Brevet FR2809881A1 — publié le 20011207

L'invention concerne un groupe électrique comportant un dispositif de refroidissement pour évacuer les pertes de chaleur, un stator qui comprend un empilement de tôles de stator présentant des évidements pour des canaux de refroidissement remplis d'un réfrigérant qui sont reliés les uns aux autres par au moins un élément de renvoi. Pendant le fonctionnement d'un groupe électrique pour transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique ou inversement, il se produit des pertes de chaleur. Pour protéger le groupe contre des endommagements, on doit évacuer ces pertes de chaleur intempestives du groupe. A cet effet, on pourvoit des groupes électriques couramment dans la pratique d'un dispositif de refroidissement, o par exemple un fluide réfrigérant en circulation absorbe les pertes de chaleur et les transporte à distance du groupe électrique jusqu'à un échangeur de chaleur. Lorsque l'on utilise un tel dispositif de refroidissement, on peut à la fois augmenter considérablement la puissance du groupe électrique. Dans des groupes électriques prévus dans des installations qui produisent elles-mêmes des pertes de chaleur, par exemple dans le domaine automobile lors d'une combinaison avec un moteur à combustion interne, on doit investir plus de travail pour évacuer les pertes de chaleur qui se présentent. En supplément, dans le but d'économiser du carburant et de réduire les émissions, l'évolution actuelle des véhicules automobiles demande des groupes électriques particulièrement efficaces, de structure compacte et de faible poids avec une disponibilité de place structurelle limitée. On connaît du document DE 197 57 605 AI un moteur électrique à rotor intérieur comportant un refroidissement, qui présente des canaux de refroidissement coulés dans l'empilement de tôles de stator et s'étendant en direction axiale. Les flasques agencées du côté frontal sur l'empilement de tôles de stator possèdent des traversées par lesquelles les canaux de refroidissement axiaux sont menés hors de l'empilement 2 2809881 de tôles de stator et reliés les uns aux autres au moyen d'éléments de renvoi tubulaires. De plus, le document EP 0 925 839 A1 décrit un moteur électrique du type à induit interne, dont le carter comprend des canaux de refroidissement axiaux qui sont reliés en écoulement les uns aux autres au moyen d'éléments de renvoi susceptibles d'être fixés sur le carter et au moyen d'évidements dans les flasques. L'inconvénient dans les deux solutions citées, c'est que la longueur structurelle axiale du groupe électrique n'est pas déterminée par la partie électrique, mais par le dispositif de refroidissement à cause des éléments de renvoi disposés du côté frontal. L'objectif sous-jacent à l'invention est de proposer un groupe électrique comportant un dispositif de refroidissement qui présente une longueur structurelle axiale aussi courte que possible. Conformément à l'invention, cet objectif est atteint par le fait que l'empilement de tôles de stator comprend des lamelles de tôles empilées, dans lequel au moins deux types de lamelles de tôles distincts de par les évidements pour les canaux de refroidissement sont prévus dans l'empilement de tôles de stator, et l'élément de renvoi est réalisé avec un certain nombre de tronçons s'étendant sensiblement radialement et avec un tronçon s'étendant sensiblement en direction périphérique, le tronçon s'étendant en direction périphérique étant réalisé radialement par rapport à l'empilement de tôles de stator. L'avantage essentiel de la solution proposée, c'est que grâce à la réalisation des éléments de renvoi conformes à l'invention du dispositif de refroidissement, on peut construire un groupe électrique de façon très compacte, et on peut utiliser la place structurelle axiale gagnée pour agencer d'autres unités fonctionnelles, par exemple dans le compartiment moteur étroitement limité d'un véhicule automobile. 3 2809881 Dans le cas d'un groupe électrique du type à induit externe, il est particulièrement avantageux d'agencer le tronçon s'étendant sensiblement en direction périphérique de l'élément de renvoi, radialement à l'intérieur par rapport à l'empilement de tôles de stator. Le volume intérieur, présent dans un induit externe, de l'empilement de tôles de stator est utilisable pour agencer l'élément de renvoi sans prendre des mesures particulières. De plus, on économise particulièrement de la place lorsque l'on réalise l'élément de renvoi à l'intérieur de l'extension axiale de l'empilement de tôles de stator. Selon un autre développement avantageux, l'élément de renvoi relie par paire des canaux de refroidissement voisins. Grâce à ceci, on évite un court-circuit hydraulique. Selon une variante particulièrement simple sur le plan des techniques de fabrication, on prévoit un élément de renvoi de forme tubulaire. Celui-ci est particulièrement simple à enficher sur des canaux de refroidissement voisins et à relier avec étanchement à ceux-ci. Pour fabriquer l'élément de renvoi, il est également avantageux de réaliser celui-ci en plusieurs pièces, à savoir par au moins une partie formant goulotte et au moins une partie d'obturation qui referme avec étanchement la partie formant goulotte. Selon un mode de réalisation particulièrement simple, la partie d'obturation est constituée en matière plastique. Pour refermer avec étanchement une partie formant goulotte, la partie d'obturation en matière plastique peut comprendre par exemple un ajustement serré et être enfoncée de manière simple dans la partie formant goulotte. On obtient un avantage important lorsque la partie formant goulotte d'un élément de renvoi est réalisée en une seule pièce avec les canaux de refroidissement qui sont en communication d'écoulement avec celle- 4 2809881 ci et qui s'étendent dans l'empilement de tôles de stator. Grâce à ceci, on peut considérablement réduire le nombre des pièces du dispositif de refroidissement, et on permet une fabrication à des coûts faibles. De manière particulièrement avantageuse, la partie formant goulotte est réalisée, avec les canaux de refroidissement qui sont en communication d'écoulement avec celle-ci et qui s'étendent dans l'empilement de tôles de stator, sous forme de pièce coulée ou injectée. Le matériau de coulée ou d'injection peut s'appliquer de manière particulièrement étroite contre le contour de l'empilement de tôles de stator, ce qui procure une évacuation de chaleur particulièrement efficace par le dispositif de refroidissement pendant le fonctionnement du groupe électrique. Avantageusement, une pluralité de parties formant goulotte des éléments de renvoi, disposées radialement par rapport à l'empilement de tôles de stator, sont reliées les unes aux autres par des segments de maintien. Grâce à cette mesure, on peut nettement améliorer la solidité mécanique du dispositif de refroidissement. De plus, il est également avantageux de réaliser une pluralité de parties d'obturation en une seule pièce sous forme d'un couvercle qui referme avec étanchement une pluralité de parties formant goulotte. Ainsi, on peut réduire le nombre des étapes de montage nécessaires pour fabriquer le groupe électrique et on peut fabriquer un groupe électrique en moins de temps. Les ouvertures pour les canaux de refroidissement et les ouvertures pour les moyens de liaison peuvent être ménagées avantageusement dans l'empilement de tôles de stator sur un cercle partiel commun. Grâce à ceci, on obtient l'avantage, par exemple lors de l'estampage des tôles individuelles, de pouvoir maintenir faible le nombre des motifs et d'outils d'estampage. Un autre développement avantageux de l'invention prévoit qu'une pluralité de canaux de refroidissement séparés vis-à-vis de l'écoulement 2809881 sont reliés par paires avec étanchement sur le côté de l'empilement de tôles de stator, qui est opposé aux éléments de renvoi, par des canaux de renvoi qui s'étendent sensiblement en direction périphérique et qui sont réalisés sur une partie formant bride. Les canaux de renvoi dans cette partie formant bride se laissent réaliser de manière particulièrement simple par exemple par fraisage dans un matériau massif ou par emboutissage profond d'une pièce de tôle. Avantageusement, la partie formant bride est réalisée sous forme de portestator. Grâce à ceci, on peut s'affranchir d'une pièce supplémentaire faisant office de porte-stator. La description qui suit de l'invention sert à expliquer plus en détails l'invention en se référant aux dessins. Les figures montrent: figure 1, une illustration schématique d'un moteur électrique à induit externe; figures 2 (a-c), l'illustration de deux types de lamelles de tôles qui se distinguent de par la réalisation des évidements, et une coupe axiale à travers un empilement de tôles de stator réalisé à partir de ces lamelles de tôles; figures 3 (a-c), l'illustration d'un élément de renvoi en forme tubulaire et de sa disposition sur un empilement de tôles de stator conforme à l'invention; figure 4, une illustration d'un élément de renvoi en plusieurs pièces; figure 5, une illustration d'une partie formant goulotte réalisée en une seule pièce avec des canaux de refroidissement; figure 6, une illustration d'une pluralité de parties formant goulotte qui sont reliées les unes aux autres par des segments de maintien; figure 7, une illustration du couvercle pour refermer simultanément une pluralité de parties formant goulotte; et figure 8, une illustration d'un élément formant bride présentant des canaux de renvoi. 6 2809881 La figure 1 montre tout d'abord une illustration schématique d'un groupe électrique 1 à induit externe, afin de comprendre l'invention en général. Un tel groupe électrique qui peut être réalisé par exemple sous forme de moteur synchrone à excitation permanente dispose d'une partie stationnaire, appelée stator, et d'une partie tournante 3 appelée rotor. Le rotor 3 comprend un empilement de tôles 4 en lamelles, qui comprend une pluralité d'aimants permanents 5 sur la surface périphérique intérieure. Le stator 2 comprend un autre empilement de tôles 6 en lamelles qui porte radialement à l'extérieur un certain nombre de dents de bobinage 7. Dans des gorges entre ces dents de bobinage est disposé au moins un bobinage électrique sous forme d'une bobine 8. Les bobinages associés à des lignes électriques individuelles, les bobines associées à une ligne commune sont mis en circuit les uns avec autres et connectés à une électronique de puissance 9 pour commander le groupe électrique via des connexions et des bornes électriques correspondantes. Lorsque ces bobinages sont traversés par un courant, il se produit le champ magnétique du groupe électrique et par conséquent un mouvement d'entraînement. Le groupe électrique est en outre équipé d'un dispositif de refroidissement 10 qui transmet les pertes de chaleur qui se produisent pendant le fonctionnement du groupe électrique à un liquide réfrigérant qui est transporté à un échangeur de chaleur 12 au moyen d'une pompe à réfrigérant 1 1 et y est prélevé du dispositif de refroidissement 10. Dans ce qui suit, on décrira plus en détail la réalisation conforme à l'invention du dispositif de refroidissement 10 sur le stator 2. Habituellement, l'empilement de tôles de stator 6 est constitué par une multitude de lamelles de tôle identiques reliées les unes aux autres. Contrairement à ceci, l'invention utilise une pluralité de lamelles de tôle non identiques pour former l'empilement de tôles de stator 6. À cet effet, la figure 2a montre une première lamelle de tôle 13 et la figure 2b une seconde lamelle de tôle 14 qui comprennent respectivement des encoches 38 et 39 pour des canaux de refroidissement non illustrés et qui se distinguent de par les encoches 38 et 39. La première lamelle de tôle 13 comprend des encoches circulaires 39 qui sont réparties en direction périphérique sur un cercle partiel D. La seconde lamelle de tôle 14 comprend des encoches 38 dirigées radialement vers l'intérieur 7 2809881 et agencées sur un cercle partiel D identique à celui de la première lamelle de tôle 13 et dont la répartition en direction périphérique correspond à celle du premier type. De plus, on prévoit sur les lamelles de tôle 13 et 14 des ouvertures 15 pour des moyens de liaison qui sont également répartis sur le cercle partiel D de manière identique sur les deux lamelles de tôle. Les moyens de liaison servent à relier une pluralité de lamelles de tôle 13 et/ou 14, ainsi qu'à fixer un portestator sur l'empilement de tôles de stator 6. Pour former l'empilement de tôles de stator 6, on empile tout d'abord un empilement de lamelles de tôle 13 et un empilement de lamelles de tôle 14, de telle sorte que leurs encoches 38 et 39 ainsi que leurs ouvertures 15 se chevauchent. Ensuite, on réunit les deux empilements, comme montré dans la figure 2c, de telle sorte que leurs encoches 38 et 39 ainsi que leurs ouvertures 15 se chevauchent de nouveau. Ainsi, on obtient des évidements 17 sur un côté frontal 16 de l'empilement de tôles de stator 6, qui sont situés axialement à l'intérieur et radialement à l'extérieur et dont le nombre est égal au nombre des encoches 38 et 39. On peut également imaginer d'empiler les lamelles de tôle 13 et 14 de telle sorte que d'autres évidements 17 résultent également sur le côté frontal 19 opposé au côté frontal 16. Des ouvertures cylindres 37 qui présentent des canaux de refroidissement 18 s'étendent en direction axiale de façon adjacente aux évidements 17. Les évidements 17 de l'empilement de tôles de stator 6 comprennent des éléments de renvoi du dispositif de refroidissement 10. À cet effet, la figure 3a montre une première variante sous forme d'un élément de renvoi 20 tubulaire replié en forme de U qui comprend deux bras 21 et un tronçon central 22. L'élément de renvoi 20 peut être constitué par exemple en un matériau métallique ou en une matière plastique. La figure 3b montre la disposition d'un élément de renvoi 20 sur l'empilement de tôles de stator 6 d'un induit externe. Les bras 21 s'étendent sensiblement radialement vers l'intérieur et le tronçon central 22 s'étend sensiblement en direction périphérique. Dans l'exemple de réalisation montré, le tronçon central 22 est agencé radialement à 8 2809881 l'intérieur par rapport à l'empilement de tôles de stator 6. Cette position de montage est particulièrement avantageuse dans l'induit externe montré, car le volume intérieur 23 du stator est exempt d'éléments fonctionnels du groupe électrique (voir également figure 1). De plus, on voit dans la figure 3c que l'élément de renvoi 20 est également réalisé à l'intérieur de l'extension axiale de l'empilement de tôles de stator 6. Cependant, dans un groupe électrique non illustré réalisé selon le principe de construction à induit interne, il est avantageux d'agencer les bras 21 radialement vers l'extérieur et de positionner le tronçon central 22 radialement à l'extérieur par rapport à l'empilement de tôles de stator 6. Comme on le voit en outre dans la figure 3b, des canaux de refroidissement de l'empilement de tôles de stator 6 qui s'avoisinent par paire sont reliés en écoulement par l'élément de renvoi 20. Cette liaison peut se faire par exemple par coopération de matière, par brasage ou par coopération de formes avec enfoncement. Un autre mode de réalisation avantageux d'un élément de renvoi est illustré dans la figure 4. L'élément de renvoi 35 est ici réalisé en plusieurs pièces et il est constitué par une partie formant goulotte 24 et par une partie d'obturation 25. La partie formant goulotte 24 présente du côté extrémité deux ouvertures 26 pour la liaison avec deux canaux de refroidissement voisins 18 de l'empilement de tôles de stator 6 (voir figure 2c). La face supérieure 27 de la partie formant goulotte 24 est refermée avec étanchement par la partie d'obturation 25. La partie formant goulotte 24 et la partie d'obturation 25 peuvent être réalisées par exemple par un procédé de coulée ou d'injection. De préférence, la partie formant goulotte 24 est constituée en un métal ou en un alliage métallique. La partie d'obturation 25 est constituée de préférence en un matériau qui est plus flexible que celui de la partie formant goulotte 24, par exemple en matière plastique résistante à la chaleur, et elle peut être reliée à la partie formant goulotte 24 par exemple par une conformation adaptée à cette dernière. 9 2809881 La figure 5 montre un autre mode de réalisation sous forme d'une pièce réalisée d'un seul tenant et désignée par la référence 28 d'un élément de renvoi, qui résulte de la combinaison d'une partie formant goulotte 35 avec deux canaux de refroidissement 18. Cette variante est particulièrement simple à réaliser par un procédé de coulée ou d'injection. En développement de la variante montrée dans la figure 4, la figure 6 montre plusieurs parties formant goulotte 24 reliées par des segments de maintien 29. De même, on peut relier en principe également une pluralité de parties d'obturation 25 les unes aux autres. La figure 7 montre un mode de réalisation très simple sous forme d'un couvercle 30 qui peut comprendre sur le côté orienté vers les éléments de renvoi un moyen d'étanchement non illustré au moyen duquel on peut refermer avec étanchement les parties formant goulotte recouvertes. Le couvercle 30 peut comprendre des ouvertures 31 aux emplacements auxquels il ne recouvre pas de partie formant goulotte 24, grâce auxquelles il peut être fixé par exemple surl'empilement de tôles de stator 6 via des moyens de liaison. La figure 8 illustre comment les canaux de refroidissement 18 et 36 séparés vis-à-vis de l'écoulement sont reliés sur le côté 19 de l'empilement de tôles de stator, qui est opposé aux éléments de renvoi 20. À cet effet, le groupe électrique comprend une partie formant bride 32 sur laquelle sont réalisés des canaux de renvoi 33 s'étendant sensiblement en direction périphérique. Ces canaux de renvoi 33 relient des canaux de refroidissement 18 et 36 qui s'avoisinent par paires, de telle sorte que l'on peut établir une liaison d'écoulement continue des canaux de refroidissement du groupe électrique en association avec les éléments de renvoi. La partie formant bride 32, qui peut comprendre en outre un moyen d'étanchéité non illustré pour étancher le système de refroidissement 10, possède des ouvertures 34 pour des moyens de liaison destinés à la fixation sur l'empilement de tôles de stator 6. 2809881 Comme le montre la figure 8, la partie formant bride 32 peut être réalisée par exemple en un matériau massif par exemple sous forme d'une pièce coulée. Ce mode de réalisation de la partie formant bride offre la possibilité de pouvoir l'utiliser à la fois en tant que porte-stator et de pouvoir établir une liaison avec d'autres unités fonctionnelles, par exemple dans un train d'entraînement d'un véhicule automobile. En variante, la partie formant bride 32 peut se présenter sous forme d'une pièce en tôle, afin de réduire le poids. Liste des références 1 groupe électrique à induit externe 2 stator 3 rotor 4 empilement de tôles de rotor aimant permanent 6 empilement de tôles de stator 7 dent de bobinage 8 bobine 9 électronique de puissance dispositif de refroidissement 11 pompe à réfrigérant 12 échangeur de chaleur 13 première lamelle de tôle 14 seconde lamelle de tôle ouvertures pour des moyens de liaison 16 premier côté frontal du stator 17 évidement 18, 36 canal de refroidissement 19 second côté frontal du stator , 35 élément de renvoi 21 bras 22 tronçon central 23 volume intérieur du stator 24 partie formant goulotte partie d'obturation 26 ouverture dans 24 27 face supérieure du canal 28 pièce réalisée d'un seul tenant d'un élément de renvoi 12 2809881 29 segment de maintien couvercle 31 ouverture dans 30 32 partie formant bride 33 canal de renvoi 34 ouverture dans 32 37 ouvertures cylindriques 38 encoche dans 14 39 encoche dans 13 13 2809881 Revendications 1. Groupe électrique comportant un dispositif de refroidissement (10) pour évacuer les pertes de chaleur, un stator (2) qui comprend un empilement de tôles de stator (6) présentant des évidements (17, 37) pour des canaux de refroidissement (18, 36) remplis d'un réfrigérant qui sont reliés les uns aux autres par au moins un élément de renvoi (20, 28, 35), caractérisé en ce que l'empilement de tôles de stator (6) comprend des lamelles de tôles empilées (13, 14), dans lequel au moins deux types de lamelles de tôles (13, 14) distincts de par les évidements (17, 37) pour les canaux de refroidissement (18, 36) sont prévus dans l'empilement de tôles de stator (6), et l'élément de renvoi (20, 28, 35) est réalisé avec un certain nombre de tronçons (21) s'étendant sensiblement radialement et avec un tronçon (22) s'étendant sensiblement en direction périphérique, le tronçon (22) s'étendant en direction périphérique étant réalisé radialement par rapport à l'empilement de tôles de stator (6). 2. Groupe électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans un groupe électrique du type à induit externe (1), le tronçon (22) s'étendant sensiblement en direction périphérique de l'élément de renvoi (20, 28, 35) est agencé radialement à l'intérieur par rapport à l'empilement de tôles de stator (6). 3. Groupe électrique selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'élément de renvoi (20, 28, 35) est réalisé à l'intérieur de l'extension axiale de l'empilement de tôles de stator (6). 4. Groupe électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'élément de renvoi (20, 28, 35) relie par paire des canaux de refroidissement voisins (18, 36). 5. Groupe électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'élément de renvoi (20) est de forme tubulaire. 14 2809881 6. Groupe électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'un élément de renvoi (35) comprend au moins une partie formant goulotte (24) et au moins une partie d'obturation (25) qui referme avec étanchement la partie formant goulotte (24). 7. Groupe électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie d'obturation (25) est constituée en une matière plastique. 8. Groupe électrique selon la revendication 6, caractérisé en ce que la partie formant goulotte (24) d'un élément de renvoi (35) est réalisée en une seule pièce avec les canaux de refroidissement (18, 36) qui sont en communication d'écoulement avec celle-ci et qui s'étendent dans l'empilement de tôles de stator (6). 9. Groupe électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la partie formant goulotte (24) est réalisée, avec les canaux de refroidissement (18, 36) qui sont en communication d'écoulement avec celle-ci et qui s'étendent dans l'empilement de tôles de stator (6), sous forme de pièce coulée ou injectée. 10. Groupe électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce qu'une pluralité de parties formant goulotte (24) des éléments de renvoi (35), disposées radialement par rapport à l'empilement de tôles de stator (6), sont reliées les unes aux autres par des segments de maintien (29). 11. Groupe électrique selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu'une pluralité de parties d'obturation (25) sont réalisées en une seule pièce sous forme d'un couvercle (30) qui referme avec étanchement une pluralité de parties formant goulotte (24). 12. Groupe électrique selon l'une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que des ouvertures pour les canaux de refroidissement (38, 39) et des ouvertures pour les moyens de liaison (15) sont 2809881 ménagées dans l'empilement de tôles de stator (6) sur un cercle partiel commun (D). 13. Groupe électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'une pluralité de canaux de refroidissement (18, 36) séparés vis-à-vis de l'écoulement sont reliés par paire avec étanchement sur le côté de l'empilement de tôles de stator (6), qui est opposé aux éléments de renvoi (20, 28, 35), par des canaux de renvoi (33) qui s'étendent sensiblement en direction périphérique et qui sont réalisés sur une partie formant bride (32). 14. Groupe électrique selon la revendication 13, caractérisé en ce que la partie formant bride (32) est réalisée sous forme de porte-stator.