Brevet FR3061373A1 — publié le 20180629

Machine électrique refroidie à fluide caloporteur stable La présente invention se rapporte à une machine électrique refroidie comprenant un stator et un rotor monté à l'intérieur du stator. Un domaine d'application envisagé est notamment, mais non exclusivement, celui des véhicules automobiles. Des machines électriques bien connues comportent un stator et un rotor monté à rotation dans le stator, les deux étant installés dans un carter fermé pour pouvoir être aspergés d'un fluide caloporteur. Le carter présente une paroi de fond sur laquelle vient s'écouler le fluide caloporteur. Ce dernier permet ainsi d'évacuer l'énergie thermique produite notamment par le rotor. Aussi, le stator et le rotor sont montés horizontalement à l'intérieur du carter en définissant deux zones libres opposées respectivement situées en regard des extrémités du rotor. La machine électrique comprend également au moins deux injecteurs situés respectivement dans les zones libres pour pouvoir injecter le fluide caloporteur sur les deux extrémités opposées du rotor, En outre, le carter présente deux orifices d'écoulement pratiqués dans la paroi de fond, au niveau du point le plus bas, respectivement à l'aplomb des zones libres pour pouvoir recueillir par gravité le fluide caloporteur injecté, en dessous du carter, dans un réservoir. Ainsi, les deux orifices d'écoulement sont situés à distance l'un de l'autre, et le réservoir de fluide caloporteur s'étend ainsi, selon une composante horizontale, sous le carter, d'un orifice à l'autre. Une pompe est mise en oeuvre entre un piquage situé dans le point bas du réservoir et les injecteurs, de manière à pouvoir réinjecter l'huile sur le rotor après qu'elle a été récupérée dans le réservoir. Les extrémités opposées du rotor comportent des boucles de fil conducteur superposées, et qui tendent à générer des bulles d'air dans le fluide caloporteur lorsque le rotor est entraîné en rotation et que les injecteurs aspergent précisément les extrémités du rotor. Or, l'accumulation d'air dans le fluide caloporteur lui font perdre ses propriétés conductrices et par conséquent ses capacités de refroidissement. 3061373 2 Aussi, la masse volumique du fluide caloporteur diminue et il devient alors plus volatile ce qui, d'une part favorise sa pénétration dans l'entrefer du rotor et du stator et d'autre part augmente son temps de séjour dans le carter. De surcroît, cela dégrade la qualité de son pompage et les risques de désamorçage de la 5 pompe. Aussi, un problème qui se pose et que vise à résoudre la présente invention est de fournir une machine électrique permettant au fluide caloporteur de conserver ses propriétés. Dans ce but, il est proposé une machine électrique destinée à être 10 installée dans un véhicule automobile, ladite machine électrique comprenant : un stator et un rotor présentant deux extrémités opposées, ledit rotor étant monté à rotation à l'intérieur dudit stator ; un carter présentant une paroi de fond, ledit stator et ledit rotor étant montés à l'intérieur dudit carter ; et, une pluralité d'injecteurs situés à l'intérieur dudit carter pour pouvoir projeter un 15 fluide caloporteur sur lesdites deux extrémités opposées dudit rotor, tandis que ledit carter présente en outre des orifices d'écoulement pratiqués dans ladite paroi de fond pour pouvoir recueillir le fluide caloporteur projeté s'écoulant à l'intérieur dudit carter. La machine électrique comprend en outre des éléments de mousse solide installés à l'intérieur dudit carter pour pouvoir dissiper les 20 bulles de gaz dispersées dans le fluide caloporteur par le mouvement de rotation dudit rotor. Ainsi, une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'éléments en mousse solide à l'intérieur du carter dans les zones libres entre l'ensemble du stator et du rotor et le carter. Les éléments en mousse solide 25 constituent des dissipateurs mécaniques au contact desquels les bulles de gaz et en l'espèce d'air, dispersées dans le fluide caloporteur, voient leur pression devenir supérieure à leur résistance. De la sorte, le fluide caloporteur projeté sur les extrémités du rotor en mouvement de rotation où il se forme à la manière d'un batteur des bulles d'air à l'intérieur du liquide, rebondit vers les 30 éléments en mousse qui vienne désagréger les bulles d'air. De la sorte, le fluide caloporteur conserve ses propriétés conductrices et volumiques. 3061373 3 En outre, et selon une caractéristique de l'invention particulièrement avantageuse, lesdits éléments de mousse solide sont installés en regard desdites deux extrémités opposées. De la sorte, le fluide caloporteur projeté sur les extrémités du rotor rebondit instantanément sur les éléments de 5 mousse solide. Avantageusement, ledit stator présente deux extrémités annulaires opposées, et lesdits éléments de mousse solide s'étendent radialement en regard desdites deux extrémités annulaires opposées. Partant, les éléments de mousse solide offrent une surface plus étendue pour recevoir les projections 10 de fluide caloporteur provenant du rotor. Aussi, selon un mode de réalisation de l'invention particulièrement avantageux, ledit carter présente deux parois opposées sensiblement parallèles entre elles, tandis que lesdites deux extrémités opposées dudit rotor s'étendent respectivement en regard desdites parois opposées, et lesdits 15 éléments de mousse solide s'étendent respectivement, desdites extrémités dudit rotor auxdites parois opposées. Ainsi, le volume libre entre, respectivement, les parois opposées et les extrémités du rotor est entièrement garni de mousse solide. Selon un autre mode de réalisation préféré, ledit carter présente une 20 paroi sensiblement cylindrique s'étendant d'une paroi opposée à l'autre paroi opposée, ledit stator venant en appui contre ladite paroi sensiblement cylindrique. Ainsi, le stator est enchâssé dans la paroi cylindrique du carter, de telle sorte que ce dernier est dénué d'espace libre. Selon un mode de réalisation de l'invention préféré, lesdits éléments de 25 mousse solide sont réalisés dans un matériau en mousse organique. Ainsi, les éléments de mousse solide présentent les propriétés d'un isolant électrique, et de surcroît, anti électricité statique. Aussi, lesdits éléments de mousse solide sont préférentiellement réalisés dans un matériau en mousse à cellules ouvertes. De la sorte, le fluide 30 caloporteur désaéré s'écoule à travers les éléments de mousse solide et rejoint par gravité la paroi de fond du carter. Par exemple, lesdits éléments de mousse solide sont réalisés dans un matériau polyuréthanne. 3061373 4 Selon un autre mode de réalisation de l'invention préféré, ledit carter présente deux orifices d'écoulement pratiqués respectivement à l'aplomb desdits éléments de mousse solide pour pouvoir recueillir le fluide caloporteur projeté s'écoulant à l'intérieur dudit carter dans deux réservoirs plats 5 indépendants l'un de l'autre. La mise en oeuvre de deux réservoirs plats permet, d'une part de réduire la hauteur de l'ensemble, carter/réservoir, et de surcroît, de réduire les remontées de fluide caloporteur depuis les réservoirs vers le carter. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention, les deux orifices d'écoulement débouchent dans un seul réservoir plat. 10 Aussi, avantageusement, la machine électrique selon l'invention comprend une pompe reliée auxdits deux réservoirs plats et auxdits injecteurs. Selon ledit encore autre mode de réalisation de l'invention, la machine électrique comprend seule pompe reliant ledit seul réservoir plein aux injecteurs. 15 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la Figure unique est une vue schématique d'une machine électrique 20 conforme à l'invention. La Figure unique illustre une machine électrique 10 comprenant un stator 12 de symétrie générale cylindrique de révolution, à l'intérieur duquel est monté à rotation un rotor 14 en définissant un entrefer 15. Le stator 12 et le rotor 14 sont installés à l'intérieur d'un carter fermé 16 sensiblement 25 cylindrique également. Le stator 12 définit en outre, deux extrémités annulaires opposées 17, 19. On observera que le carter 16 est adapté à être installé dans un véhicule automobile non représenté, de manière à ce que le stator 12 et le rotor 14 soient orientés transversalement selon l'axe Y du véhicule automobile et par 30 conséquent, perpendiculairement à l'axe d'avancement X du véhicule. À l'équilibre sur un plan horizontal, les axes X et Y du véhicule sont horizontaux, tandis que l'axe Z est vertical. 3061373 5 Le carter 16 présente deux parois opposées 18, 20 et une paroi cylindrique 22. La paroi cylindrique 22 présente une surface interne cylindrique 24, tandis que les parois 18, 20 présentent respectivement une surface interne 26, 28 sensiblement circulaire et plane. Le stator 12 est enchâssé à l'intérieur 5 du carter 12 et prend appui contre la surface interne cylindrique 24. Il s'étend alors depuis la surface interne cylindrique 24 radialement vers le centre sur une épaisseur E. Il s'étend axialement sur une longueur sensiblement égale à celle du rotor 14. Quant au rotor 14, il présente un arbre 30 présentant deux extrémités 10 d'arbre 32, 34 respectivement montées dans des paliers non représentés. En outre, le rotor 14 présente deux extrémités libres opposées 36, 38 venant respectivement s'étendre en regard des surfaces internes 26, 28 des parois 18, 20. Ainsi, le rotor 14 et le carter 16 définissent deux zones opposées 40, 42 qui s'étendent respectivement entre les extrémités libres opposées 36, 38 du rotor 15 14 et des surfaces internes 26, 28 des parois opposées 18, 20. Une caractéristique de l'invention réside dans la mise en oeuvre d'éléments de mousse solide 43, 45 respectivement dans les deux zones opposées 40, 42. On décrira plus en détail dans la suite de la description la géométrie et la nature de ces éléments de mousse solide 43, 45, ainsi que 20 leurs fonctions. Le carter 16 présente une partie basse 44 diamétralement opposée à une partie haute 46. Aussi, la surface interne cylindrique 24 de la paroi cylindrique 22 définit, dans la partie basse 44 du carter 16, une paroi de fond 48. De la sorte, les deux zones opposées 40, 42 présentent respectivement dans la 25 partie basse 44 du carter 16, deux portions 50, 52 formant segment cylindrique, délimitées de chaque côté par les surfaces internes 26, 28 des parois 18, 20 et le stator 12, et aussi par la paroi de fond 48. La paroi de fond 48 présente alors deux orifices d'écoulement 54, 56 pratiqués respectivement au droit des zones opposées 40, 42 dans la partie la 30 plus basse de la paroi de fond 48. Ces deux orifices d'écoulement 54, 56 sont également pratiqués sensiblement à équidistance des surfaces internes 26, 28 et des extrémités opposées du rotor 12. 3 0 6 1 3 73 6 En outre, la machine électrique 10 comprend un réservoir plat 60 qui s'étend sous le carter 16 de manière à ce que, les deux orifices d'écoulement 54, 56 débouchent respectivement dans le réservoir 60. La mise en oeuvre d'un réservoir plat 60 permet de diminuer la garde au 5 sol d'un véhicule automobile dans lequel la machine électrique est installée. Aussi, afin de réduire plus encore la hauteur du réservoir plat 60, en conservant un même volume total de fluide caloporteur, on autorise le fluide caloporteur à remonter dans le carter 16, jusqu'à un niveau situé en dessous de l'entrefer 15 dans sa partie la plus basse. Autrement dit, le fluide 10 caloporteur remonte dans le carter 16 d'une hauteur inférieur à l'épaisseur E. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention non représenté, la machine électrique comprend deux réservoirs plats longitudinaux sensiblement image l'un de l'autre par rapport au plan X, Z et respectivement agencés à l'aplomb des deux zones libres opposées de manière à ce que, les deux 15 orifices d'écoulement débouchent respectivement dans les deux réservoirs. Un tel agencement permet de diminuer les risques de remontée du fluide caloporteur des réservoirs vers les zones libres et l'entrefer de la machine électrique. Conséquemment, le rendement de la machine électrique n'est pas obéré. 20 Aussi, la machine électrique 10 comporte, d'un côté un premier injecteur 61 monté à travers la paroi 18 et traversant l'un des éléments en mousse solide 43 pour déboucher en regard de l'extrémité libre 36 du rotor 14. Et de l'autre côté, la machine électrique 10 comporte un second injecteur 63 monté à travers l'autre paroi 20 et traversant l'autre élément en mousse solide pour 25 déboucher en regard de l'autre extrémité libre 38 du rotor 14. Les injecteurs 61, 63 débouchent en regard des extrémités libres 36, 38 du rotor 14 sans être entravés par la mousse solide. Autrement dit, la mousse solide présente une lumière sensiblement conique dans le prolongement des injecteurs 61, 63. Les deux injecteurs 61, 63 sont respectivement reliés au réservoir de 30 fluide caloporteur 60 par l'intermédiaire d'une pompe 65 et en amont de deux conduits d'aspiration 67, 69 et en aval de la pompe 65, de deux conduits de projection 71, 73. 3061373 7 De la sorte, le liquide de refroidissement, ou fluide caloporteur, est aspiré par la pompe 65 à travers les deux conduits d'aspiration 67, 69 du réservoir plat 60 et est refoulé dans les deux conduits de projections 71, 73 afin de pouvoir être projeté par les injecteurs 61, 63 sur les extrémités libres 36, 38 du 5 rotor 14 lorsqu'elles s'échauffent au cours de la rotation du rotor 14. On reviendra à présent sur la géométrie et la nature de ces éléments de mousse solide 43, 45. Ils présentent la forme générale d'un disque de diamètre correspondant sensiblement à celui de la paroi cylindrique 22 du carter 16, et amputé d'un 10 segment circulaire dans la partie inférieur, faisant apparaître un méplat 75. De plus leur épaisseur est sensiblement égale à la distance qui s'étend entre les extrémités libres opposées 36, 38 et les surfaces internes 26, 28 respectivement en regard. Aussi, les éléments de mousse solide 43, 45 présentent en leur centre, un 15 orifice de passage de l'arbre 30, et à l'opposé de leur amputation, un orifice de passage des injecteurs 61, 63. Ainsi, comme illustré sur la Figure unique, les éléments de mousse solide 43, 45, sont respectivement installés dans les zones opposées 40, 42 du carter 16, de façon que les deux extrémités d'arbre 32, 34 traversent respectivement 20 les orifices de passage d'arbre 30, tandis que les méplats 75 sont ajustés en regard de la paroi de fond 48, d'une part, et que les injecteurs 61, 63 traversent les orifices de passage des injecteurs. Aussi, les éléments de mousse solide 43, 45 sont conformés pour pouvoir s'adapter au carter 16 et y être encastrés. Grâce aux méplats 75, les éléments de mousse solide 43, 45 ne baignent 25 pas dans le fluide caloporteur du fond du carter 16. Excepté cette dernière zone, les éléments de mousse solide 43, 45 s'étendent de préférence, dans tout l'espace complémentaire entre les parois 22, 18, 20 du carter 16 et le stator 12 associé au rotor. Ainsi, les éléments de ce solide 43, 45 viennent s'étendre en regard des 30 deux extrémités annulaires opposées 17, 19. 3 0 6 1 3 73 8 Au niveau des extrémités 36, 38 du rotor 14, c'est-à-dire les parties mobiles, les éléments de mousse solide 43, 45 s'en étendent à une distance voisine de 5 mm. S'agissant de leur nature, les éléments de mousse solide 43, 45 sont 5 réalisés dans un matériau polyuréthanne à cellules ouvertes. D'autres matériaux sont bien évidemment envisageables. Toutefois, il est recherché des mousses solides présentant des propriétés d'isolant électrique, et aussi anti électricité statique. Ainsi, le fluide caloporteur aspiré par la pompe 65 dans le réservoir plat 10 60 est projeté grâce aux injecteurs 61, 63 contre les extrémités libres 36, 38 du rotor 14 dans le but de les refroidir lorsqu'elles sont en mouvement. Les bulles de gaz, ou mousses, générées dans le fluide caloporteur au contact des extrémités libres 36, 38 sont ensuite projetés contre les éléments de mousse solide 43, 45 au contact desquels elles éclatent car soumises à une 15 pression dépassant leur résistance. Le fluide caloporteur s'écoule ensuite par gravité dans les zones libres 40, 42, à travers ou autour des éléments de mousse solide 43, 45 puis dans le réservoir plat 60, à travers les orifices d'écoulement 54, 56. REVENDICATIONS1. Machine électrique (10) destinée à être installée dans un véhicule automobile, ladite machine électrique comprenant : - un stator (12) et un rotor (14) présentant deux extrémités opposées (36, 38), ledit rotor (14) étant monté à rotation à l'intérieur dudit stator (12) ; - un carter (16) présentant une paroi de fond (48), ledit stator (12) et ledit rotor (14) étant montés à l'intérieur dudit carter (16) ; - une pluralité d'injecteurs (61, 63) situés à l'intérieur dudit carter (16) pour pouvoir projeter un fluide caloporteur sur lesdites deux extrémités opposées (36, 38) dudit rotor (14), tandis que ledit carter (16) présente en outre des orifices d'écoulement (54, 56) pratiqués dans ladite paroi de fond (48) pour pouvoir recueillir le fluide caloporteur projeté s'écoulant à l'intérieur dudit carter (16) ; caractérisée en ce qu'elle comprend en outre des éléments de mousse solide (43, 45) installés à l'intérieur dudit carter (16) pour pouvoir dissiper les bulles de gaz dispersées dans le fluide caloporteur par le mouvement de rotation dudit rotor (14). 2. Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits éléments de mousse solide (43, 45) sont installés en regard desdites deux extrémités opposées (36, 38). 3. Machine électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit stator (12) présente deux extrémités annulaires opposées (17, 19), et en ce que lesdits éléments de mousse solide (43, 45) s'étendent radialement en regard desdites deux extrémités annulaires opposées. 4. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit carter (16) présente deux parois opposées (18, 20) sensiblement parallèles entre elles, tandis que lesdites deux extrémités opposées (36, 38) dudit rotor (14) s'étendent respectivement en regard desdites parois opposées (36, 38), et en ce que lesdits éléments de mousse 3061373 10 solide (43, 45) s'étendent respectivement, desdites extrémités dudit rotor auxdites parois opposées. 5. Machine électrique selon la revendication 4, caractérisée en ce que ledit carter (16) présente une paroi sensiblement cylindrique (22) s'étendant 5 d'une paroi opposée (18) à l'autre paroi opposée (20), ledit stator (16) venant en appui contre ladite paroi sensiblement cylindrique (22). 6. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que lesdits éléments de mousse solide (43, 45) sont réalisés dans un matériau en mousse organique. 10 7. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que lesdits éléments de mousse solide (43, 45) sont réalisés dans un matériau en mousse à cellules ouvertes. 8. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que lesdits éléments de mousse solide (43, 45) sont 15 réalisés dans un matériau polyuréthanne. 9. Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit carter (16) présente deux orifices d'écoulement (54, 56) pratiqués respectivement à l'aplomb desdits éléments de mousse solide (43, 45) pour pouvoir recueillir le fluide caloporteur projeté s'écoulant à 20 l'intérieur dudit carter (16) dans deux réservoirs plats indépendants l'un de l'autre. 10. Machine électrique selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend une pompe (65) reliée auxdits deux réservoirs plats et auxdits injecteurs. 25