WO2024251524A1 - Elément de répartition de flux au sein d'un arbre creux - Google Patents

Elément de répartition de flux au sein d'un arbre creux Download PDF

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WO2024251524A1
WO2024251524A1 PCT/EP2024/064145 EP2024064145W WO2024251524A1 WO 2024251524 A1 WO2024251524 A1 WO 2024251524A1 EP 2024064145 W EP2024064145 W EP 2024064145W WO 2024251524 A1 WO2024251524 A1 WO 2024251524A1
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hole
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central bore
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Gregory Flippe
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Ampere SAS
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    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C3/00—Shafts; Axles; Cranks; Eccentrics
    • F16C3/02—Shafts; Axles
    • H—ELECTRICITY
    • 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

Definitions

  • TITLE Flow distribution element within a hollow shaft.
  • the invention relates to a flow distribution element within a hollow shaft.
  • the invention also relates to an electric motor rotor shaft comprising such a distribution element.
  • the invention also relates to an electric motor comprising such a shaft or such a distribution element.
  • the invention also relates to a vehicle comprising such an electric motor.
  • a vehicle in particular a motor vehicle, generally comprises at least one electric traction and/or propulsion motor for moving such a vehicle. This is particularly the case for hybrid or electric vehicles.
  • Such an electric motor comprises a rotor that rotates in proximity to a stator.
  • the rotor has a high, even very high, rotation speed, for example of the order of 16,000 revolutions per minute.
  • Such an electric motor heats up during operation, although it must not exceed a limit temperature, for example of the order of 140 degrees Celsius. Indeed, beyond this limit temperature, the magnets of such an electric motor lose, at least partially, their magnetic properties and this results in malfunctions of the electric motor.
  • such a vehicle typically includes a gearbox for adjusting the rotational speed of a ground-engaging element such as a wheel relative to the rotational speed output from the electric motor.
  • a gearbox for adjusting the rotational speed of a ground-engaging element such as a wheel relative to the rotational speed output from the electric motor.
  • Such an electric motor is typically arranged, at least partially, within such a gearbox.
  • Such a gearbox speeds also reach a high temperature in operation, for example of the order of 100 degrees Celsius.
  • the present invention aims to provide a distribution element remedying the above drawbacks.
  • the invention makes it possible to obtain an electric motor rotor comprising a shaft which provides cooling of the motor, compatible with the high speed of the rotor and ensuring cooling at each end of the rotor although the admission of a cooling fluid is only at one end of the rotor.
  • the invention relates to a distribution element intended to be attached within a bore of a shaft so as to form, possibly in cooperation with a surface of the bore, in this bore two fluid circuits, in particular oil circuits, the distribution element comprising:
  • the invention also relates to a shaft for a rotor of an electric motor, in particular of a traction and/or propulsion motor of a motor vehicle, the shaft comprising:
  • section of the shaft extending axially over a given length of the shaft and being intended to extend substantially opposite a stator of such an electric motor, the section comprising a first part and a second part on either side of a plane passing through the axis of the shaft, the section comprising a first axial end and a second axial end,
  • the shaft comprising a distribution element as defined above attached within the central bore so as to supply oil to the first hole and the second hole.
  • the distribution element can be shaped so as to create, in the central bore, a first oil supply chamber for the first hole and a second oil supply chamber for the second hole, the first and second chambers being able to communicate with the open end of the central bore.
  • the distribution element may comprise the second oil supply chamber, the second chamber may comprise an evacuation orifice arranged opposite the second hole.
  • the second chamber may have a hollow half-cylinder shape extending into the second portion of the section, the second chamber may have a half-disc shaped bottom extending perpendicular to the axis of the shaft.
  • the distribution element may comprise a hollow half-cylinder shape which may extend into the first part of the section.
  • the positioning element may be in contact with the central bore, in particular the positioning element may have the shape of a hollow cylinder with a diameter equal to or substantially equal to the diameter of the central bore so as to be force-fitted and/or to stick within the central bore.
  • the partition wall may extend substantially centered on the plane and a half circular pellet may extend radially from the partition wall into the central bore, within the second portion of the section, the half circular pellet may be arranged between the first hole and the second hole while being spaced from the first hole and the second hole.
  • the positioning element may be a cylindrical part of diameter equal or substantially equal to the diameter of a non-opening end of the bore so as to be force-fitted and/or glued at the non-opening end.
  • the invention also relates to an electric motor, in particular a traction and/or propulsion motor for a vehicle, the electric motor comprising a rotor shaft as defined above or a distribution element as defined above.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular a motor vehicle, comprising a gearbox, the vehicle comprising an electric motor as defined above arranged at least partially within the gearbox.
  • Figure 1 is a schematic view of a motor vehicle according to one embodiment of the invention.
  • Figure 2 is a sectional view of an electric motor comprising a distribution element according to a first embodiment of the invention.
  • Figure 3 is a front view of the distribution element according to the first embodiment of the invention.
  • Figure 4 is a perspective view of the distribution element according to the first embodiment of the invention.
  • Figure 5 is a sectional view of an electric motor comprising a distribution element according to a second embodiment of the invention.
  • Figure 6 is a perspective view of the distribution element according to the second embodiment of the invention.
  • the direction in which a vehicle, in particular a motor vehicle, moves in a straight line is defined as the longitudinal direction X.
  • the direction perpendicular to the longitudinal direction located in a plane parallel to the ground, is called the transverse direction Y.
  • the third direction, perpendicular to the other two, is called the vertical direction Z.
  • a direct XYZ reference frame is used in which X is the longitudinal direction in the front-rear direction of the vehicle, therefore directed towards the rear, Y is the transverse direction directed towards the right and Z is the vertical direction directed upwards.
  • the forward direction corresponds to the direction in which the vehicle usually moves in the longitudinal direction and is opposite to the rear direction.
  • a vehicle in particular a motor vehicle 1 , comprises a gearbox 5.
  • the vehicle comprises an electric motor 2, for example an electric traction and/or propulsion motor of the vehicle.
  • the electric motor 2 is arranged, at least partially, within the gearbox 5.
  • the electric motor 2 comprises a shaft 10, a rotor 3 and a stator 4.
  • the shaft 10 comprises an axis A.
  • the shaft 10 is the shaft of the rotor 3.
  • the shaft 10 and the rotor 3, the rotor 3 being for example fixed on the shaft 10, are intended to rotate around the axis A, or substantially around the axis A, for example at a very high speed, for example of the order of 16,000 revolutions/minute.
  • the rotor 3 is arranged opposite the stator 4.
  • the shaft 10 comprises a bore 20, preferably a central bore 20, i.e. centered on the axis A of the shaft.
  • the shaft 10 comprises an open end 24 of the central bore 20.
  • the bore is intended to receive a fluid at the open end 24.
  • the shaft 10 of the rotor 3 comprises a distribution element or distributor.
  • the distribution element 30 is attached within the bore 20 of the shaft 10.
  • the distribution element 30 then forms, possibly in cooperation with a surface 25 of the bore, two fluid circuits in this bore.
  • fluid we preferably mean oil, for example lubricating and/or cooling oil.
  • the fluid inlet or admission is ensured at the level of the emerging end 24 of the shaft 10.
  • the bore 20 is formed, machined, from this emerging end 24.
  • a first fluid circuit C1 extends from the inlet to a first hole 21.
  • a second fluid circuit C2 extends from the inlet 24 to a second hole 22.
  • the first circuit C1 and the second circuit C2 are materialized at the level of the inlet and at the outlet of each hole by an arrow.
  • the distribution element 30 comprises a positioning element 39 for positioning the distribution element 30 in the bore 20.
  • the positioning element 39 is in contact, or substantially in contact, with the central bore 20.
  • the positioning element 39 has the shape of a hollow cylinder with a diameter equal to or substantially equal to the diameter of the central bore 20.
  • the cylindrical positioning element 39 comprises a shoulder 38 intended to come into abutment against or at the open end of the shaft 10 or intake 24.
  • the distribution element 30 also comprises at least one separation wall 37 of a flow C separating into two flows or circuits C1, C2 of fluid, as illustrated in particular in FIG. 4.
  • the shaft 10 for the rotor 3 of the electric motor 2 further comprises a section 15, or cylindrical portion, of the shaft 10 extending axially over a given length L15 of the shaft 10 illustrated in FIGS. 2 and 5.
  • the section 15 is intended to extend, or extend substantially, opposite the stator 4 of the electric motor 2. More precisely, the section 15 comprises a first part 16 and a second part 17 on either side of a plane P passing through the axis A of the shaft 10.
  • the section 15 is divided, cut, separated in two, fictitiously, by the plane P so as to obtain the first part 16 (portion of the shaft 10 extending below the axis line A in FIGS. 2 and 5 and over the axial length L15, the plane P extending perpendicular to this axis). view) and the second part 17 (portion of the shaft 10 extending above the axis line A in figures 2 and 5 and over the axial length L15, the plane P extending perpendicular to this view).
  • the section 15 comprises a first axial end 11 and a second axial end 12 illustrated in dotted lines in FIGS. 2 and 5.
  • the shaft 10 comprises the first hole 21.
  • the first hole 21 extends for example radially from the central bore 20, within the first part 16 of the section 15, and close to the first axial end 11 of the section 15.
  • the first hole 21 is circular and/or the axis of the first hole 21 extends perpendicular to the plane P.
  • the first hole 21 extends from the central bore 20 to an external surface 18 of the first part 16 of the section 15.
  • several holes, radial or not, are provided so as to extend from the central bore 20 to the external surface 18 of the first part 16 of the section 15.
  • the shaft 10 comprises the second hole 22.
  • the second hole 22 extends for example radially from the central bore 20, within the second part 17 of the section 15, and close to the second axial end 12 of the section 15.
  • the second hole 22 is circular and/or the axis of the second hole 22 extends perpendicular to the plane P.
  • the second hole 22 extends from the central bore 20 to an external surface 19 of the second part 17 of the section 15.
  • several holes, radial or not, are provided so as to extend from the central bore 20 to the external surface 19 of the second part 17 of the section 15.
  • the shaft 10 comprises the distribution element reported, fixed, glued, fitted within the central bore 20.
  • the fluid admitted at the level of the emerging end 24 of the bore 20 communicates with, supplies, the first hole 21 and the second hole 22.
  • the distribution element 30 is shaped so as to create, in the central bore, a first chamber 31 for supplying the first hole 21 and a second chamber 32 for supplying the second hole 22.
  • the first and second chambers 31, 32 communicate with the open end 24 of the central bore 20.
  • the distribution element 30 which creates the second supply chamber 32.
  • the second chamber 32 then has the shape of a hollow half-cylinder 35 extending into the second part 17 of the section 15 of the shaft 10 once the element 30 is arranged in the bore 20.
  • the second chamber 32 then has a bottom 33 in the shape of a half-disc extending perpendicular to the axis A so as to close, plug, or seal the hollow half-cylinder 35.
  • the second chamber 32 comprises a hole or discharge orifice 34 for the fluid, for example circular, arranged opposite or at least partially opposite the second hole 22 once the distribution element 30 is inserted into the bore 20 of the shaft 10.
  • the distribution element 30 of the first embodiment comprises a hollow half-cylinder shape 36.
  • the hollow half-cylinder 36 extends into the first part 16 of the section 15 once the element 30 is arranged in the bore 20.
  • the hollow half-cylinder 35 closed by the bottom 33 and the hollow half-cylinder 36 form a cylinder having a skin or external surface of diameter substantially equal to, preferably slightly smaller than, the diameter of the bore 20.
  • the external surface of the two half-cylinders 35, 36 form the positioning element 39 facilitating the fixing of the distribution element 30 within the bore 20.
  • the separation wall 37 extends on either side of the fictitious plane P separating the first part 16 from the second part 17 of the section 15, preferably being centered relative to the plane P.
  • the separation wall 37 extends in the direction of the inlet 24 so as to divide the flow of fluid C arriving at the inlet into two flows C1, C2.
  • the separation wall 37 does not extend to the level of the shoulder 38.
  • the separation wall 37 stops at a distance L24 relative to the inlet 24, that is to say relative to the orifice of the bore 20 or relative to the shoulder 38.
  • the distance L24 is equal to at least the internal diameter of the tubular part of the element 30 receiving the fluid, or even twice this internal diameter, so as to obtain a laminar flow instead of a turbulent flow.
  • the axial end of the first chamber 31 corresponds to the non-opening end 23 of the bore 20.
  • the end 23 is arranged at a defined distance D from the first hole 21.
  • the defined distance D is twice the diameter of the first hole 21, or at least twice the diameter of the first hole 21.
  • the axial end of the second chamber 32 is obtained by the bottom 33.
  • the bottom 33 is preferably arranged at a defined distance D from the second hole 22.
  • the defined distance D is twice the diameter of the second hole 22, or at least twice the diameter of the second hole 22.
  • the bottom 33 is arranged, in the axial direction, after the second hole 22, that is to say between the non-opening end 23 and the second hole 22 so as to allow the fluid in the second chamber 32 to access the second hole 22.
  • the distribution element is therefore a part comprising a cylindrical portion which allows the oil to be distributed uniformly over its internal surface by centrifugation at the inlet 24.
  • the element 30 extends in the axial direction with the open semi-cylindrical part 36 which allows the oil to pass towards the bottom 23 of the central bore 20 of the rotor shaft.
  • the element 30 extends in the axial direction with the semi-cylindrical chamber 32 comprising the radial oil discharge orifice 34 arranged opposite the second hole 22 made in the rotor shaft on the oil inlet side.
  • the shoulder 38 makes it possible to ensure axial positioning of the distribution element 30 relative to the central bore 20.
  • the contact between the shoulder 38 of the element 30 and a end or a shoulder of the central bore 20 of the shaft 10 makes it possible to ensure that the orifice 34 of the hollow half-cylinder 35 is at the level, along the axis A, of the second hole 22 made in the shaft.
  • the distribution element 40 is also shaped so as to create, in the central bore, a first chamber 41 for supplying the first hole 21 and a second chamber 42 for supplying the second hole 22.
  • the first and second chambers each communicate with the open end 24 of the central bore 20.
  • the distribution element 40 comprises a positioning element 49 for positioning the distribution element 40 in the bore 20.
  • the positioning element 49 is a cylindrical part of diameter equal, or substantially equal, to the diameter of the non-emerging end 23 of the bore 20.
  • the distribution element 40 can be force-fitted and/or glued at the non-emerging end 23.
  • the distribution element 40 comprises at least one separation wall 47 for the two fluid circuits.
  • the separation wall 47 preferably extends substantially centered on the fictitious plane P separating the first part 16 from the second part 17 of the section 15.
  • the separation wall 47 for example of the plate type, comes into contact, or substantially in contact, with the wall 25 of the bore 20.
  • the separation wall has a clearance relative to the bore 20 so as not to hinder the assembly of the positioning element at the bottom 23 of the bore 20.
  • the separation wall 47 comprises two edges 46 intended to come into contact, or substantially in contact, with the bore 20.
  • the section perpendicular to the axis A of each edge 46 is curved so as to follow the circular section of the bore. central 20 opposite each edge. The curvature of each edge 46 then has an axis radius A of length just less than the radius of the bore 20 at this level.
  • the distribution element 40 further comprises a half circular pellet 48.
  • the half pellet or the half circular plate 48 extends radially from the separation wall 47.
  • the half pellet 48 extends to the central bore 20, or substantially to the bore 20 so as not to hinder the assembly of the element 40 within the bore 20.
  • the half pellet 48 extends into the second part 17 of the section 15. The half pellet 48 therefore creates an axial bottom, or substantially an axial bottom, for the second chamber 42.
  • the distribution element 40 creates in the bore 20 the first chamber 41 within the first part 16 of the section 15 of the shaft 10 and the second chamber 42 within the second part 17 of the section 15 of the shaft 10.
  • the first chamber 41 has a substantially half-cylinder shape extending from the disc or cylinder type positioning element 49 to one end 45 of the dividing wall 47 on the intake side.
  • the wall or surface 25 of the bore 20 on the side of the first part 16 of the section helps to create the first chamber 41.
  • the second chamber 42 also has a substantially half-cylinder shape extending from the half-pastille 48 to the end 45 of the dividing wall 47 on the intake side.
  • the wall or surface 25 of the bore 20 on the side of the second part 17 of the section helps to create the second chamber 42.
  • the separation wall 47 does not extend to the open end 24 of the shaft 10. In fact, the separation wall 47 stops at the distance L24 relative to the inlet 24, that is to say relative to the orifice of the bore 20. Thus, the flow C arriving at the inlet 24 is not divided upon arriving in the bore
  • the distance L24 is equal to at least the diameter of the bore 20, or even twice this diameter, so as to obtain a laminar flow instead of turbulent.
  • the half circular pellet 48 is arranged, positioned, in the direction of the axis A, between the first hole 21 and the second hole 22. In addition, the half circular pellet 48 is axially distant from the first hole.
  • the axial end of the first chamber 41 is arranged at a defined distance D from the first hole 21.
  • the defined distance D is twice the diameter of the first hole 21, or at least twice the diameter of the first hole 21.
  • the axial end of the second chamber 42, created by the half-pellet 48 is arranged at a defined distance D from the second hole 22.
  • the defined distance D is twice the diameter of the second hole 22, or at least twice the diameter of the second hole 22.
  • the half-pellet 48 is arranged behind the second hole 22 in the direction of the non-opening end 23 of the bore.
  • the positioning element 49 makes it possible to ensure axial positioning of the distribution element 40 relative to the central bore 20.
  • the contact between the element 49 of the element 40 and the bottom of the end 23 of the central bore 20 of the shaft 10 makes it possible to ensure the axial positioning, that is to say along the axis A, of the distribution element 40 within the bore 20.
  • the separation wall comprises two edges coming into contact with the central bore of the shaft and ensures positioning with respect to the bore so that the distribution element can be devoid of a cylindrical pellet-type positioning element.
  • the end 23 of the bore comes into contact with the separation wall which ensures the bottom of the first chamber.
  • the distribution element is devoid of half-pad 48.
  • the distribution element only comprises a separation plate 47 capable of being positioned centered on the plane P and coming into contact with the end 23 of the bore 20.
  • the sealing for the oil flow C on the intake side 24 between a fixed casing and the rotating shaft end 20 is obtained via radial grooves provided on the shaft and a smooth surface of a bore in the casing.
  • the fluid preferably oil, creates fluid “seals” in the grooves like O-rings. This eliminates the need for lip seals which generate friction and reduce the efficiency of the electric motor.
  • the flow distribution element 30; 40 is obtained from plastic material, such material being resistant for example up to 200 degrees C.
  • the distribution element is obtained from metallic material, for example by sintering.
  • the oil flow C preferably coming from a pump, in particular a pump dedicated to the lubrication of the gearbox if necessary, is admitted at the level of the inlet 24, that is to say at the open end of the shaft 10.
  • the oil flow C preferably comes from a fixed casing and passes at the level of the inlet 24 in the shaft 20 which rotates, in particular at high speed.
  • the oil flow first travels a distance L24 (either within a tubular part of the distribution element 30 of the first embodiment, or directly within the bore 20 in the second embodiment).
  • the distance L24 makes it possible to attenuate any turbulence in the flow of oil linked to the passage from a fixed part, the casing, to a rotating part, the shaft 10.
  • the oil flows, or flows substantially in laminar flow, at least turbulent or not turbulent.
  • the separation wall 37; 47 is placed at this level so as to divide the oil flow C into two flows C1, C2.
  • the flow C1 joins the first chamber 31; 41 and the flow C2 joins the second chamber 32; 42.
  • one hole may have a larger cross-section than the cross-section of the other hole, for example if more cooling is required on one side of the rotor and/or stator.
  • the cross-section of the distribution element may make it possible to make the cross-sections of the first and second chambers unequal.
  • the geometry of the distribution element may be adapted, modified, to calibrate each flow C1, C2, for example 70 percent at the bottom (flow C1) and 30 percent at the inlet (flow C2), or vice versa.
  • several first holes are arranged in the first part 16 of the section 15 from the bore 20 and/or several second holes (radial or not) are arranged in the second part 17 of the section 15 from the bore 20.
  • as many corresponding orifices 34 are provided in the second chamber 32 so as to be opposite the second holes.
  • an angular positioning means (not shown) is provided within the central bore and/or on the distribution element so as to angularly orient, around the axis A, the distribution element relative to the bore.
  • an angular positioning means (not shown) is provided within the central bore and/or on the distribution element so as to angularly orient, around the axis A, the distribution element relative to the bore.
  • an axial groove is provided within the bore and a projection, possibly of the lug type, extends radially outwardly from the distribution element.
  • a projection possibly of the lug type, extends radially outwardly from the distribution element.
  • one of the hollow half-cylinders 35, 36 comprises the projection.
  • the positioning element 49 comprises the angular positioning projection
  • at least one edge 46 of the partition wall 47 comprises the positioning projection
  • the circular half-pad 48 comprises the positioning projection.
  • each hole in the shaft should be arranged with the corresponding chamber, possibly with an orifice of a corresponding chamber in the distribution element.
  • a position-holding means for example welding and/or a press-fit and/or glue, is provided to angularly hold the distribution element within the bore.
  • the position-holding means can act as an angular positioning means, which simplifies the manufacture of the shaft and/or the distribution element.
  • the oil flows through the holes 21, 22 and is therefore projected on each side of the rotor 3 and the stator 4 by centrifugal force.
  • the diffusion of this oil on either side of the rotor, and/or stacks of the rotor, and/or the stator, contributes to effectively cooling the electric motor 2.
  • the rotor can rotate at a speed of the order of 16,000 revolutions per minute.
  • the electric motor does not reach the limit temperature of around 140 degrees C.
  • the magnets retain their magnetic properties, are not altered, and the motor operates perfectly.
  • the solution preferably aims to create two equal flows on either side of the rotor/stator assembly so as to cool both sides equally. This prevents one side from being less cooled and the magnets arranged at this level from creating malfunctions of the electric motor.
  • the solution is compatible for an electric motor integrated into a gearbox.
  • the gearbox has a temperature of the order of 100 degrees C for example, cooling via the holes allows each side face of the electric motor to be kept below the critical temperature, for example of the order of 140 degrees C.
  • the solution consists in placing a physical element in the center of the rotor shaft to separate the oil flow arriving in the shaft, and its centrifugation into two separate flows.
  • a single hole, for example radial is provided in the rotor shaft through which a first half of the flow is directed towards the outside of the shaft, and one or more holes at the other end of the shaft to direct the second half of the oil flow to the other side of the rotor.
  • the invention relates to a separator of the oil flow into two flows for cooling an electric motor.
  • the oil inlet is arranged on only one side of the shaft, the oil diffusion hole closest to the inlet does not offer a higher flow rate than the hole furthest from the inlet.
  • the solution makes it possible to obtain oil flow rates passing through the holes independent of the rotation speed.
  • the solution therefore makes it possible to cool the electric motor with oil injected into the bore 20 of the shaft 10 of the rotor 3.
  • the oil is introduced into the intake 24 at the bore 20, i.e. at the center of the rotor, the oil is projected by centrifugation towards the inside of the stator 4, which makes it possible to draw calories from the hot parts, in particular the rotor and the stator.
  • the solution is suitable for cooling the heat flow produced by the symmetrical losses of the electric motor.
  • the solution allows, if desired, a distribution of the oil flow arriving in the bore into two equal flow rates so as to optimize cooling over the entire range of engine rotation speeds.
  • Drill or machine holes of larger diameter is advantageous because it is easier and therefore less expensive, which helps to save money.
  • flow distribution or separator element may be suitable for creating two separate chambers within the central bore such that each chamber supplies oil to at least one hole provided on the inlet side and at least one other hole provided at the other end of the shaft.
  • the solution is suitable for cooling any electric motor equipped with an oil intake.
  • the solution is particularly suitable for cooling an electric motor arranged, at least in part, within a gearbox, particularly in a vehicle. Indeed, although the gearbox reaches a temperature of around 100 degrees C for example, the cooling resulting from the solution makes it possible to cool the electric motor whose rotation can be very high so as to prevent the electric motor from reaching a critical temperature of around 140 degrees C. As a reminder, such a temperature causes losses of magnetic properties of the magnets which generates malfunctions of the electric motor.
  • the solution therefore provides efficient cooling for the electric motor, compatible with its installation within a gearbox.
  • the distribution element is easy to manufacture and integrate within the shaft in which a bore has been machined, for example.
  • the solution therefore makes it possible to obtain an electric motor rotor providing cooling at each end of the rotor, for example with two equitable or even equal oil flows.
  • the solution therefore achieves the desired objective of obtaining an electric motor rotor comprising a shaft which provides cooling of the motor, compatible with the high speed of the rotor and ensuring a cooling at each end of the rotor although the cooling fluid intake is only at one end of the rotor, and has the advantage of being able to be adapted to all types of electric motors benefiting from a fluid intake for its lubrication and/or cooling.

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Abstract

L'invention porte sur un élément de répartition (30) destiné à être rapporté au sein d'un alésage d'un arbre de sorte à former, éventuellement en coopération avec une surface de l'alésage, dans cet alésage deux circuits de fluide, notamment d'huile, l'élément de répartition (30) comprenant un élément de positionnement (39) de l'élément de répartition (30) dans l'alésage, et au moins une paroi de séparation (37) des deux circuits de fluide.

Description

TITRE : Elément de répartition de flux au sein d’un arbre creux.
Domaine technique de l'invention
L’invention concerne un élément de répartition de flux au sein d’un arbre creux. L’invention porte encore sur un arbre de rotor de moteur électrique comprenant un tel élément de répartition. L’invention porte encore sur un moteur électrique comprenant un tel arbre ou un tel élément de répartition. L’invention porte encore sur un véhicule comprenant un tel moteur électrique.
Etat de la technique antérieure
Un véhicule, en particulier un véhicule automobile, comprend généralement au moins un moteur électrique de traction et/ou de propulsion pour déplacer un tel véhicule. C’est notamment le cas des véhicules de type hybride ou électrique.
Un tel moteur électrique comprend un rotor qui tourne à proximité d’un stator. Par exemple, le rotor a une vitesse de rotation élevée, voire très élevée, par exemple de l’ordre de 16000 tours par minutes.
Un tel moteur électrique chauffe au cours de son fonctionnement alors qu’il ne doit pas dépasser une température limite, par exemple de l’ordre de 140 degrés Celsius. En effet, au-delà de cette température limite, les aimants d’un tel moteur électrique perdent, au moins partiellement, leurs propriétés magnétiques et il en résulte des dysfonctionnements du moteur électrique.
En outre, un tel véhicule comprend généralement une boîte de vitesses pour adapter la vitesse de rotation d’un élément au contact du sol tel qu’une roue, par rapport à la vitesse de rotation sortant du moteur électrique. Un tel moteur électrique est généralement agencé, au moins partiellement, au sein d’une telle boîte de vitesses. Une telle boîte de vitesses atteint également une température élevée en fonctionnement, par exemple de l’ordre de 100 degrés Celsius.
Ainsi, éviter qu’un tel moteur électrique atteigne une température limite, voire la dépasse, alors qu’il est agencé au moins en partie en sein d’une telle boîte de vitesses elle-même chaude, est particulièrement complexe.
Il en résulte qu’un tel moteur électrique nécessite un refroidissement afin d’éviter l’atteinte de la température limite provoquant des dysfonctionnements liés à la perte des propriétés magnétiques des aimants.
Présentation de l'invention
La présente invention vise à fournir un élément de répartition remédiant aux inconvénients ci-dessus. En particulier, l’invention permet d’obtenir un rotor de moteur électrique comprenant un arbre qui offre un refroidissement du moteur, compatible avec la vitesse élevée du rotor et assurant un refroidissement au niveau de chaque extrémité du rotor bien que l’admission d’un fluide de refroidissement ne se fasse qu’à une seule extrémité du rotor.
Résumé de l'invention
Pour atteindre cet objectif, l’invention porte sur un élément de répartition destiné à être rapporté au sein d’un alésage d’un arbre de sorte à former, éventuellement en coopération avec une surface de l’alésage, dans cet alésage deux circuits de fluide, notamment d’huile, l’élément de répartition comprenant :
- un élément de positionnement de l’élément de répartition dans l’alésage, et
- au moins une paroi de séparation des deux circuits de fluide. L’invention porte encore sur un arbre pour un rotor de moteur électrique, notamment de moteur de traction et/ou de propulsion de véhicule automobile, l’arbre comprenant :
- un alésage central centré sur l’axe de l’arbre, l’alésage central étant destiné à recevoir de l’huile au niveau d’une extrémité débouchante de l’alésage central,
- un tronçon de l’arbre s’étendant axialement sur une longueur donnée de l’arbre et étant destiné à s’étendre sensiblement en vis-à-vis d’un stator d’un tel moteur électrique, le tronçon comprenant une première partie et une deuxième partie de part et d’autre d’un plan passant par l’axe de l’arbre, le tronçon comprenant une première extrémité axiale et une deuxième extrémité axiale,
- un premier trou s’étendant depuis l’alésage central au sein de la première partie du tronçon et à proximité de la première extrémité axiale du tronçon,
- un deuxième trou s’étendant depuis l’alésage central au sein de la deuxième partie du tronçon et à proximité de la deuxième extrémité axiale du tronçon, l’arbre comprenant un élément de répartition tel que défini précédemment rapporté au sein de l’alésage central de sorte à alimenter en huile le premier trou et le deuxième trou.
L’élément de répartition peut être conformé de sorte à créer, dans l’alésage central, une première chambre d’alimentation en huile du premier trou et une deuxième chambre d’alimentation en huile du deuxième trou, les première et deuxième chambres pouvant être communicantes avec l’extrémité débouchante de l’alésage central.
L’élément de répartition peut comprendre la deuxième chambre d’alimentation en huile, la deuxième chambre pouvant comprendre un orifice d’évacuation agencé en vis-à-vis du deuxième trou. La deuxième chambre peut avoir une forme de demi cylindre creux s’étendant dans la deuxième partie du tronçon, la deuxième chambre pouvant avoir un fond en forme de demi disque s’étendant perpendiculairement à l’axe de l’arbre.
L’élément de répartition peut comprendre une forme de demi cylindre creux pouvant s’étendre dans la première partie du tronçon.
L’élément de positionnement peut être au contact de l’alésage central, notamment l’élément de positionnement peut avoir une forme de cylindre creux de diamètre égal ou sensiblement égal au diamètre de l’alésage central de sorte à être emmanché à force et/ou à se coller au sein de l’alésage central.
La paroi de séparation peut s’étendre sensiblement centrée sur le plan et une demi pastille circulaire peut s’étendre radialement depuis la paroi de séparation dans l’alésage central, au sein de la deuxième partie du tronçon, la demi pastille circulaire pouvant être agencée entre le premier trou et le deuxième trou en étant distante du premier trou et du deuxième trou.
L’élément de positionnement peut être une partie cylindrique de diamètre égal ou sensiblement égal au diamètre d’une extrémité non débouchante de l’alésage de sorte à venir s’emmancher à force et/ou à se coller au niveau de l’extrémité non débouchante.
Une extrémité axiale de la première chambre peut être agencée à une distance définie du premier trou, notamment à une distance définie de deux fois le diamètre du premier trou, et une extrémité axiale de la deuxième chambre peut être agencée à une distance définie du deuxième trou, notamment à une distance définie de deux fois le diamètre du deuxième trou. L’invention porte encore sur un moteur électrique, notamment un moteur de traction et/ou de propulsion pour véhicule, le moteur électrique comprenant un arbre de rotor tel que défini précédemment ou un élément de répartition tel que défini précédemment.
L’invention porte encore sur un véhicule, notamment un véhicule automobile, comprenant une boîte de vitesses, le véhicule comprenant un moteur électrique tel que défini précédemment agencé au moins partiellement au sein de la boîte de vitesses.
Présentation des figures
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un premier et d’un deuxième mode de réalisation d’un élément de répartition faite à titre non- limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
La figure 1 est une vue schématique d’un véhicule automobile selon un mode de réalisation de l’invention.
La figure 2 est une vue en coupe d’un moteur électrique comprenant un élément de répartition selon un premier mode de réalisation de l’invention. La figure 3 est une vue de face de l’élément de répartition selon le premier mode de réalisation de l’invention.
La figure 4 est une vue en perspective de l’élément de répartition selon le premier mode de réalisation de l’invention.
La figure 5 est une vue en coupe d’un moteur électrique comprenant un élément de répartition selon un deuxième mode de réalisation de l’invention.
La figure 6 est une vue en perspective de l’élément de répartition selon le deuxième mode de réalisation de l’invention.
Description détaillée La direction selon laquelle un véhicule, notamment un véhicule automobile, se déplace en ligne droite est définie comme étant la direction longitudinale X. Par convention, la direction perpendiculaire à la direction longitudinale, située dans un plan parallèle au sol, est nommée direction transversale Y. La troisième direction, perpendiculaire aux deux autres, est nommée direction verticale Z. Ainsi, on utilise un repère direct XYZ dans lequel X est la direction longitudinale dans le sens avant-arrière du véhicule, donc dirigée vers l’arrière, Y est la direction transversale dirigée vers la droite et Z est la direction verticale dirigée vers le haut. Le sens avant correspond au sens dans lequel le véhicule se déplace habituellement dans la direction longitudinale et est opposé au sens arrière.
Comme illustré sur la figure 1 , un véhicule, notamment un véhicule automobile 1 , comprend une boîte de vitesses 5. Le véhicule comprend un moteur électrique 2, par exemple un moteur électrique de traction et/ou de propulsion du véhicule. Avantageusement, le moteur électrique 2 est agencé, au moins partiellement, au sein de la boîte de vitesses 5.
Plus précisément, comme illustré sur les figures 2 et 5, le moteur électrique 2 comprend un arbre 10, un rotor 3 et un stator 4. L’arbre 10 comprend un axe A. L’arbre 10 est l’arbre du rotor 3. Autrement dit, l’arbre 10 et le rotor 3, le rotor 3 étant par exemple fixé sur l’arbre 10, sont destinés à tourner autour de l’axe A, ou sensiblement autour de l’axe A, par exemple à une vitesse très élevée, par exemple de l’ordre de 16000 tours/minute. De préférence, le rotor 3 est agencé en vis-à-vis du stator 4.
L’arbre 10 comprend un alésage 20, de préférence un alésage central 20, c’est-à-dire centré sur l’axe A de l’arbre. L’arbre 10 comprend une extrémité débouchante 24 de l’alésage central 20. L’alésage est destiné à recevoir un fluide au niveau de l’extrémité débouchante 24. L’arbre 10 du rotor 3 comprend un élément de répartition ou répartiteur.
Un premier mode de réalisation de l’élément de répartition 30 est illustré sur les figures 2, 3 et 4.
L’élément de répartition 30 est rapporté au sein de l’alésage 20 de l’arbre 10. L’élément de répartition 30 forme alors, éventuellement en coopération avec une surface 25 de l’alésage, dans cet alésage, deux circuits de fluide. Par fluide, on entend de préférence de l’huile, par exemple de l’huile de lubrification et/ou de refroidissement.
L’entrée ou admission du fluide est assurée au niveau de l’extrémité débouchante 24 de l’arbre 10. Avantageusement, l’alésage 20 est ménagé, usiné, depuis cette extrémité débouchante 24. Un premier circuit C1 de fluide s’étend depuis l’admission jusqu’à un premier trou 21. Un deuxième circuit C2 de fluide s’étend depuis l’admission 24 jusqu’à un deuxième trou 22. Le premier circuit C1 et le deuxième circuit C2 sont matérialisés au niveau de l’admission et à la sortie de chaque trou par une flèche.
Plus précisément, comme illustré sur la figure 4 notamment, l’élément de répartition 30 comprend un élément de positionnement 39 de l’élément de répartition 30 dans l’alésage 20. Par exemple, l’élément de positionnement 39 est au contact, ou sensiblement au contact, de l’alésage central 20. Avantageusement, l’élément de positionnement 39 a une forme de cylindre creux de diamètre égal ou sensiblement égal au diamètre de l’alésage central 20. Ainsi, il est aisé d’emmancher à force et/ou de coller l’élément de positionnement 39 au sein de l’alésage central 20 de l’arbre 10. De préférence, l’élément de positionnement 39 de forme cylindrique comprend un épaulement 38 destiné à venir en butée contre ou au niveau de l’extrémité débouchante de l’arbre 10 ou admission 24. L’élément de répartition 30 comprend encore au moins une paroi de séparation 37 d’un flux C se séparant en deux flux ou circuits C1 , C2 de fluide, comme illustré notamment sur la figure 4.
L’arbre 10 pour le rotor 3 du moteur électrique 2 comprend encore un tronçon 15, ou portion cylindrique, de l’arbre 10 s’étendant axialement sur une longueur donnée L15 de l’arbre 10 illustrée sur les figures 2 et 5. Le tronçon 15 est destiné à s’étendre, ou s’étendre sensiblement, en vis-à-vis du stator 4 du moteur électrique 2. Plus précisément, le tronçon 15 comprend une première partie 16 et une deuxième partie 17 de part et d’autre d’un plan P passant par l’axe A de l’arbre 10. Autrement dit, le tronçon 15 est divisé, coupé, séparé en deux, de manière fictive, par le plan P de sorte à obtenir la première partie 16 (portion de l’arbre 10 s’étendant au-dessous du trait d’axe A sur les figures 2 et 5 et sur la longueur axiale L15, le plan P s’étendant perpendiculairement à cette vue) et la deuxième partie 17 (portion de l’arbre 10 s’étendant au-dessus du trait d’axe A sur les figures 2 et 5 et sur la longueur axiale L15, le plan P s’étendant perpendiculairement à cette vue).
Le tronçon 15 comprend une première extrémité axiale 11 et une deuxième extrémité axiale 12 illustrées en pointillés sur les figures 2 et 5.
L’arbre 10 comprend le premier trou 21. Le premier trou 21 s’étend par exemple radialement depuis l’alésage central 20, au sein de la première partie 16 du tronçon 15, et à proximité de la première extrémité axiale 11 du tronçon 15. De préférence, comme illustré sur les figures 2 et 5, le premier trou 21 est circulaire et/ou l’axe du premier trou 21 s’étend perpendiculairement au plan P. Le premier trou 21 s’étend depuis l’alésage central 20 jusqu’à une surface externe 18 de la première partie 16 du tronçon 15. Alternativement, plusieurs trous, radiaux ou non, sont ménagés de sorte à s’étendre depuis l’alésage central 20 jusqu’à la surface externe 18 de la première partie 16 du tronçon 15. L’arbre 10 comprend le deuxième trou 22. Le deuxième trou 22 s’étend par exemple radialement depuis l’alésage central 20, au sein de la deuxième partie 17 du tronçon 15, et à proximité de la deuxième extrémité axiale 12 du tronçon 15. De préférence, comme illustré sur les figures 2 et 5, le deuxième trou 22 est circulaire et/ou l’axe du deuxième trou 22 s’étend perpendiculairement au plan P. Le deuxième trou 22 s’étend depuis l’alésage central 20 jusqu’à une surface externe 19 de la deuxième partie 17 du tronçon 15. Alternativement, plusieurs trous, radiaux ou non, sont ménagés de sorte à s’étendre depuis l’alésage central 20 jusqu’à la surface externe 19 de la deuxième partie 17 du tronçon 15.
L’arbre 10 comprend l’élément de répartition rapporté, fixé, collé, emmanché au sein de l’alésage central 20. Ainsi, le fluide admis au niveau de l’extrémité débouchante 24 de l’alésage 20 communique avec, alimente, le premier trou 21 et le deuxième trou 22.
Comme illustré sur la figure 2, dans le premier mode de réalisation, l’élément de répartition 30 est conformé de sorte à créer, dans l’alésage central, une première chambre 31 d’alimentation du premier trou 21 et une deuxième chambre 32 d’alimentation du deuxième trou 22. Les première et deuxième chambres 31 , 32 sont communicantes avec l’extrémité débouchante 24 de l’alésage central 20.
Plus précisément, dans le premier mode de réalisation illustré sur les figures 3 et 4, c’est l’élément de répartition 30 qui crée la deuxième chambre 32 d’alimentation. La deuxième chambre 32 a alors une forme de demi cylindre creux 35 s’étendant dans la deuxième partie 17 du tronçon 15 de l’arbre 10 une fois l’élément 30 agencé dans l’alésage 20. La deuxième chambre 32 a alors un fond 33 en forme de demi disque s’étendant perpendiculairement à l’axe A de sorte à fermer, boucher, obturer le demi cylindre creux 35. La deuxième chambre 32 comprend un trou ou orifice d’évacuation 34 pour le fluide, par exemple circulaire, agencé en vis-à-vis ou au moins partiellement en vis-à-vis du deuxième trou 22 une fois l’élément de répartition 30 inséré dans l’alésage 20 de l’arbre 10.
L’élément de répartition 30 du premier mode de réalisation comprend une forme de demi cylindre creux 36. Le demi cylindre creux 36 s’étend dans la première partie 16 du tronçon 15 une fois que l’élément 30 est agencé dans l’alésage 20.
De préférence, le demi cylindre creux 35 bouché par le fond 33 et le demi cylindre creux 36 forme un cylindre ayant une peau ou surface externe de diamètre sensiblement égal, de préférence légèrement inférieur, au diamètre de l’alésage 20. Dans ce cas, la surface externe des deux demi cylindres 35, 36 forment l’élément de positionnement 39 facilitant la fixation de l’élément de répartition 30 au sein de l’alésage 20. La paroi de séparation 37 s’étend de part et d’autre du plan P fictif séparant la première partie 16 de la deuxième partie 17 du tronçon 15, de préférence en étant centrée par rapport au plan P. La paroi de séparation 37 s’étend en direction de l’admission 24 de sorte à diviser le flux du fluide C arrivant à l’admission en deux flux C1 , C2. Avantageusement, comme illustré sur la figure 2, la paroi de séparation 37 ne s’étend pas jusqu’au niveau de l’épaulement 38. En effet, la paroi de séparation 37 s’arrête à une distance L24 par rapport à l’admission 24, c’est-à-dire par rapport à l’orifice de l’alésage 20 ou par rapport à l’épaulement 38. Ainsi, le flux C arrivant à l’admission 24 n’est pas divisé dès l’entrée dans l’élément de répartition 30 mais après avoir parcouru la distance L24 au sein de l’élément de répartition 30. Par exemple, la distance L24 est égale à au moins le diamètre intérieur de la partie tubulaire de l’élément 30 recevant le fluide, voire à deux fois ce diamètre intérieur, de manière à obtenir un écoulement laminaire au lieu de turbulent. Avantageusement, comme illustré sur la figure 2, l’extrémité axiale de la première chambre 31 correspond à l’extrémité 23 non débouchante de l’alésage 20. De préférence, l’extrémité 23 est ménagée à une distance définie D du premier trou 21 . Par exemple, la distance définie D vaut deux fois le diamètre du premier trou 21 , ou au moins deux fois le diamètre du premier trou 21 .
Avantageusement, comme illustré sur la figure 2, l’extrémité axiale de la deuxième chambre 32 est obtenue par le fond 33. Le fond 33 est de préférence agencé à une distance définie D du deuxième trou 22. Par exemple, la distance définie D vaut deux fois le diamètre du deuxième trou 22, ou au moins deux fois le diamètre du deuxième trou 22. Le fond 33 est disposé, selon la direction axiale, après le deuxième trou 22, c’est-à-dire entre l’extrémité non débouchante 23 et le deuxième trou 22 de sorte à permettre au fluide dans la deuxième chambre 32 d’accéder au sein du deuxième trou 22.
Dans ce premier mode de réalisation, l’élément de répartition est donc une pièce comprenant une portion cylindrique qui permet une répartition de l’huile uniformément sur sa surface interne par centrifugation au niveau de l’admission 24. Du côté de la première partie 16 du tronçon 15, l’élément 30 se prolonge selon la direction axiale avec la partie semi-cylindrique ouverte 36 qui laisse passer l’huile vers le fond 23 de l’alésage central 20 de l’arbre rotor. Du côté de la deuxième partie 17 du tronçon 15, l’élément 30 se prolonge selon la direction axiale avec la chambre 32 semi- cylindrique comprenant l’orifice 34 d’évacuation radiale de l’huile disposé en face du deuxième trou 22 réalisé dans l’arbre rotor du côté de l’admission d’huile.
A noter que l’épaulement 38 permet d’assurer un positionnement axial de l’élément de répartition 30 par rapport à l’alésage central 20. De préférence, le contact entre l’épaulement 38 de l’élément 30 et une extrémité ou un épaulement de l’alésage central 20 de l’arbre 10 permet de s’assurer que l’orifice 34 du demi cylindre creux 35 est au niveau, selon l’axe A, du deuxième trou 22 ménagé dans l’arbre.
Selon un deuxième mode de réalisation illustré sur les figures 5 et 6, l’élément de répartition 40 est également conformé de sorte à créer, dans l’alésage central, une première chambre 41 d’alimentation du premier trou 21 et une deuxième chambre 42 d’alimentation du deuxième trou 22. Les première et deuxième chambres communiquent chacune avec l’extrémité débouchante 24 de l’alésage central 20.
Dans ce deuxième mode de réalisation, l’élément de répartition 40 comprend un élément de positionnement 49 de l’élément de répartition 40 dans l’alésage 20. Par exemple, l’élément de positionnement 49 est une partie cylindrique de diamètre égal, ou sensiblement égal, au diamètre de l’extrémité non débouchante 23 de l’alésage 20. Ainsi, l’élément de répartition 40 peut venir s’emmancher à force et/ou être collé au niveau de l’extrémité non débouchante 23. De plus, l’élément de répartition 40 comprend au moins une paroi de séparation 47 des deux circuits de fluide.
Plus précisément, la paroi de séparation 47 s’étend de préférence sensiblement centrée sur le plan P fictif séparant la première partie 16 de la deuxième partie 17 du tronçon 15. De préférence, la paroi de séparation 47, par exemple de type plaque, vient au contact, ou sensiblement au contact, de la paroi 25 de l’alésage 20. En cas d’élément de positionnement 49 de forme cylindrique dans l’alésage, de préférence la paroi de séparation a un jeu par rapport à l’alésage 20 de sorte à ne pas gêner l’assemblage de l’élément de positionnement au niveau du fond 23 de l’alésage 20. Par exemple, la paroi de séparation 47 comprend deux bords 46 destinés à venir au contact, ou sensiblement au contact, de l’alésage 20. Par exemple, la section perpendiculaire à l’axe A de chaque bord 46 est courbée de sorte à suivre la section circulaire de l’alésage central 20 en vis-à-vis de chaque bord. La courbure de chaque bord 46 a alors un rayon d’axe A de longueur tout juste inférieure au rayon de l’alésage 20 à ce niveau.
L’élément de répartition 40 comprend encore une demi pastille circulaire 48. La demi pastille ou la demi plaque circulaire 48 s’étend radialement depuis la paroi de séparation 47. Ainsi, la demi pastille 48 s’étend jusqu’à l’alésage central 20, ou sensiblement jusqu’à l’alésage 20 de sorte à ne pas entraver l’assemblage de l’élément 40 au sein de l’alésage 20. La demi pastille 48 s’étend dans la deuxième partie 17 du tronçon 15. La demi pastille 48 crée donc un fond axial, ou sensiblement un fond axial, pour la deuxième chambre 42.
Grâce à la paroi de séparation 47, notamment centrée sur le plan P, et la demi pastille 48, l’élément de répartition 40 crée dans l’alésage 20 la première chambre 41 au sein de la première partie 16 du tronçon 15 de l’arbre 10 et la deuxième chambre 42 au sein de la deuxième partie 17 du tronçon 15 de l’arbre 10.
Plus précisément, la première chambre 41 a une forme sensiblement de demi cylindre s’étendant depuis l’élément de positionnement 49 de type disque ou cylindre jusqu’à une extrémité 45 de la paroi de séparation 47 côté admission. La paroi ou surface 25 de l’alésage 20 du côté de la première partie 16 du tronçon participe à créer la première chambre 41 .
La deuxième chambre 42 a également une forme sensiblement de demi cylindre s’étendant depuis la demi pastille 48 jusqu’à l’extrémité 45 de la paroi de séparation 47 côté admission. La paroi ou surface 25 de l’alésage 20 du côté de la deuxième partie 17 du tronçon participe à créer la deuxième chambre 42. Avantageusement, comme illustré sur la figure 5, la paroi de séparation 47 ne s’étend pas jusqu’à l’extrémité débouchante 24 de l’arbre 10. En effet, la paroi de séparation 47 s’arrête à la distance L24 par rapport à l’admission 24, c’est-à-dire par rapport à l’orifice de l’alésage 20. Ainsi, le flux C arrivant à l’admission 24 n’est pas divisé en arrivant dans l’alésage
20 mais après avoir parcouru la distance L24 dans l’alésage central 20. Par exemple, la distance L24 est égale à au moins le diamètre de l’alésage 20, voire à deux fois ce diamètre, de manière à obtenir un écoulement laminaire au lieu de turbulent.
A noter que la demi pastille circulaire 48 est agencée, positionnée, selon la direction de l’axe A, entre le premier trou 21 et le deuxième trou 22. En outre, la demi pastille circulaire 48 est distante axialement du premier trou
21 et du deuxième trou 22.
Avantageusement, comme illustré sur la figure 5, l’extrémité axiale de la première chambre 41 , par exemple créée par l’élément de positionnement 49, est agencée à une distance définie D du premier trou 21 . Par exemple, la distance définie D vaut deux fois le diamètre du premier trou 21 , ou au moins deux fois le diamètre du premier trou 21 .
Avantageusement, comme illustré sur la figure 5, l’extrémité axiale de la deuxième chambre 42, créée par la demi pastille 48, est agencée à une distance définie D du deuxième trou 22. Par exemple, la distance définie D vaut deux fois le diamètre du deuxième trou 22, ou au moins deux fois le diamètre du deuxième trou 22. La demi pastille 48 est disposée derrière le deuxième trou 22 en direction de l’extrémité non débouchante 23 de l’alésage.
A noter que l’élément de positionnement 49 permet d’assurer un positionnement axial de l’élément de répartition 40 par rapport à l’alésage central 20. De préférence, le contact entre l’élément 49 de l’élément 40 et le fond de l’extrémité 23 de l’alésage central 20 de l’arbre 10 permet de s’assurer du positionnement axial, c’est-à-dire selon l’axe A, de l’élément de répartition 40 au sein de l’alésage 20.
Alternativement, selon une variante non illustrée du deuxième mode de réalisation, la paroi de séparation comprend deux bords venant au contact de l’alésage central de l’arbre et assure le positionnement vis-à-vis de l’alésage si bien que l’élément de répartition peut être dépourvu d’élément de positionnement de type pastille cylindrique. Dans ce cas, l’extrémité 23 de l’alésage vient au contact de la paroi de séparation ce qui assure le fond de la première chambre.
Alternativement, selon une variante non illustrée du deuxième mode de réalisation, l’élément de répartition est dépourvu de demi pastille 48. Par exemple, l’élément de répartition ne comprend qu’une plaque de séparation 47 apte à être positionnée centrée sur le plan P et venant au contact de l’extrémité 23 de l’alésage 20.
Par exemple, l’étanchéité pour le flux d’huile C du côté de l’admission 24 entre un carter fixe et le bout d’arbre 20 qui tourne est obtenue via des gorges radiales ménagées sur l’arbre et une surface lisse d’un alésage du carter. Dans ce cas, le fluide, de l’huile de préférence, crée des « joints » de fluide dans les gorges à l’instar de joints toriques. On s’affranchit alors de joints à lèvre qui génèrent des frottements et abaissent le rendement du moteur électrique.
Par exemple l’élément de répartition 30 ; 40 du flux est obtenu en matière plastique, une telle matière résistant par exemple jusqu’à 200 degrés C. Alternativement, l’élément de répartition est obtenu en matière métallique, par exemple par frittage. Comme illustré sur les figures 2 et 5, le flux d’huile C, provenant de préférence d’une pompe, notamment d’une pompe dédiée à la lubrification de la boîte de vitesses le cas échéant, est admis au niveau de l’admission 24, c’est-à-dire à l’extrémité débouchante de l’arbre 10. Pour rappel, de préférence le flux d’huile C provient d’un carter fixe et passe au niveau de l’admission 24 dans l’arbre 20 qui tourne, notamment à haute vitesse. Comme évoqué précédemment, le flux d’huile parcourt d’abord une distance L24 (soit au sein d’une partie tubulaire de l’élément de répartition 30 du premier mode de réalisation, soit directement au sein de l’alésage 20 dans le second mode de réalisation). La distance L24 permet d’atténuer les éventuelles turbulences de l’écoulement de l’huile liées au passage d’une pièce fixe, le carter, à une pièce en rotation, l’arbre 10. Ainsi, à l’issue de cette distance L24, l’huile s’écoule, ou s’écoule sensiblement en écoulement laminaire, tout du moins pue ou pas turbulent. Ainsi, la paroi de séparation 37 ; 47 est placée à ce niveau de sorte à diviser le flux d’huile C en deux flux C1 , C2. Le flux C1 rejoint la première chambre 31 ; 41 et le flux C2 rejoint la deuxième chambre 32 ; 42. En cas de paroi de séparation divisant la section S20 de l’alésage (deuxième mode de réalisation - figure 5) ou la section au niveau de l’épaulement 38 (premier mode de réalisation - figure 2) en deux sections droites S1 , S2 d’aire égales, sensiblement en forme chacune de demi disque, le flux d’huile C est sensiblement divisé en deux de manière égale. Ainsi, une fois que le flux d’huile est continu, en cas d’aire des trous 21 , 22 identiques ou sensiblement identiques, le flux C1 sortant du premier trou 21 et le flux C2 sortant du deuxième trou 22 sont identiques ou sensiblement identiques.
La distance D entre le fond de la première chambre et le premier trou et entre le fond de la deuxième chambre et le deuxième trou permet d’atténuer, voire supprimer, les turbulences dans l’écoulement de l’huile générées par la présence de ces fonds de cavités. Alternativement, un trou peut avoir une section supérieure à la section de l’autre trou, par exemple en cas de besoin de davantage de refroidissement d’un côté du rotor et/ou du stator. Alternativement, ou en complément, si on souhaite augmenter le débit d’huile d’un côté, la section de l’élément de répartition peut permettre de rendre inégales les sections des première et deuxième chambres. Autrement dit, la géométrie de l'élément de répartition peut être adaptée, modifiée, pour calibrer chaque flux C1 , C2, par exemple 70 pourcent au fond (flux C1 ) et 30 pourcent à l'entrée (flux C2), ou inversement. Alternativement, ou en complément, plusieurs premiers trous (radiaux ou non) sont agencés dans la première partie 16 du tronçon 15 depuis l’alésage 20 et/ou plusieurs deuxièmes trous (radiaux ou non) sont agencés dans la deuxième partie 17 du tronçon 15 depuis l’alésage 20. Dans ce cas, pour le premier mode de réalisation, autant d’orifices 34 correspondant sont ménagés dans la deuxième chambre 32 de sorte à se retrouver en vis-à-vis des deuxièmes trous.
Quel que soit le mode de réalisation, un moyen de positionnement angulaire (non illustré) est prévu au sein de l’alésage central et/ou sur l’élément de répartition de sorte à orienter angulairement, autour de l’axe A, l’élément de répartition par rapport à l’alésage. Ainsi, on évite tout décalage angulaire ultérieur entre l’élément de répartition et l’alésage central.
Par exemple, une rainure axiale est ménagée au sein de l’alésage et une saillie, éventuellement de type ergot, s’étend radialement vers l’extérieur depuis l’élément de répartition. Dans le premier mode de réalisation, par exemple l’un des demi cylindres creux 35, 36 comprend la saillie. Dans le deuxième mode de réalisation, par exemple l’élément de positionnement 49 comprend la saillie de positionnement angulaire, et/ou au moins un bord 46 de la paroi de séparation 47 comprend la saillie de positionnement, et/ou la demi pastille circulaire 48 comprend la saillie de positionnement. En effet, il convient d’agencer chaque trou ménagé dans l’arbre avec la chambre correspondante, éventuellement avec un orifice d’une chambre correspondante ménagée dans l’élément de répartition. Alternativement ou en complément, un moyen de maintien en position, par exemple de la soudure et/ou un emmanchement à force et/ou de la colle, est prévu pour maintenir angulairement l’élément de répartition au sein de l’alésage. Ainsi, le moyen de maintien en position peut faire office de moyen de positionnement angulaire ce qui simplifie la fabrication de l’arbre et/ou de l’élément de répartition.
Grâce à la solution, l’huile s’écoule par les trous 21 , 22 et par conséquent est projetée de chaque côté du rotor 3 et du stator 4 par la force centrifuge. La diffusion de cette huile de part et d’autre du rotor, et/ou d’empilements du rotor, et/ou du stator, concourt à refroidir efficacement le moteur électrique 2. Pour rappel, le rotor peut tourner à une vitesse de l’ordre de 16000 tours par minute.
Grâce à la solution, le moteur électrique n’atteint pas la température limite de l’ordre de 140 degrés C. Ainsi, les aimants conservent leurs propriétés magnétiques, ne sont pas altérés, et le moteur fonctionne parfaitement. En outre, on évite que seul un des deux côtés soit correctement refroidi. Comme évoqué précédemment, la solution vise de préférence à créer deux flux égaux de part et d’autre de l’ensemble rotor/stator de sorte à refroidir équitablement les deux côtés. Ainsi, on évite qu’un côté soit moins refroidit et que les aimants agencés à ce niveau créent des dysfonctionnements du moteur électrique.
La solution est compatible pour un moteur électrique intégré au sein d’une boîte de vitesses. En effet, bien que la boîte de vitesses ait une température de l’ordre de 100 degrés C par exemple, le refroidissement via les trous permet de maintenir chaque face latérale du moteur électrique sous la température critique, par exemple de l’ordre de 140 degrés C. En résumé, la solution consiste à placer un élément physique au centre de l’arbre du rotor pour séparer le flux d’huile arrivant dans l’arbre, et sa centrifugation en deux débits distincts. Comme vu précédemment, de préférence, un seul trou, par exemple radial, est ménagé dans l’arbre rotor par lequel une première moitié du débit est orienté vers l’extérieur de l’arbre, et un ou plusieurs trous à l’autre extrémité de l’arbre pour orienter la seconde moitié du débit d’huile de l’autre côté du rotor.
Autrement dit, l’invention porte sur un séparateur du flux d'huile en deux flux pour refroidir un moteur électrique. Bien que l’admission d’huile soit agencée d’un seul côté de l’arbre, le trou de diffusion de l’huile le plus proche de l’admission n’offre pas un débit supérieur par rapport au trou le plus éloigné de l’admission. En outre, la solution permet d’obtenir des débits d’huile traversant les trous indépendants de la vitesse de rotation.
La solution permet donc de refroidir le moteur électrique avec de l'huile injectée au sein de l’alésage 20 de l’arbre 10 du rotor 3. Bien que l’huile soit introduite dans l’admission 24 au niveau de l’alésage 20, c’est-à-dire au centre du rotor, l’huile est projetée par centrifugation vers l'intérieur du stator 4 ce qui permet de prélever des calories aux pièces chaudes, notamment au rotor et au stator. Ainsi, la solution est adaptée pour refroidir le flux de chaleur produit par les pertes symétriques du moteur électrique.
La solution permet de respecter, si souhaité, une répartition du débit d’huile arrivant dans l’alésage en deux débits égaux de sorte à optimiser le refroidissement sur toute la plage de régimes de rotation du moteur.
Eventuellement, la solution permet d’augmenter, si besoin, les diamètres des trous 21 , 22 puisque leur diamètre n’ayant pas, ou peu, d’influence sur la répartition de l’huile. Percer ou usiner des trous de plus gros diamètre est avantageux car cela est davantage aisé et donc moins onéreux ce qui concourt à faire des économies.
Bien que deux modes de réalisation aient été décrits, d’autres formes de l’élément de répartition ou séparateur de flux peuvent convenir pour créer deux chambres distinctes au sein de l’alésage central de sorte à ce que chaque chambre alimente en huile au moins un trou ménagé du côté de l’admission et au moins un autre trou ménagé à l’autre extrémité de l’arbre.
La solution est adaptée pour refroidir tout moteur électrique équipé d’une admission d’huile. La solution convient tout particulièrement au refroidissement d’un moteur électrique agencé, au moins en partie, au sein d’une boite de vitesses, notamment de véhicule. En effet, bien que la boîte de vitesse atteigne une température de l’ordre de 100 degrés C par exemple, le refroidissement résultant de la solution permet de refroidir le moteur électrique dont la rotation peut être très élevée de sorte à éviter que le moteur électrique n’atteigne une température critique de l’ordre de 140 degrés C. Pour rappel, une telle température occasionne des pertes de propriétés magnétiques des aimants ce qui génère des dysfonctionnements du moteur électrique.
La solution offre donc un refroidissement efficace au moteur électrique, compatible avec son implantation au sein d’une boîte de vitesses. En outre, l’élément de répartition est facile à fabriquer et à intégrer au sein de l’arbre dans lequel un alésage a été usiné par exemple. Ainsi, la solution permet d’obtenir un rotor de moteur électrique assurant un refroidissement au niveau de chaque extrémité du rotor, par exemple avec deux flux d’huile équitables voire égaux.
En remarque, la solution atteint donc l’objectif recherché d’obtenir un rotor de moteur électrique comprenant un arbre qui offre un refroidissement du moteur, compatible avec la vitesse élevée du rotor et assurant un refroidissement au niveau de chaque extrémité du rotor bien que l’admission du fluide de refroidissement ne se fasse qu’à une seule extrémité du rotor, et présente l’avantage de pouvoir être adaptée à tous types de moteurs électriques bénéficiant d’une admission de fluide pour sa lubrification et/ou son refroidissement.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Élément de répartition (30 ; 40) destiné à être rapporté au sein d’un alésage (20) d’un arbre (10) de sorte à former, éventuellement en coopération avec une surface de l’alésage, dans cet alésage deux circuits de fluide, notamment d’huile, l’élément de répartition (30 ; 40) comprenant :
- un élément de positionnement (39 ; 49) de l’élément de répartition (30 ; 40) dans l’alésage (20), et
- au moins une paroi de séparation (37 ; 47) des deux circuits de fluide.
2. Arbre (10) pour un rotor (3) de moteur électrique (2), notamment de moteur de traction et/ou de propulsion de véhicule automobile (1 ), l’arbre (10) comprenant :
- un alésage central (20) centré sur l’axe (A) de l’arbre (10), l’alésage central (20) étant destiné à recevoir de l’huile au niveau d’une extrémité débouchante (24) de l’alésage central (20),
- un tronçon (15) de l’arbre (10) s’étendant axialement sur une longueur donnée (L15) de l’arbre (10) et étant destiné à s’étendre sensiblement en vis-à-vis d’un stator (4) d’un tel moteur électrique (2), le tronçon (15) comprenant une première partie (16) et une deuxième partie (17) de part et d’autre d’un plan (P) passant par l’axe (A) de l’arbre (10), le tronçon (15) comprenant une première extrémité axiale (11 ) et une deuxième extrémité axiale (12),
- un premier trou (21 ) s’étendant depuis l’alésage central (20) au sein de la première partie (16) du tronçon (15) et à proximité de la première extrémité axiale (11 ) du tronçon (15),
- un deuxième trou (22) s’étendant depuis l’alésage central (20) au sein de la deuxième partie (17) du tronçon (15) et à proximité de la deuxième extrémité axiale (12) du tronçon (15), l’arbre (10) comprenant un élément de répartition (30 ; 40) selon la revendication 1 rapporté au sein de l’alésage central (20) de sorte à alimenter en huile le premier trou (21 ) et le deuxième trou (22).
3. Arbre (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément de répartition (30 ; 40) est conformé de sorte à créer, dans l’alésage central, une première chambre (31 ; 41 ) d’alimentation en huile du premier trou (21 ) et une deuxième chambre (32 ; 42) d’alimentation en huile du deuxième trou (22), les première et deuxième chambres étant communicantes avec l’extrémité débouchante (24) de l’alésage central (20).
4. Arbre (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément de répartition (30) comprend la deuxième chambre (32) d’alimentation en huile, la deuxième chambre (32) comprenant un orifice d’évacuation (34) agencé en vis-à-vis du deuxième trou (22).
5. Arbre (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la deuxième chambre (32) a une forme de demi cylindre creux (35) s’étendant dans la deuxième partie (17) du tronçon (15), la deuxième chambre (32) ayant un fond (33) en forme de demi disque s’étendant perpendiculairement à l’axe (A) de l’arbre (10).
6. Arbre (10) selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que l’élément de répartition (30) comprend une forme de demi cylindre creux (36) s’étendant dans la première partie (16) du tronçon (15).
7. Arbre (10) selon l’une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que l’élément de positionnement (39) est au contact de l’alésage central (20), notamment l’élément de positionnement (39) a une forme de cylindre creux de diamètre égal ou sensiblement égal au diamètre de l’alésage central (20) de sorte à être emmanché à force et/ou à se coller au sein de l’alésage central (20).
8. Arbre (10) selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la paroi de séparation (47) s’étend sensiblement centrée sur le plan (P) et en ce qu’une demi pastille circulaire (48) s’étend radialement depuis la paroi de séparation (47) dans l’alésage central (20), au sein de la deuxième partie (17) du tronçon (15), la demi pastille circulaire (48) étant agencée entre le premier trou (21 ) et le deuxième trou (22) en étant distante du premier trou (21 ) et du deuxième trou (22).
9. Arbre (10) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’élément de positionnement (49) est une partie cylindrique de diamètre égal ou sensiblement égal au diamètre d’une extrémité non débouchante (23) de l’alésage (20) de sorte à venir s’emmancher à force et/ou à se coller au niveau de l’extrémité non débouchante (23).
10. Arbre (10) selon l’une des revendications 2, ou 4 à 9, en combinaison avec la revendication 3, caractérisé en ce qu’une extrémité axiale de la première chambre (31 ; 41 ) est agencée à une distance définie (D) du premier trou (21 ), notamment à une distance définie (D) de deux fois le diamètre du premier trou (21 ), et en ce qu’une extrémité axiale de la deuxième chambre (32 ; 42) est agencée à une distance définie (D) du deuxième trou (22), notamment à une distance définie (D) de deux fois le diamètre du deuxième trou (22).
11. Moteur électrique (2), notamment moteur de traction et/ou de propulsion pour véhicule, caractérisé en ce que le moteur électrique (2) comprend un arbre (10) de rotor selon l’une des revendications 2 à 10 ou un élément de répartition (30 ; 40) selon la revendication 1 .
12. Véhicule, notamment véhicule automobile (1 ), comprenant une boîte de vitesses (5), caractérisé en ce que le véhicule comprend un moteur électrique (2) selon la revendication précédente agencé au moins partiellement au sein de la boîte de vitesses (5).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102017006807A1 (de) * 2017-07-18 2018-01-25 Daimler Ag Antriebseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen Kraftwagen
US20200259398A1 (en) * 2019-02-13 2020-08-13 Hamilton Sundstrand Corporation Dual fluid rotating shaft
CN113206563A (zh) * 2021-04-21 2021-08-03 浙江零跑科技有限公司 一种油冷电驱动力转子结构

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