Brevet FR2881587A1 — publié le 20060804

La présente invention concerne un dispositif permettant le refroidissement d'une machine électrique tournante par circulation d'un fluide de refroidissement. Elle s'applique notamment au refroidissement d'une machine électrique tournante réversible interposée entre l'embrayage et la boîte de vitesses d'un moteur thermique d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile. La figure 1 représente une telle application et où la référence 1 désigne la machine électrique tournante réversible logée dans un carter d'embrayage 2 qui est fixé entre le carter 3 de la boîte de vitesses et le carter 4 du moteur thermique du véhicule automobile. La machine électrique 1 comprend essentiellement un stator annulaire fixe 5 et un rotor annulaire 6 logé coaxialement dans le stator fixe 5 suivant un axe de symétrie X-X' autour duquel le rotor est monté rotatif. Un entrefer est défini entre la périphérie interne du stator 5 et la périphérie externe du rotor 6 qui est monté solidaire sur un moyeu de support 7 disposé concentriquement autour d'un arbre primaire 8 de la boîte de vitesses s'étendant suivant l'axe X-X', le rotor 6 étant monté à rotation à l'arbre 8. Le stator 5 est fixé par emmanchement dans un carter ou une carcasse 9 fixée dans le carter d'embrayage 2 par des vis de fixation 10, dont une seule est représentée. L'arbre primaire 8 est monté à rotation à son extrémité côté boîte de vitesses par un palier à roulement et est centré à son extrémité opposé à la boîte de vitesses dans un trou borgne 12a réalisé en bout ou dans la partie formant nez de l'arbre vilebrequin 12 du moteur thermique. Un mécanisme d'embrayage 13 est commandé par une butée de débrayage 14, du type hydraulique, et le moyeu 7 du rotor 6 est accouplé à rotation, par l'intermédiaire d'une pièce de liaison 15, à l'arbre primaire 8. Ainsi, la butée de débrayage 14 peut être pilotée pour amener le mécanisme d'embrayage en position embrayée ou débrayée pour respectivement accoupler l'arbre primaire 8 à l'arbre vilebrequin 12 ou le désaccoupler de ce dernier lors du passage d'un rapport de vitesse ou en mode de fonctionnement électrique du moteur auquel la machine électrique 1 est accouplée à l'arbre primaire 8. Pour évacuer la chaleur produite par l'échauffement de la machine électrique 1 lors de son fonctionnement, on 10 prévoit un circuit de refroidissement. Comme représenté en figure 1, ce circuit de refroidissement est intégré à la carcasse 9 du stator 5 de la machine électrique en formant une chambre annulaire 16 proche du stator 5 et dans laquelle circule un fluide de refroidissement, tel qu'un gaz ou du liquide, par exemple de l'eau. Une autre solution pour refroidir la machine 1 est représentée en figure 2 et consiste à intégrer le circuit de refroidissement dans le carter d'embrayage 2 en formant une chambre annulaire 17 à proximité du stator 5 logé directement dans le carter 2. L'une ou l'autre de ces deux solutions connues de refroidissement du stator 5 de la machine électrique 1 augmente les coûts de fabrication puisqu'elle nécessite la présence d'une carcasse autour du stator comportant la chambre annulaire de refroidissement ou de prévoir une forme particulière du carter d'embrayage 2 dans laquelle doit être réalisée la chambre annulaire de refroidissement. La présente invention a pour but d'éliminer l'inconvénient ci-dessus en proposant un dispositif permettant le refroidissement d'une machine électrique tournante par circulation d'un fluide de refroidissement, la machine comprenant un stator logé dans un carter et un rotor solidaire en rotation d'un arbre tournant, et qui est caractérisé en ce qu'il comprend une tubulure en forme de collier rapportée sur la périphérie externe du stator en ceinturant ce dernier et dans laquelle peut circuler le fluide de refroidissement. La tubulure de refroidissement a deux extrémités obturées en regard l'une de l'autre et comporte au moins deux raccords radiaux externes respectivement d'entrée du fluide de refroidissement et de sortie de ce fluide. Les deux raccords radiaux sont réalisés respectivement au voisinage des deux extrémités obturées de la tubulure et traversent le carter en étant solidaires de ce dernier. La tubulure est d'une forme suivant le contour interne du carter de logement du stator tout en ayant une section de passage du fluide sensiblement constante sur toute sa circonférence. Le diamètre intérieur de la tubulure à son état libre est sensiblement inférieur au diamètre externe du stator. Avantageusement, l'épaisseur des parois concentriques inférieure et supérieure de la tubulure est relativement faible, par exemple d'environ 0,75 mm, de manière à améliorer l'échange thermique entre le stator et le fluide de refroidissement. La machine électrique tournante est réversible et est interposée entre l'embrayage et la boîte de vitesses d'un moteur thermique d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe longitudinal représentant une machine électrique tournante réversible faisant partie d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile, la machine électrique comportant un circuit de refroidissement conforme à l'art antérieur; - la figure 2 est une vue partielle en coupe longitudinale de la machine électrique tournante pourvue d'un autre circuit de refroidissement de l'art antérieur; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'une machine électrique tournante pouvant également faire partie d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile et comportant un circuit de refroidissement conforme à l'invention; - la figure 4 est une vue en perspective d'une tubulure de refroidissement de l'invention, rapportée au stator de la machine électrique de la figure 3; - la figure 5 est une vue en section suivant la ligne V-V de la figure 4; et - la figure 6 est une vue en section sur la ligne VI-VI de la figure 4. Selon la machine électrique tournante de la figure 3, seuls les éléments essentiels situés dans le carter 2 ont été retenus pour la compréhension de l'invention, étant bien entendu que cette machine est du type semblable à celle représentée en figure 1 dans l'application à un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile. Selon l'invention, le dispositif permettant le refroidissement de la machine électrique tournante 1 par circulation d'un fluide de refroidissement, tel qu'un gaz ou un liquide, comprend une tubulure 18 présentant une forme générale de collier, rapportée sur la périphérie externe du stator 5 en ceinturant ce dernier et se trouvant logée ainsi dans l'espace défini entre le stator 5 et le carter 2 de logement de la machine 1. Comme représenté en figure 4, la tubulure 18 a ses deux extrémités obturées en regard l'une de l'autre et comporte au moins deux raccords radiaux externes 19, 20 réalisés respectivement au voisinage des deux extrémités obturées de la tubulure 18. Le raccord radial 19 peut être raccordé à un conduit, non représenté, d'amenée du fluide de refroidissement sous pression tandis que le raccord radial 20 peut être raccordé à un conduit, non représenté, de sortie du fluide de refroidissement. En cas de besoin, la tubulure 18 peut avoir deux raccords 19 d'entrée de fluide de refroidissement pour un seul raccord 20 de sortie de ce fluide. Le diamètre intérieur de la tubulure 18 à son état libre représenté en figure 4 est sensiblement inférieur au diamètre externe du stator 5 de manière que la tubulure 18 enserre le stator 5 en position montée sur ce dernier. En outre, les raccords radiaux 19, 20 de la tubulure 18 sont solidaires du carter d'embrayage 2 en traversant celui-ci et sont raccordés à des tubes 20, dont un seul est représenté, externes au carter 2 et auxquels sont raccordés les conduits d'entrée et de sortie du fluide de refroidissement. Ainsi, les raccords radiaux 19, 20 peuvent être solidaires du carter d'embrayage 2 en étant rapprochés l'un de l'autre de manière à enserrer davantage le stator 5 pour le retenir dans ce carter. Le stator 5 est conformé de manière à être également retenu dans des parties internes correspondantes du carter d'embrayage 2 et ce dernier peut avoir un contour tel qu'il ne soit pas possible de fixer la tubulure de refroidissement 18 sur toute la largeur du stator 5. Cette situation est représentée en demi-vue inférieure de la figure 3 où le contour du carter d'embrayage 2 est tel qu'il réduit considérablement l'espace entre lui-même et la périphérie externe du stator 5, conduisant la tubulure 18 à être logée dans un espace axial plus restreint. Dans ce cas, la tubulure de refroidissement 18 tient compte du contour interne du carter d'embrayage 2 et est réalisée de telle manière à garder constante la section de passage du fluide de refroidissement sur toute sa circonférence. Les figures 5 et 6 représentent deux sections de la tubulure de refroidissement 18 à des emplacements différents de celle-ci où la section de la figure 5 correspond à celle de la demi-vue inférieure de la figure 3 pour s'adapter au contour interne du carter 2 réduisant l'espace de logement de la tubulure 18 sur le stator 5 et la figure 6 correspondant à la section de la tubulure 18 où l'espace disponible entre le carter d'embrayage 2 et la périphérie externe du stator 5 permet de monter sans problème la tubulure 18 sur toute la largeur du stator 5, et, bien que de formes différentes, les sections aux figures 5 et 6 de la tubulure 18 sont identiques. Pour assurer un meilleur échange thermique entre le stator 5 de la machine électrique 1 et le fluide de refroidissement circulant dans la tubulure de refroidissement 18, au moins la paroi inférieure 18a de la tubulure 18 en contact avec la périphérie externe du stator 5 a une épaisseur e relativement faible, par exemple d'environ 0,75mm. De préférence, les parois concentriques inférieure 18a et supérieure 18b de la tubulure 18 ont la même épaisseur e. Le dispositif de refroidissement de l'invention a été décrit en application à une machine électrique tournante réversible d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile, mais ce dispositif peut s'appliquer à tout autre type de machine électrique tournante, réversible ou non. Le dispositif de refroidissement de l'invention diminue considérablement les coûts de fabrication du circuit de refroidissement et simplifie la conception de la machine électrique du fait qu'il n'est plus nécessaire de prévoir une carcasse autour du stator dans laquelle est intégré le circuit de refroidissement ou un noyau de fluide de refroidissement dans le carter d'embrayage comme cela était le cas dans les dispositifs de refroidissement antérieurs. En outre, le dispositif de refroidissement de l'invention permet d'assurer une géométrie complexe du circuit de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Dispositif permettant le refroidissement d'une machine électrique tournante (1) par circulation d'un fluide de refroidissement, la machine comprenant un stator (5) logé dans un carter (2) et un rotor (6) solidaire en rotation d'un arbre tournant (8), caractérisé en ce qu'il comprend une tubulure (18) en forme de collier rapportée sur la périphérie externe du stator (5) en ceinturant ce dernier et dans laquelle peut circuler le fluide de refroidissement. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tubulure de refroidissement (18) a deux extrémités obturées en regard l'une de l'autre et comporte au moins deux raccords radiaux externes (19, 20) respectivement d'entrée du fluide de refroidissement et de sortie de ce fluide. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux raccords radiaux (19,20) sont réalisés respectivement au voisinage des deux extrémités obturées de la tubulure (18). 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les deux raccords radiaux (19, 20) traversent le carter (2) et sont solidarisés à ce dernier. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tubulure (18) est d'une forme suivant le contour interne du carter (2) de logement du stator (5) tout en conservant une section de passage du fluide sensiblement constante sur toute sa circonférence. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le diamètre intérieur de la tubulure (18) à son état libre est sensiblement inférieur au diamètre externe du stator (5). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur des parois concentriques inférieure et supérieure de la tubulure (18) est relativement faible, d'environ 0,75 mm, de manière à améliorer l'échange thermique entre le stator (5) et le fluide de refroidissement. 8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (1) est réversible et est interposée entre l'embrayage (13) et la boîte de vitesses d'un moteur thermique d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile.