Brevet FR3047464A1 — publié le 20170811

Bogie moteur à refroidissement amélioré La présente invention concerne un bogie comportant un châssis, deux essieux, et au moins un premier moteur d'entrainement du premier essieu comportant une carcasse, un rotor et un stator. L'invention concerne également un véhicule ferroviaire équipé d'au moins un tel bogie. En fonctionnement, le premier moteur dégage de la chaleur par effet joule dans les bobinages et par frottements. Ceci occasionne une élévation de la température moyenne du moteur à l'intérieur de la carcasse. Pour limiter l'ampleur de ce phénomène, il est connu d'utiliser un ventilateur externe monté sur l'arbre du moteur afin de réaliser une convection forcée autour de la carcasse. En outre, certains moteurs de bogie incluent un échangeur de chaleur fixé sur la carcasse et adapté pour dissiper la chaleur contenue dans l'air interne de la carcasse vers l'atmosphère extérieur. Les solutions précitées ont une efficacité donnée, qui peut s'avérer insuffisante dans certains cadres. Selon les circonstances, il peut se produire une élévation de la température interne du moteur avec des conséquences négatives, comme des pannes ou une réduction de la durée de vie du bogie. Un but de l'invention est de fournir un bogie résolvant tout ou partie des inconvénients ci-dessus, c'est-à-dire en particulier un bogie présentant un risque de panne réduit et/ou une durée de vie augmentée. A cet effet, l'invention a pour objet un bogie adapté pour circuler selon une direction longitudinale, comportant : - un châssis comportant au moins une traverse s'étendant selon une direction transversale sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale, - un premier essieu et un deuxième essieu, et - au moins un premier moteur d'entraînement du premier essieu, le premier moteur comportant une carcasse, un rotor, un stator et au moins un ventilateur interne situé à l'intérieur de la carcasse, la traverse comportant des structures internes pour former un échangeur de chaleur comportant au moins une entrée d'air connectée à une sortie d'air de la carcasse, et au moins une sortie d'air connectée à une entrée d'air de la carcasse, l'échangeur de chaleur et la carcasse définissant un circuit d'air de refroidissement du premier moteur, les structures internes étant destinées à recevoir de la chaleur 3047464 2 véhiculée par l'air en provenance du premier moteur et à dissiper cette chaleur dans l'atmosphère. Selon des modes particuliers de réalisation, le bogie comprend l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou selon toutes les combinaisons 5 techniquement possibles : - le premier moteur comprend un arbre entraîné par le rotor, et un ventilateur externe actionné par l'arbre pour produire un flux d'air externe adapté pour refroidir la carcasse ; - la traverse est adaptée pour résister à des efforts mécaniques dans toutes les 10 directions pour rigidifier le châssis ; - la traverse a une forme prismatique selon la direction transversale, de préférence à section rectangulaire ; - le premier moteur est logé longitudinalement entre un arbre du premier essieu et l'échangeur de chaleur ; 15 - le bogie comporte en outre un deuxième moteur d'entraînement du deuxième essieu,le deuxième moteur comportant une carcasse, un rotor, un stator et au moins un ventilateur interne situé à l'intérieur de la carcasse, l'échangeur de chaleur comportant au moins une entrée d'air connectée à une sortie d'air de la carcasse du deuxième moteur, et au moins une sortie d'air connectée à une entrée d'air de la carcasse du deuxième 20 moteur, l'échangeur de chaleur et la carcasse du deuxième moteur définissant un circuit d'air de refroidissement du deuxième ; - le circuit d'air de refroidissement du premier moteur et le circuit d'air de refroidissement du deuxième moteur sont un même circuit, l'air de refroidissement étant destiné à passer du premier moteur dans l'échangeur de chaleur, puis dans le deuxième 25 moteur, puis à nouveau dans l'échangeur de chaleur, et enfin à revenir dans le premier moteur ; - lesdites structures internes comportent une pluralité de plaques sensiblement perpendiculaires à la direction longitudinale ; - le circuit d'air de refroidissement du premier moteur et le circuit d'air de 30 refroidissement du deuxième moteur sont fluidiquement séparés ; et - lesdites structures internes comportent une plaque de séparation sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale, la plaque de séparation séparant fluidiquement lequel le circuit d'air de refroidissement du premier moteur et le circuit d'air de refroidissement du deuxième moteur. 35 L'invention a également pour objet un véhicule ferroviaire comprenant au moins un bogie tel que décrit ci-dessus. 3047464 3 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue de dessus schématique d'un bogie selon un premier mode 5 de réalisation de l'invention, et - la figure 2 est une vue schématique de dessus d'un bogie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. En référence à la figure 1, on décrit un véhicule ferroviaire 1 comportant au moins un bogie 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention. 10 Le véhicule ferroviaire 1 n'est pas représenté en détail. Il s'agit par exemple d'une rame de train à grande vitesse inter-cité, ou d'un train suburbain ou urbain. Le véhicule ferroviaire 1 est adapté pour circuler selon une direction longitudinale L, par exemple horizontale. On définit également une direction transversale T sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale L et une direction d'élévation V 15 sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale et la direction transversale. La direction d'élévation V est verticale lorsque le bogie 10 circule sur une voie horizontale (non représentée). Le bogie 10 comprend un châssis 15, un premier essieu 20A, un deuxième essieu 20B, un premier moteur 30A d'entraînement du premier essieu, et un deuxième moteur 20 30B d'entraînement du deuxième essieu. Le bogie 10 comprend aussi un échangeur de chaleur 35 fixé à une traverse 37 du châssis 15. Le châssis 15 représenté est schématique. Le châssis 15 comprend deux longerons 39, 41 transversalement opposés. La traverse 37 est fixée sur les longerons 39, 41. La traverse 37 est par exemple 25 sensiblement parallèle à la direction transversale T et avantageusement située longitudinalement à égale distance du premier essieu 20A et du deuxième essieu 20B. La traverse 37 présente par exemple une forme prismatique à génératrice transversale, avantageusement à section rectangulaire perpendiculairement à la direction transversale T. 30 La traverse 37 contribue significativement à la rigidité du châssis 10 ou constitue un support solide, par exemple pour les moteurs. La traverse 37 comporte des structures internes 82 adaptées pour que la traverse 37 forme un échangeur de chaleur 35. Dans l'exemple représenté, le deuxième essieu 20B est symétrique du premier 35 essieu 20A par rapport à un plan médian P perpendiculaire à la direction longitudinale L. 3047464 4 Aussi, seul le premier essieu 20A sera décrit ci-après. Les éléments analogues du deuxième essieu 20B portent les mêmes références numériques suivies de la lettre « B ». Le premier essieu 20A comprend un arbre 45A monté respectivement sur les extrémités longitudinales des longerons 39, 41, et deux roues 47A fixées sur l'arbre 45A. 5 Le premier essieu 20A, les longerons 39, 41, la traverse 37 et l'échangeur de chaleur 35 définissent un premier espace 39A en vue de dessus, dans lequel est logé le premier moteur 30A. Les roues 47A sont situées transversalement entre le premier moteur 30A et, respectivement, les longerons 39, 41. 10 Le deuxième moteur 30B se déduit sur la figure 1 du premier moteur 30A par une rotation de 180°, aussi, il ne sera pas décrit en cëtail ci-après. Seules les différences seront décrites. Les éléments analogues du deuxième moteur 30B portent les mêmes références numériques suivies de la lettre « B ». Le premier moteur 30A comprend une carcasse 51A, un stator 53A, un rotor 55A, 15 un arbre 57A solidaire du rotor, un ventilateur interne 59A et un ventilateur externe 61A. Le premier moteur 30A comprend aussi un réducteur 63A connecté mécaniquement à l'arbre 57A et à l'arbre 45A du premier essieu 20A. Le réducteur 63A est situé transversalement entre la carcasse 51A et l'une des roues 47A, tandis que le réducteur 63B du deuxième moteur 30B est transversalement 20 situé entre la carcasse 51 B et la roue 40B transversalement opposée à la roue 47A précitée. Ainsi, le premier moteur 30A et le deuxième moteur 30B sont situés longitudinalement de part et d'autre de la traverse 37 et avantageusement orientés tête-bêche. 25 L'arbre 57A est par exemple sensiblement parallèle à la direction transversale T. A une extrémité transversalement opposée au réducteur 63A, l'arbre 57A porte le ventilateur externe 61A. Le ventilateur externe 61A est adapté pour créer un flux d'air F1A lorsque l'arbre 57A tourne. 30 Le flux d'air F1A est orienté principalement selon la direction transversale T et est situé contre la carcasse 51A. La carcasse 51A comporte une entrée d'air 65A et une sortie d'air 67A. La sortie d'air 67A est située transversalement au niveau du ventilateur interne 59A, qui est dans l'exemple représenté de type centrifuge. 35 Le ventilateur interne 59A est adapté pour créer un flux d'air F2A entre le stator 53A et le rotor 55A et à diriger cet air vers la sortie d'air 67A. 3047464 5 L'échangeur de chaleur 35 est intégré dans la traverse 37. La traverse 37 constitue l'échangeur. Le matériau dont est fait l'échangeur 35 est le même que celui de la traverse, avantageusement de l'acier. L'échangeur de chaleur 35 comprend deux demi-corps 71, 73 avantageusement 5 contigus transversalement. La traverse 37 comporte aussi avantageusement une surface inférieure (non représentée) munie d'ailettes (non représentée) adaptées pour dissiper la chaleur en provenance des flux d'air traversant l'échangeur de chaleur 35. L'échangeur de chaleur 35 comprend une première entrée d'air 75A connectée 10 fluidiquement à la sortie d'air 67A du premier moteur 30A, une deuxième entrée d'air 75B connectée fluidiquement à la sortie d'air 67B du deuxième moteur 30B, une première sortie d'air 77A connectée fluidiquement à l'entrée d'air 65A, et une deuxième sortie d'air 77B connectée fluidiquement à l'entrée d'air 65B. Lesdites connexions fluidiques sont par exemple formées par des canalisations, 15 par exemple orientées sensiblement longitudinalement. L'échangeur de chaleur 35 et les carcasses 51A, 51 B définissent un circuit d'air 79 de refroidissement du premier moteur 30A et du deuxième moteur 30B. Les deux demi-corps 71, 73 sont par exemple symétriques l'un de l'autre, à l'exception des entrées et sorties d'air, par rapport à un plan médian P' perpendiculaire à 20 la direction transversale T. Chaque demi-corps 71, 73 est formé par les structures internes 82 et des parois externes 83 de la traverse 37, qui sont adaptées pour recevoir de la chaleur et la dissiper dans l'atmosphère extérieure. Les structures internes 82 sont par exemple des plaques perpendiculaires à la direction longitudinale L qui définissent un passage en zigzag depuis la première entrée 25 d'air 75A jusqu'à la deuxième sortie d'air 77B d'une part, et de la deuxième entrée d'air 75B jusqu'à la première sortie d'air 77A d'autre part. Selon une variante non représentée, les deux demi-corps 71, 73 ne sont pas contigus et forment deux échangeurs séparés, par exemple par un espace selon la direction transversale T. 30 Selon une autre variante (non représentée), les deux demi-corps 71, 73 ne sont pas contigus, mais sont imbriqués l'un dans l'autre, tout en définissant respectivement deux passages d'air séparés l'un de l'autre dans le circuit d'air 79. Le fonctionnement du bogie 10 se déduit de sa structure et va être décrit brièvement ci-après. 3047464 6 Lorsque les arbres 57A, 57B du premier moteur 30A et du deuxième moteur 30B tournent, les ventilateurs externes 61A, 61 B produisent les flux d'air externes F1A, F1 B qui refroidissent les carcasses 51A, 51 B. En outre, les ventilateurs internes 59A, 59B mettent en mouvement l'air contenu 5 dans le circuit d'air 79. Le ventilateur interne 59A créé un appel d'air créant le flux d'air interne F2A entre le stator 53A et le rotor 55A. Le flux d'air interne F2A est expulsé par la sortie d'air 67A et entre dans l'échangeur de chaleur 35 (c'est-à-dire dans la traverse 37) par la première entrée d'air 75A. 10 Cet air chaud en provenance du premier moteur 30A parcourt le demi-corps 71 jusqu'à la deuxième sortie d'air 77B en cédant sa chaleur aux structures internes 82 et aux parois externes 83 de ce demi-corps. La chaleur reçue par les parois du demi-corps 71 est évacuée vers l'atmosphère extérieure. L'air ainsi refroidi entre ensuite dans le deuxième moteur 30B par l'entrée d'air 15 65B. Le ventilateur 59B fait passer l'air entre le stator 53B et le rotor 55B sous la forme du flux F2B. Ce flux est expulsé par la sortie d'air 67B et entre dans l'échangeur de chaleur 35 par la deuxième entrée d'air 75B. Cet air chaud parcourt le demi-corps 73 jusqu'à la première sortie d'air 77A en cédant de la chaleur aux structures internes 82 et aux parois externes 83 de ce demi- 20 corps. Ensuite, l'air refroidi sort par la sortie d'air 77A et entre dans le premier moteur 30A par l'entrée d'air 65A et les étapes décrites ci-dessus se reproduisent cycliquement. Grâce aux caractéristiques décrites ci-dessus, les moteurs 30A, 30B bénéficient d'une grande surface d'échange thermique pour leur refroidissement. La température à 25 l'intérieur des carcasses 51A et 51B est plus proche de la température de l'atmosphère ambiante que dans les moteurs de l'art antérieur. Le risque de panne est réduit, et la durée de vie du bogie 10 est améliorée. En outre, l'échangeur 35 étant totalement intégré dans la traverse 37, le bogie 10 ne comporte pas de pièces supplémentaires sur les moteurs 30A, 30B pour leur 30 refroidissement, sauf des pièces d'interface. Ceci permet une grande compacité. En référence à la figure 2, on va maintenant décrire un bogie 110 selon un deuxième mode de réalisation de l'invention. Le bogie 110 est analogue au bogie 10 représenté sur la figure 1. Les éléments similaires du bogie 10 portent les mêmes références numériques que ceux du bogie 10. Seules les différences seront décrites en 35 détail ci-après. 3047464 7 Le bogie 110 diffère du bogie 10 par la structure interne de l'échangeur 35 formé par la traverse 37. En effet, l'échangeur de chaleur 35 du bogie 110 définit avec la carcasse 51A un circuit d'air 79A de refroidissement du premier moteur 30A, et avec la carcasse 51 B un circuit d'air 79B de refroidissement du deuxième moteur 30B. 5 Les circuits d'air 79A et 79B sont fluidiquement séparés, c'est-à-dire que l'air contenu dans le circuit d'air 79A ne se mélange pas avec l'air contenu dans le circuit d'air 79B. L'échangeur de chaleur 35 comprend deux demi-corps 171, 173 contigus longitudinalement. 10 Le demi-corps 171 définit une portion du circuit d'air 79A allant de la première entrée d'air 75A à la première sortie d'air 77A. Le demi-corps 173 définit une portion du circuit d'air 79B allant de la deuxième entrée d'air 75B jusqu'à la deuxième sortie d'air 77B. Selon une première variante (non représentée), les deux demi-corps 171, 173 ne 15 sont pas contigus mais séparés longitudinalement par un espace. Selon une deuxième variante (non représentée), les deux demi-corps 171, 173 ne sont pas contigus, mais imbriqués l'un dans l'autre. Le fonctionnement du bogie 110 est analogue à celui du bogie 10, si ce n'est que l'air qui entre par la première entrée d'air 75A ne sort pas par la deuxième sortie d'air 77B, 20 mais par la première sortie d'air 77A pour retourner dans le premier moteur 30A. De même, l'air qui entre par la deuxième entrée d'air 75B ne sort pas par la première sortie d'air 77A, mais par la deuxième sortie d'air 77B pour retourner dans le deuxième moteur 30B. 25 REVENDICATIONS1.- Bogie (10 ; 110) adapté pour circuler selon une direction longitudinale (L), comportant : - un châssis (15) comportant au moins une traverse (37) s'étendant selon une direction transversale (T) sensiblement perpendiculaire à la direction longitudinale (L), - un premier essieu (20A) et un deuxième essieu (20B), et - au moins un premier moteur (30A) d'entraînement du premier essieu (20A), le premier moteur (30A) comportant une carcasse (51A), un rotor (55A), un stator (53A) et au moins un ventilateur interne (59A) situé à l'intérieur de la carcasse (51A), la traverse (37) comportant des structures internes (82) pour former un échangeur de chaleur (35) comportant au moins une entrée d'air (75A) connectée à une sortie d'air (67A) de la carcasse (51A), et au moins une sortie d'air (77A) connectée à une entrée d'air (65A) de la carcasse (51A), l'échangeur de chaleur (35) et la carcasse (51A) définissant un circuit d'air (79A) de refroidissement du premier moteur (30A), les structures internes (82) étant destinées à recevoir de la chaleur véhiculée par l'air en provenance du premier moteur (30A) et à dissiper cette chaleur dans l'atmosphère. 2.- Bogie (10 ; 110) selon la revendication 1, dans lequel le premier moteur (30A) comprend un arbre (57A) entraîné par le rotor (55A), et un ventilateur externe (61A) actionné par l'arbre (57A) pour produire un flux d'air externe (FIA) adapté pour refroidir la carcasse (51A). 3.- Bogie (10 ; 110) selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la traverse (37) est adaptée pour résister à des efforts mécaniques dans toutes les directions pour rigidifier le châssis (15). 4.- Bogie (10 ; 110) selon la revendication 3, dans lequel la traverse (37) a une forme prismatique selon la direction transversale (T), de préférence à section rectangulaire. 5.- Bogie (10 ; 110) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier moteur (30A) est logé longitudinalement entre un arbre (45A) du premier essieu (20A) et l'échangeur de chaleur (35). 6.- Bogie (10 ; 110) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportant en outre un deuxième moteur (30B) d'entraînement du deuxième essieu (20B), le deuxième moteur (30B) comportant une carcasse (51B), un rotor (55B), un stator (53B) et au moins un ventilateur interne (59B) situé à l'intérieur de la carcasse (51B), l'échangeur de chaleur (35) comportant au moins une entrée d'air (75B) connectée 3047464 9 à une sortie d'air (67B) de la carcasse (51B) du deuxième moteur (30B), et au moins une sortie d'air (77B) connectée à une entrée d'air (65B) de la carcasse (51B) du deuxième moteur (30B), l'échangeur de chaleur (35) et la carcasse (51B) du deuxième moteur (30B) 5 définissant un circuit d'air (79B) de refroidissement du deuxième moteur (30B). 7.- Bogie (10) selon la revendication 6, dans lequel le circuit d'air (79A) de refroidissement du premier moteur (30A) et le circuit d'air (79B) de refroidissement du deuxième moteur (30B) sont un même circuit, l'air de refroidissement étant destiné à passer du premier moteur (30A) dans l'échangeur de chaleur (35), puis dans le deuxième 10 moteur (30B), puis à nouveau dans l'échangeur de chaleur (35), et enfin à revenir dans le premier moteur (30A). 8.- Bogie (10) selon la revendication 7, dans lequel lesdites structures internes comportent une pluralité de plaques sensiblement perpendiculaires à la direction longitudinale (L). 15 9.- Bogie (110) selon la revendication 6, dans lequel le circuit d'air (79A) de refroidissement du premier moteur (30A) et le circuit d'air (79B) de refroidissement du deuxième moteur (30B) sont fluidiquement séparés. 10.- Bogie (110) selon la revendication 9, dans lequel lesdites structures internes comportent une plaque de séparation sensiblement perpendiculaire à la direction 20 longitudinale (L), la plaque de séparation séparant fluidiquement lequel le circuit d'air (79A) de refroidissement du premier moteur (30A) et le circuit d'air (79B) de refroidissement du deuxième moteur (30B). 25