Brevet FR2934932A1 — publié le 20100212

MOTEUR ELECTRIQUE La présente invention concerne un moteur électrique destiné à être utilisé dans un véhicule électrique. Le problème du réchauffement de la planète est de plus en plus sérieux et en conséquence une attention plus prononcée est apportée aux véhicules électriques, dont l'impact sur l'environnement est moins important. Diverses technologies ont été proposées en tant que technologies élémentaires des véhicules électriques. Par exemple, en ce qui concerne les moteurs électriques (appelés ci-après moteur) destinés à être utilisés dans des véhicules électriques, un moteur refroidi à l'eau a été proposé dans lequel un chemise d'eau de refroidissement est prévue sur une circonférence extérieure d'un stator pour la circulation d'eau de refroidissement pour refroidir le moteur afin de maintenir à une valeur admissible la température dans la partie intérieure d'un moteur en fonctionnement. Une construction de chemise d'eau de refroidissement dans un moteur refroidi par eau a été proposée dans laquelle un espace entre un logement intérieur, dans lequel un stator est inséré, et un logement extérieur, qui configure une chemise d'eau de refroidissement, est complètement creux afin de garantir une capacité de refroidissement nécessaire. En outre, une construction de chemise d'eau de refroidissement a également été proposée pour augmenter davantage l'effet de refroidissement. Dans cette dernière construction, des ailettes de rayonnement sont prévues dans une partie creuse dans une chemise de refroidissement, tout en considérant un écoulement d'eau de refroidissement (se référer au document JP-A-8-19218). La vitesse de fonctionnement des moteurs pour véhicules électriques atteint environ 10000 tr/min pour tenter d'obtenir une zone de fonctionnement très efficace. Au cours de cette action, une force vibratoire à haute fréquence en raison d'une force électromagnétique est appliquée sur un stator, et ainsi une partie de logement intérieur, qui retient le stator, vibre, et la totalité d'un carter de moteur vibre en raison d'ondes à haute fréquence et micro-amplitude, ceci engendrant un bruit de vibrations à haute fréquence de plusieurs kHz. À l'origine, cependant, il était difficile d'augmenter la rigidité du moteur dans lequel la chemise d'eau de refroidissement est complètement creuse, et si une force vibratoire à haute fréquence est appliquée sur le stator, la rigidité structurelle du carter de moteur est insuffisante pour la rigidité requise pour les carters de moteur. En outre, dans le cas du moteur décrit dans le document JP-A-8-19218, dans lequel les ailettes de rayonnement sont prévues dans la partie creuse prévue en guise de chemise d'eau de refroidissement et la partie de logement intérieur et la partie de logement extérieur sont reliées l'une à l'autre par une partie des ailettes de rayonnement, comme l'effet de rayonnement ne peut pas être obtenu lorsque les ailettes de rayonnement sont épaisses, le logement intérieur et le logement extérieur sont reliés l'un à l'autre par des éléments en forme de plaques minces. Par conséquent, si une force vibratoire à haute fréquence est appliquée sur le stator, la rigidité structurelle du carter de moteur est toujours insuffisante, et la réduction du niveau du bruit engendré par les vibrations reste difficile. En outre, lorsqu'un logement intérieur et un logement extérieur sont reliés l'un à l'autre par des ailettes de rayonnement, si la taille d'une partie creuse qui se trouve entre le logement intérieur et le logement extérieur n'est pas augmentée, il devient difficile de décharger du sable à noyau qui est utilisé en tant que noyau pour former la partie creuse. Par conséquent, lorsque l'on essaye de relier le logement intérieur et le logement extérieur l'un à l'autre par l'intermédiaire des ailettes de rayonnement, un problème se produit, à savoir que la forme externe du moteur lui-même doit être agrandie. De cette manière, dans le domaine des moteurs pour véhicules électriques, en vue de supprimer des vibrations sans agrandir la forme externe d'un moteur, une augmentation de la rigidité structurelle, et en particulier une augmentation de la rigidité d'un logement intérieur qui contient un stator, est souhaitée. Un but de l'invention est donc de proposer un moteur électrique dont la rigidité et l'efficacité de refroidissement peuvent être augmentées. Afin d'atteindre ce but, selon l'invention, un moteur électrique destiné à être utilisé dans un véhicule électrique est proposé, le moteur électrique comprenant : un logement intérieur qui contient un stator ; et un logement extérieur qui définit, entre le logement intérieur et lui-même, un 30 espace à travers lequel un écoulement d'eau de refroidissement est entraîné, dans lequel le logement intérieur et le logement extérieur sont reliés par une pluralité de colonnes disposées dans l'espace. Une pluralité de premières nervures qui s'étendent dans un sens axial et une pluralité de secondes nervures qui s'étendent dans un sens circonférentiel peuvent être prévues sur une surface circonférentielle extérieure du logement extérieur. Au moins une première parmi la pluralité de colonnes peut être disposée dans une position qui correspond à une parmi la pluralité de premières nervures et la pluralité de secondes nervures. Au moins une seconde parmi la pluralité de colonnes peut être disposée dans une position qui correspond à un centre d'une partie entourée par la pluralité de premières nervures et la pluralité de secondes nervures. La partie entourée par la pluralité de premières nervures et la pluralité de secondes nervures peut comporter une zone qui peut engendrer des vibrations de membrane. Les figures lA et lB sont des schémas qui représentent un mode de réalisation d'un moteur électrique selon l'invention, la figure lA est une vue en coupe radiale du moteur électrique et la figure lB est une vue en coupe axiale du même moteur. Les figures 2A et 2B sont des schémas qui représentent une relation entre une apparence externe et un passage d'écoulement intérieur du moteur électrique représenté sur les figures lA et lB, la figure 2A est une vue externe du moteur électrique représenté sur la figure lA tel qu'il est vu du dessus et la figure 2B est une vue externe du même moteur tel qu'il est vu du dessous. Les figures 3A et 3B sont des schémas qui représentent une relation entre l'apparence externe et le passage d'écoulement intérieur du moteur électrique représenté sur les figures lA et lB, la figure 3A est une vue externe du moteur électrique tel qu'il est vu de la gauche et la figure 3B est une vue externe du même moteur tel qu'il est vu de la droite. La figure 4 est une vue en perspective qui représente une configuration du passage d'écoulement dans une partie intérieure du moteur électrique représenté sur les figures 1A à 3B. La figure 5 est un développement du passage d'écoulement dans la partie intérieure du moteur électrique représenté sur la figure 4. La figure 6 est un graphique qui représente une relation de l'amplitude de la transmission des vibrations par rapport à la fréquence des vibrations entre un exemple d'art connexe (sans colonnes) et l'invention (avec des colonnes). Ci-après, à l'aide des figures lA à 5, un mode de réalisation d'un moteur électrique selon l'invention va être décrit en détail. Il faut noter que le moteur électrique selon l'invention est approprié pour être utilisé dans des véhicules électriques. Les figures lA et lB sont des schémas qui représentent un mode de réalisation d'un moteur électrique selon l'invention, la figure lA est une vue en coupe radiale du moteur électrique et la figure lB est une vue en coupe axiale du même moteur. La configuration du moteur électrique selon l'invention va d'abord être décrite schématiquement en utilisant les figures 1A et 1B. Comme représenté sur les figures lA et lB, un moteur électrique (moteur) 1 du présent mode de réalisation comporte un arbre 2 qui est un arbre rotatif, un rotor 4 qui est supporté concentriquement sur l'arbre 2 et qui comporte une pluralité d'aimants permanents 3 et un stator cylindrique 6 qui est disposé sur une circonférence du rotor 4 avec un espace approprié maintenu entre le moteur 4 et lui-même et qui comporte une pluralité de bobines 5. Le moteur électrique 1 est construit de manière telle que le stator 6 soit maintenu à l'intérieur d'un logement intérieur 10 et l'arbre 2 et le rotor 4 soient supportés conjointement avec des paliers par des supports 7, 8 qui sont disposés aux deux parties d'extrémité du logement intérieur 10. En outre, un logement extérieur 11 est prévu sur un côté circonférentiel extérieur du logement intérieur de manière telle à définir entre le logement intérieur 10 et lui-même un espace à travers lequel un écoulement d'eau de refroidissement est entraîné. Cette construction s'appelle chemise d'eau de refroidissement. Dans le moteur 1 du mode de réalisation, un espace entre le logement intérieur 10 et le logement extérieur 11 n'est pas complètement creusé, mais, comme représenté sur les figures lA et lB, le logement intérieur 10 et le logement extérieur 11 sont reliés l'un à l'autre par un nombre important de colonnes 12a, 12b, 12c qui sont disposées dans cet espace. Un passage d'écoulement 20 (se référer à des parties ombrées avec des points) à travers lequel un écoulement d'eau de refroidissement est formé par le logement intérieur 10, le logement extérieur 11 et les colonnes 12a, 12b, 12c. En outre, les colonnes 12a, 12b, 12c ne sont pas des colonnes oblongues minces comme des ailettes de rayonnement mais présentent chacune une forme cylindrique circulaire. Il faut noter que, bien que les colonnes cylindriques circulaires soient illustrées à titre d'exemple dans le présent mode de réalisation, par exemple, un cylindre ovale, un prisme triangulaire, un prisme quadrangulaire, un prisme polygonal, un prisme qui possède une section transversale en forme d'étoile et analogues peuvent être utilisés en tant que colonnes. En outre, afin d'augmenter la rigidité et empêcher que des vibrations de membrane surviennent, une pluralité de nervures axiales 13a et une pluralité de nervures circonférentielles 13a sont prévues dans un sens axial et un sens circonférentiel, respectivement, sur une surface circonférentielle extérieure du logement extérieur 11. De plus, une partie d'entrée 14 et une partie de sortie 15 pour de l'eau de refroidissement sont prévues de manière telle à faire saillie à la façon d'une tente à partir de la surface circonférentielle extérieure du logement extérieur 11, et un orifice d'entrée 14a et un orifice de sortie 15a sont prévus dans la partie d'entrée 14 et la partie de sortie 15, respectivement, afin d'apporter et de décharger de l'eau de refroidissement dans le et à partir du passage d'écoulement 20. En outre, une pluralité d'orifices d'évacuation de sable 16 sont prévus. Ces orifices d'évacuation de sable 16 sont destinés à évacuer le sable qui est utilisé en tant que noyau après le moulage et sont après cela fermés hermétiquement avec des couvercles. En référence également aux figures 2A à 5, le passage d'écoulement 20 va à présent être décrit. Il faut noter que, pour faciliter la comparaison des dessins qui incluent les figures lA et lB, des angles sont également représentés sur les dessins, ces angles étant mesurés à partir d'une partie inférieure du moteur, où l'angle 0° est indiqué. En outre, les figures 2A à 3B sont des schémas qui représentent une relation entre une apparence externe et un passage d'écoulement intérieur du moteur 1 représenté sur les figures lA et lB, la figure 2A est une vue externe du moteur représenté sur la figure lA tel qu'il est vu du dessus, la figure 2B est une vue externe du même moteur que celui représenté sur la figure lA tel qu'il est vu du dessous, la figure 3A est une vue externe du même moteur que celui représenté sur la figure lA tel qu'il est vu de la gauche et la figure 3B est une vue externe du même moteur que celui représenté sur la figure lA tel qu'il est vu de la droite. La figure 4 est une vue en perspective qui représente une configuration du passage d'écoulement 20 dans une partie intérieure du moteur représenté sur les figures lA à 3B, et la figure 5 est un développement du passage d'écoulement 20 représenté sur la figure 4, dans lequel le passage d'écoulement est déployé de 0° dans un sens indiqué par une flèche. Dans le moteur 1 du mode de réalisation, le nombre important de colonnes 12a, 12b, 12c est disposé dans le passage d'écoulement 20 qui est défini entre le logement intérieur 10 et le logement extérieur 11, et le logement intérieur 10 et le logement extérieur 11 sont reliés l'un à l'autre par ces colonnes 12a, 12b, 12c. Par conséquent, la rigidité du logement intérieur 10 est augmentée par la rigidité du logement extérieur 11 qui est relié à celui-ci par les colonnes 12a, 12b, 12c, ainsi les vibrations à haute fréquence du stator 6 sont supprimées par le logement intérieur 10 ainsi que par le logement extérieur 11. En outre, la pluralité de nervures axiales 13a et la pluralité de nervures circonférentielles 13b sont prévues sur la circonférence extérieure du logement extérieur 11, afin d'augmenter davantage la rigidité du logement extérieur 11 lui-même, de sorte que la rigidité du logement intérieur 10 soit également augmentée davantage, et ainsi les vibrations à haute fréquence du stator 6 sont supprimées davantage. Il faut noter que l'augmentation des rigidités du logement intérieur 10 et du logement extérieur 11 entraîne l'augmentation de leurs fréquences propres, et lorsque les fréquences propres du logement intérieur 10 et du logement extérieur 11 sont augmentées jusqu'à une région où elles ne résonnent pas avec les vibrations à haute fréquences du stator 6, une réduction du bruit des vibrations peut être réalisée. De cette manière, grâce au fait que le logement intérieur 10 et le logement extérieur 11 sont reliés l'un à l'autre par le nombre important de colonnes 12a, 12b, 12c, la rigidité du logement intérieur 10 peut être augmentée. Dans le moteur 1 du mode de réalisation, cependant, une augmentation supplémentaire de la rigidité du logement intérieur 10 est réalisée en planifiant les positions de disposition des colonnes 12a, 12b, 12c. En référence à la figure 5, bien qu'il semble que les colonnes 12a, 12b, 12c aient été disposées aléatoirement, les colonnes sont fondamentalement disposées en suivant la règle suivante. En particulier, les colonnes 12b sont fondamentalement disposées dans des positions qui se trouvent directement en dessous d'au moins une des nervures axiales 13a et des nervures circonférentielles 13b, et lorsque cela s'avère nécessaire, les colonnes 12b sont disposées dans des positions qui se trouvent dans le voisinage d'au moins une des nervures axiales 13a et des nervures circonférentielles 13b ou dans des positions qui se trouvent directement en dessous de parties où se croisent entre les nervures axiales 13a et les nervures circonférentielles 13b. Les nervures 12b sont réalisées pour avoir un diamètre extérieur de l'ordre de deux fois les largeurs des nervures axiales 13a et des nervures circonférentielles 13b, et, sur la base du diamètre extérieur des colonnes 12b, les diamètres extérieurs des colonnes 12a et des colonnes 12c sont conçus pour être supérieurs et inférieurs au diamètre extérieur des colonnes 12a, respectivement. En outre, bien que les colonnes 12c soient également disposées dans des positions qui se trouvent directement en dessous d'au moins une des nervures axiales 13a et des nervures circonférentielles 13b, le diamètre extérieur des colonnes 12c est inférieur à celui des colonnes 12b. Ceci est dû au fait que la partie d'entrée 14 se trouve à proximité de celles-ci et les colonnes 12c ne constituent pas de résistance à un écoulement de l'eau de refroidissement apportée à partir de l'orifice d'entrée 14a. Cependant, le diamètre extérieur des colonnes 12c est supérieur aux largeurs des nervures axiales 13a et des nervures circonférentielles 13b. Il faut noter que, si de quelconques colonnes sont prévues directement en dessous de l'orifice d'entrée 14a et l'orifice de sortie 15a, une perte de pression augmente, et donc aucune colonne n'est prévue dans ces parties (se référer la figure 5). D'autre part, les colonnes 12a sont disposées dans des positions qui se trouvent directement en dessous de centres de parties qui sont entourées par les nervures axiales 13a et les nervures circonférentielles 13b. Ceci est dû au fait que, au cas où les zones des parties qui sont entourées par les nervures axiales 13a et les nervures circonférentielles 13b sont larges, on craint que des vibrations de membrane soient engendrées. Par conséquent, si les parties qui sont entourées par les nervures axiales 13a et les nervures circonférentielles 13b possèdent une zone telle à engendrer des vibrations de membrane, les colonnes 12a, dont le diamètre extérieur est supérieur à celui des colonnes 12b, sont disposées dans des positions qui se trouvent directement en dessous des centres des parties entourées par les nervures axiales 13a et les nervures circonférentielles 13b, à savoir, dans des positions où une réduction de la rigidité est prévue. Grâce à cette configuration, la rigidité des parties qui sont entourées par les nervures axiales 13a et les nervures circonférentielles 13b peut être augmentée, afin de supprimer les vibrations de membrane. Il faut noter que, dans le présent mode de réalisation, dans de nombreux cas, les colonnes 12a sont disposées sur une ligne centrale C du développement représenté sur la figure 5. De cette manière, grâce au fait que les colonnes 12b, 12c sont disposées directement en dessous ou à proximité des nervures axiales 13a et des nervures circonférentielles 13b, les colonnes 12b, 12c sont jointes aux nervures axiales 13a et aux nervures circonférentielles 13b, et les colonnes 12a sont disposées dans les parties où une réduction de la rigidité est prévue. En adoptant cette configuration, la rigidité de la totalité d'un carter de moteur, y compris le logement intérieur 10 et le logement extérieur 11, peut être augmentée davantage. Par conséquent, bien que, dans le moteur 1 du mode de réalisation également, des vibrations à haute fréquences soient transmises de façon radiale au logement intérieur 10 et au logement extérieur 1 l à partir du stator 6 qui agit comme source de force vibratoire, comme la rigidité de la totalité du carter de moteur est élevée, comme représenté sur la figure 6, on peut confirmer que des vibrations à haute fréquences peuvent être remarquablement amorties dans des fréquences de vibration qui dépassent 2 kHz. En outre, la figure 6 représente sur un graphique l'amplitude de transmission des vibrations par rapport à la fréquence des vibrations entre un exemple d'art connexe (sans colonnes) et l'invention (avec des colonnes). En outre, dans le moteur 1 du mode de réalisation, en plus de l'augmentation de la rigidité, un dispositif réalise également une augmentation de l'efficacité de refroidissement. En particulier, les colonnes susdites 12a, 12b, 12c servent non seulement à augmenter la rigidité du carter de moteur mais également à engendrer des écoulements turbulents afin d'augmenter le coefficient de transfert de chaleur. Ceci est dû au fait que, même en cas de stagnation d'un écoulement de l'eau de refroidissement, la chaleur reste ou est confinée dans le carter de moteur, et ainsi le coefficient de transfert de chaleur vers l'eau de refroidissement est réduit, et comme des écoulements turbulents (tourbillons de Karman) sont produits sur les périphéries des colonnes 12a, 12b, 12c, l'action de mélange est favorisée grâce à ces écoulements turbulents, réduisant ainsi la stagnation de l'eau de refroidissement, et donc le coefficient de transfert de chaleur du stator 6 à l'eau de refroidissement peut augmenter. Dans le moteur 1 du mode de réalisation, grâce au nombre important de colonnes 12a, 12b, 12c, de nombreux écoulements turbulents sont produits, l'action de mélange est amplement favorisée, de sorte que le coefficient de transfert de chaleur augmente, ce qui permet d'augmenter les performances de refroidissement du moteur 1 lui-même. En outre, des parties d'orifices 21 qui réduisent la largeur du passage d'écoulement 23 sont formées entre l'orifice d'entrée 14a (la partie d'entrée 14) et l'orifice de sortie 15a (la partie de sortie 15), et ainsi le court-circuit de l'eau de refroidissement apportée à partir de l'orifice d'entrée 14a est supprimé de sorte que l'eau de refroidissement ainsi apportée ne soit pas déchargée directement à partir de l'orifice de sortie 15a. Les parties d'orifice 21 sont formées de manière telle qu'un rapport de l'écoulement direct par rapport à l'écoulement de retour (écoulement sur un côté de court-circuit) soit 7 à 3. En outre, bien que des parties évidées 22 soient des parties formées pour fixer des éléments et câbler des éléments du moteur 1, en plus de remplir cette fonction, les parties évidées 22 servent également à produire des écoulements turbulents dans l'écoulement de l'eau de refroidissement qui s'écoule sur les deux côtés du passage d'écoulement 20 afin de réduire la stagnation de l'eau de refroidissement pour ainsi augmenter le coefficient de transfert de chaleur. En outre, la figure 4 est une vue en perspective qui représente la configuration du passage d'écoulement 20 dans la partie intérieure du moteur 1, tel qu'il est lorsqu'il est retiré du moteur, et la configuration du passage d'écoulement 20 correspond à une configuration de noyau durant le moulage d'une pièce de carter du moteur 1. Par exemple, dans le moteur électrique décrit dans le document JP-A-8-19218, à moins que l'épaisseur de la configuration de noyau ne soit importante, il devient difficile de mouler les minces ailettes de refroidissement allongées, et ceci augmente inévitablement le diamètre extérieur du carter de moteur. Par contre, dans le moteur 1 du mode de réalisation, comme seulement les colonnes cylindriques circulaires doivent être moulées, l'épaisseur de la configuration de noyau n'a pas à être augmentée, et donc, ni le diamètre extérieur du carter de moteur ni le poids n'augmente. De cette manière, dans le moteur 1 du mode de réalisation, la configuration de noyau durant le moulage est prise en considération, et ainsi il devient facile de fabriquer le carter de moteur du moteur 1, ce qui facilite la production en grande série des carters de moteur. Selon un aspect de l'invention, la pluralité de colonnes est disposée dans l'espace défini entre le logement intérieur et le logement extérieur, et donc le logement intérieur et le logement extérieur sont reliés l'un à l'autre par ces colonnes. Grâce à cette construction, il est possible d'augmenter les rigidités du logement intérieur et du logement extérieur sans augmenter les dimensions hors tout du carter de moteur et presque sans augmentation du poids. Par conséquent, il est possible d'obtenir un effet d'amortissement remarquable de la fréquence des vibrations de plusieurs kHz, ainsi qu'une augmentation de l'efficacité de refroidissement grâce aux écoulements turbulents produits par le nombre important de colonnes. Le moteur électrique selon l'invention est approprié pour être utilisé dans des véhicules électriques. REVENDICATIONS1. Moteur électrique destiné à être utilisé dans un véhicule électrique, le moteur électrique comprenant : un logement intérieur (10) qui contient un stator (6) ; et un logement extérieur (11) qui définit un espace à travers lequel un écoulement d'eau de refroidissement est entraîné entre le logement intérieur (10) et lui-même, dans lequel le logement intérieur (10) et le logement extérieur (11) sont reliés par une pluralité de colonnes (12a, 12b, 12c) disposées dans l'espace. 2. Moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel une pluralité de premières nervures (13a) qui s'étendent dans un sens axial et une pluralité de secondes nervures (13b) qui s'étendent dans un sens circonférentiel sont prévues sur une surface circonférentielle extérieure du logement extérieur (11), et au moins une première parmi la pluralité de colonnes (12a, 12b, 12c) est disposée dans une position qui correspond à une parmi la pluralité de premières nervures (13a) et la pluralité de secondes nervures (13b). 3. Moteur électrique selon la revendication 2, dans lequel au moins une seconde parmi la pluralité de colonnes (12a, 12b, 12c) est disposée 20 dans une position qui correspond à un centre d'une partie entourée par la pluralité de premières nervures (13a) et la pluralité de secondes nervures (13b). 4. Moteur électrique selon la revendication 3, dans lequel la partie entourée par la pluralité de premières nervures (13a) et la pluralité de 25 secondes nervures (13b) comporte une zone qui peut engendrer des vibrations de membrane.