, 526) à la chambre, la portion interne (527, 526) comportant un bus électrique (527) disposé entre le stator et l’axe de révolution (X), les bobinages (100) du stator étant connectés électriquement au bus électrique (527) . 4- Machine électrique (20) à flux axial selon les revendications 2 et 3, dans laquelle un contact entre le couvercle (29) et la portion externe (521) est assuré au droit du trou ou de l’orifice.
5- Machine électrique (20) à flux axial selon la revendication 3 ou 4, dans laquelle la portion externe comporte une autre borne de connexion (51), une première partie (54) de la portion interne (527, 526) étant connectée aux bobinages (100) et une deuxième partie (524) de la portion interne (527, 526) étant connectée à l’autre borne de connexion (51) par l’intermédiaire d’un moyen de connexion (525).
6- Machine électrique (20) à flux axial selon l’une quelconque des revendications 2 à 5, comportant un premier dispositif d’étanchéité (86, 88) disposé entre la paroi (26) du carter et la liaison électrique (50) contre un pourtour dudit orifice (268) et un deuxième dispositif d’étanchéité (80, 82) disposé entre la paroi (282) de la zone (28) d’interconnexion et la liaison électrique (50) contre un pourtour dudit trou (285).
7- Machine électrique (20) à flux axial selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle au moins une partie (523) de la liaison électrique (50) qui passe entre le couvercle (29) de la chemise de refroidissement (25) et la paroi (26) du carter ou la paroi (282) de la zone (28) d’interconnexion est entourée d’une protection (58) opérant au moins une isolation électrique.
8- Machine électrique (20) à flux axial selon la revendication précédente, dans laquelle la chemise de refroidissement (25) est configurée pour canaliser un fluide caloporteur (27) circulant de part et d’autre de la partie (523) de la liaison électrique (50) passant entre la paroi (26) du carter et le couvercle (29), la protection (58) de la liaison électrique (50) présentant une section hydrodynamique.
9- Machine électrique (20) à flux axial selon la revendication 7 ou 8 prise en combinaison avec la revendication 5, dans laquelle la protection (58) comporte une ouverture (580) au moins au droit de l’autre borne de connexion (51), apte à permettre l’assemblage du moyen de connexion (525) sur ladite autre borne de connexion (51), la machine électrique (20) comportant un organe d’étanchéité (84) disposé sur un pourtour de l’ouverture (580), l’organe d’étanchéité (84) étant comprimé par le couvercle (29) de la chemise de refroidissement (25).
10- Procédé de montage de la liaison électrique de la machine électrique (20) selon la revendication 9 prise en combinaison avec la revendication 6, comportant les étapes de : - connexion de la deuxième partie (524) de la portion interne (527, 526) au moyen de connexion (525),
- positionnement de la portion externe (521) de la liaison électrique (50) équipée des premier et deuxième dispositifs d’étanchéité (80, 82, 86, 88) au regard respectivement de l’orifice (268) et du trou (285),
- connexion de la portion externe (521) de la liaison électrique (50) au moyen de connexion (525),
- positionnement du couvercle (29) contre l’organe d’étanchéité (84) préalablement disposé sur le pourtour de l’ouverture (580), - solidarisation du couvercle (29) sur la paroi (26) du carter.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20100139896A1 (en) * 2009-11-11 2010-06-10 Remy Technologies, L.L.C. Liquid cooled stator terminal block for an electric machine
CA3103722A1 (fr) * 2018-06-15 2019-12-19 Indigo Technologies, Inc. Moteur a flux axial etanche a refroidissement integre

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