Brevet FR3057414A1 — publié le 20180413

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UNE CHAMBRE DE REFROIDISSEMENT FORMÉE PAR UN JOINT La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'une chambre de refroidissement formée par un joint. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec un élément tel qu'un réducteur de boîte de vitesses. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un module électrique de commande. Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile assurant la transmission de la puissance mécanique du moteur thermique vers les roues du véhicule, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule. La machine électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir 3057414 2 notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. 5 Il est connu de refroidir le module électrique de commande au moyen d'une chambre de refroidissement. Toutefois, cette chambre de refroidissement obtenue par usinage ou moulage est complexe à réaliser, ce qui entraîne un taux de rebus important de la pièce qui l'intègre. La présente invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en 10 proposant une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un module électrique de commande de la machine électrique tournante, - un dissipateur thermique associé au module électrique de commande, - un palier agencé pour supporter un roulement portant à rotation un arbre, 15 - une chambre de refroidissement agencée pour permettre la circulation d'un liquide de refroidissement pour le refroidissement du dissipateur thermique, caractérisée en ce que la chambre de refroidissement est délimitée: - par une face d'extrémité axiale du palier, - une face d'extrémité axiale du dissipateur thermique, et 20 - un joint monté serré entre le palier et le dissipateur thermique. L'invention permet ainsi de faciliter la réalisation de la chambre de refroidissement par assemblage du dissipateur thermique, du joint, et du palier de la machine électrique. L'invention permet en outre d'améliorer les performances de refroidissement de la machine électrique en permettant un 25 contact direct du liquide de refroidissement avec le palier et le dissipateur thermique, ce qui facilite l'évacuation des calories générées par les composants électriques de la machine électrique. Selon une réalisation, une gorge recevant le joint est ménagée dans l'un des éléments parmi le palier et dissipateur thermique. 30 Selon une réalisation, le joint présente un contour fermé. 3057414 3 Selon une réalisation, une entrée du liquide de refroidissement est formée dans le dissipateur thermique et débouche dans une zone du dissipateur thermique entourée par le joint. Selon une réalisation, une sortie du liquide de refroidissement est formée 5 dans le palier et débouche dans une zone du palier entourée par le joint. Selon une réalisation, la sortie de liquide de refroidissement est en communication avec une deuxième chambre de refroidissement apte à faire circuler le liquide de refroidissement autour d'un stator de la machine électrique tournante. 10 Selon une réalisation, le dissipateur thermique et/ou le palier comporte au moins une portion en saillie autorisant le contournement par le liquide de refroidissement de trous traversant axialement le dissipateur thermique. Selon une réalisation, la portion en saillie est à bords incurvés pour améliorer la circulation du liquide de refroidissement dans la chambre de 15 refroidissement. Selon une réalisation, le joint est de type torique. Selon une réalisation, le joint délimite un volume fermé en forme de C allongé. Selon une réalisation, la chambre de refroidissement est agencée pour 20 permettre le refroidissement de condensateurs et/ou de modules de puissance du module électrique de commande. L'arbre pourra comporter une extrémité cannelée. Cela permet d'adapter l'interface de liaison mécanique de la machine électrique avec un élément extérieur (pignon ou courroie) en adaptant le type de manchon qui comporte 25 des cannelures ménagées en périphérie interne pour coopération avec l'extrémité cannelée de l'arbre. En effet, ce manchon pourra comporter en périphérie externe des dentures pour engrènement avec un pignon ou une poulie pour coopération avec une courroie correspondante. Le choix de la configuration du manchon dépend de l'application et en particulier de la 30 configuration de l'élément hôte. 3057414 4 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante 5 selon la présente invention; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique tournante selon l'invention accouplée avec un réducteur de vitesse; La figure 3 est une vue en perspective montrant le stator et l'interconnecteur de la machine électrique tournante selon l'invention; 10 La figure 4 est une vue en perspective de la partie arrière de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la partie arrière de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 6 est une vue en perspective du dissipateur thermique de la 15 machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 7 est une vue en perspective du palier arrière de la machine électrique tournante selon la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. 20 Dans la suite de la description, on considère une orientation d'avant en arrière, une orientation allant de gauche à droite sur la figure 2. Ainsi, on entend par un élément "avant", un élément situé du côté de l'extrémité cannelée 73 de l'arbre de la machine et par élément "arrière" un élément situé du côté opposé, c'est-à-dire du côté du module électrique de 25 commande 40. Les figures 1 et 2 montrent une machine électrique tournante 10 comportant un stator 11 polyphasé entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 d'axe X correspondant à l'axe de la machine électrique. Le stator 11 entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du stator 11 et la 3057414 5 périphérie externe du rotor 12. Le stator 11 est monté dans un carter 15 muni d'un palier avant 16 et d'un palier arrière 17. Cette machine électrique 10 est destinée à être accouplée à un réducteur 20 de boîte de vitesses visible en figure 2. La machine est apte à fonctionner 5 dans un mode alternateur pour fournir notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. La puissance de la machine pourra par exemple être comprise 10 entre 15kW et 50kW. Plus précisément, le rotor 12 comporte un corps 22 sous la forme d'un paquet de tôles. Des aimants permanents 23 sont implantés dans des cavités du corps 22. Les aimants 23 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine. En outre, le 15 rotor 12 comporte deux flasques 26 plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale du rotor 12. Ces flasques 26 assurent une retenue axiale des aimants 23 et servent également à équilibrer le rotor 12. Par ailleurs, le stator 11 comporte un corps 27 constitué par un paquet de tôles ainsi qu'un bobinage 28. Le corps 27 est formé par un empilement de 20 feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le corps de stator 27 montré sur la figure 3 est muni de dents 30 s'étendant depuis une périphérie interne d'une culasse annulaire 31 et délimitant deux à deux des encoches 32 pour le montage du bobinage 28 du stator 11. Ainsi, 25 deux encoches 32 successives sont séparées par une dent 30. Les encoches 32 débouchent axialement dans les faces d'extrémité axiale et radialement vers l'intérieur du corps de stator 27. Le bobinage 28 comporte un ensemble d'enroulements de phase 33 traversant les encoches 32 et formant des chignons 36 s'étendant en saillie 30 de part et d'autre du corps de stator 27. Les enroulements de phase 33 sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliés entre 3057414 6 eux par exemple par soudage. Ces enroulements 33 sont par exemple des enroulements doubles triphasés connectés en étoile. A cette fin, une extrémité des enroulements de phase 33 est reliée au point neutre au moyen de barres de neutre 38 assurant une liaison entre les points 5 neutre des différents enroulements de phase 33. Les autres extrémités 37 de ces enroulements 33, dites sorties de phase, sont destinées à être reliées à un module électrique de commande 40 via un interconnecteur 41. Comme on peut le voir sur les figures 4 et 5, le module électrique de commande 40 comporte un dissipateur thermique 44 sur lequel sont fixés 10 notamment des modules de puissance 45, par exemple par vissage. Ces modules de puissance 45 intègrent de façon connue en soi des interrupteurs, prenant par exemple la forme de transistors de type MOS, permettant d'assurer une commande de la machine électrique tournante 10 en mode moteur ou en mode alternateur. Le module électrique de commande 40 est 15 monté plaqué, via le dissipateur thermique 44, contre la face arrière de la paroi transversale 46 du palier arrière 17. A cet effet, comme montré sur la figure 3, l'interconnecteur 41, ici de forme globalement annulaire, comporte des bornes 48 destinées à être reliées aux sorties de phase 37 et des terminaux de connexion 49 destinés à être 20 connectés électriquement à des pattes 50 des modules de puissance 45. L'interconnecteur 41 permet ainsi d'établir une correspondance entre les sorties de phase 37 et les pattes 50 des modules de puissance 45 qui sont décalées angulairement par rapport aux sorties de phase 37. A cet effet, les bornes 48 sont reliées électriquement aux terminaux de 25 connexion 49 via des traces 52 (cf. figure 5) sur lesquelles est surmoulé un corps 53 réalisé dans un matériau isolant, tel que du plastique. Les parties surmoulées 54 desquelles sont issues les terminaux de connexion 49 s'étendent en saillie axiale par rapport la portion annulaire de l'interconnecteur 41. L'interconnecteur 41, en particulier sa portion annulaire, 30 s'étend entre le chignon 36 et le palier arrière 17. L'interconnecteur 41 est fixé à la face avant de la paroi transversale 46 du palier arrière 17 dirigée vers l'intérieur de la machine 10. La fixation de 3057414 7 l'interconnecteur 41 pourra être réalisée au moyen d'organes de fixation, par exemple des vis, coopérant avec des inserts 57 implantés dans le corps 53 de l'interconnecteur 41. L'interconnecteur 41 est ainsi positionné à distance du corps de stator 11, ce qui limite grandement son échauffement. 5 Par ailleurs, afin de permettre le positionnement des terminaux 49 de l'interconnecteur 41 en face des pattes 50 des modules de puissance 45, le palier arrière 17 comporte des ouvertures 61 ménagées dans sa paroi transversale 46 pour le passage des terminaux de connexion 49, tel que montré sur la figure 5. Ces ouvertures 61 sont positionnées en regard 10 d'ouvertures 63 correspondantes ménagées dans le dissipateur thermique 44 du module électrique de commande 40. Comme on peut le voir sur la figure 2, la machine électrique 10 est configurée, de sorte qu'une extrémité cannelée 73 de l'arbre 13 viennent en prise avec une périphérie interne cannelée 74 de forme correspondante d'un 15 manchon 75. Cela permet ainsi de lier en rotation l'arbre 13 avec le manchon 75. Le manchon 75 pourra également comporter une denture hélicoïdale 76 ménagée dans sa périphérie externe destinée à coopérer avec les dents d'un pignon correspondant du réducteur 20. Afin d'assurer un montage à rotation de l'arbre 13 par rapport au palier avant 20 16, un roulement 77 est intercalé entre l'arbre 13 et le palier avant 16. Le roulement 77 pourra être par exemple un roulement à billes ou à aiguilles. La périphérie externe du roulement 77 coopère avec la périphérie interne d'un nez 85 constitué par une paroi annulaire formant une saillie axiale par rapport à la paroi transversale 88 du palier avant 16. Par ailleurs, comme 25 cela est illustré par la figure 2, un roulement arrière 103 est monté dans un logement 104 correspondant du palier arrière 17. Avantageusement, la machine électrique 10 est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement 109 permettant l'écoulement d'un liquide de refroidissement à l'intérieur de la machine. En l'occurrence, le liquide de 30 refroidissement est un liquide à base l'eau contenant le cas échéant de l'antigel. En variante, le liquide de refroidissement pourra être à base d'huile. 3057414 8 Ce circuit 109 comporte une entrée 111 ménagée dans le dissipateur thermique 44 et débouchant dans une chambre de refroidissement 112 pour la circulation d'un liquide de refroidissement pour le refroidissement du dissipateur thermique 44 afin d'évacuer les calories générées par le module 5 électrique de commande 40. Plus précisément, la chambre 112 est délimitée par une face d'extrémité axiale du palier arrière 17, en l'occurrence la face arrière, et une face d'extrémité axiale du dissipateur thermique 44, en l'occurrence la face avant. La chambre 112 est également délimitée par un joint 113 monté serré entre 10 le palier arrière 17 et le dissipateur thermique 44. Ce joint 113 forme ainsi une paroi latérale de la chambre 112. A cet effet, comme cela est illustré par la figure 7, le joint 113 qui présente un contour fermé définissant celui de la chambre 112 pourra être de type torique. Le joint 113 délimite un volume fermé en forme de C allongé et dont 15 les extrémités sont très proches, de telle façon que la chambre 112 s'étend circonférentiellement sur plus de 300 degrés et quasiment sur 360 degrés pour assurer le refroidissement de toute la surface du dissipateur thermique 44. Comme on peut le voir sur la figure 6, une gorge 102 recevant le joint 113 est 20 ménagée dans le dissipateur thermique 44. Le joint 113 pourra être maintenu dans la gorge 102 lors des opérations de montage pour faciliter la réalisation de la machine électrique 10. Le dissipateur thermique 44 pourra être creusé dans la surface délimitée par le joint 113 pour augmenter le volume de chambre 112. Autrement dit, le 25 volume creusé 110 dans l'élément 44 est délimité par la gorge 102 de réception du joint 113. L'utilisation du joint 113 permet de n'avoir à creuser qu'une seule pièce, ce qui facilite la réalisation de la chambre 112. En variante, seul le palier arrière 17 est creusé. De préférence, la chambre de refroidissement 112 est agencée pour 30 permettre le refroidissement de condensateurs et/ou des modules de puissance 45 du module électrique de commande 40. A cette fin, la chambre de refroidissement 112 passe en dessous de ces éléments. Autrement dit, il 3057414 9 existe une superposition au moins partielle en projection axiale suivant l'axe X entre la surface projetée de ces composants et la surface projetée de la chambre de refroidissement 112. La fixation du dissipateur thermique 44 sur le palier arrière 17 pour former la 5 chambre 112 pourra être réalisée au moyen d'organes de fixation, tels que des vis, traversant des oreilles trouées 108 dépassant radialement du dissipateur thermique et destinées à coopérer avec des trous taraudés 107 correspondants ménagés en périphérie externe du palier arrière 17, tel que montré sur la figure 7. 10 Le dissipateur thermique 44 comporte en outre des portions en saillie 116 visibles en figure 6 autorisant le contournement par le liquide de refroidissement de trous 118 traversant axialement le dissipateur thermique 44 pour le montage des composants du module électrique de commande 40. Les portions de contournement 116 présentent des bords incurvés pour 15 limiter les pertes de charge et donc améliorer la circulation du liquide dans la chambre de refroidissement. En variante, la structure est inversée, c'est-à-dire que le palier arrière 17 comporte la gorge 102 recevant le joint 113, ainsi que les portions de contournement 116. 20 L'entrée 111 du liquide de refroidissement est formée dans le dissipateur thermique 44 et débouche dans une zone du dissipateur thermique 44 entourée par le joint 113. En outre, la sortie 119 de liquide de la chambre 112 est formée dans le palier arrière 17 et débouche dans une zone du palier 17 entourée par le joint 113. 25 Cette sortie 119 est en communication, via un canal 115, avec une deuxième chambre de refroidissement 114 apte à faire circuler le liquide de refroidissement autour du stator 11 de la machine. Le canal 115, dont l'entrée correspond à la sortie 119 de la chambre 112, débouche du côté de son extrémité opposée dans la chambre 114 délimitée 30 par les paliers avant 16 et arrière 17. Plus précisément, comme cela est visible en figure 2, cette chambre 114 est délimitée par la périphérie externe 3057414 10 de la paroi latérale 125 du palier avant 16 et la périphérie interne de la paroi latérale 117 du palier arrière 17. La chambre de refroidissement 114 est fermée à ses extrémités axiales par deux joints 128 de type torique. Le stator 11 est monté fretté à l'intérieur du palier avant 16 de manière à établir un 5 contact intime entre la périphérie externe du corps de stator 11 et la périphérie interne de la paroi latérale du palier avant 16. En l'occurrence, le canal 115 est réalisé dans une paroi latérale 117 du palier arrière 17, c'est-à-dire que les parois délimitant le canal 115 sont monobloc avec la paroi latérale 117 du palier arrière 17. Le canal 115 pourra par 10 exemple être obtenu par moulage ou par usinage de la paroi latérale 117 du palier arrière 17. En variante, le canal 115 est intégré à l'intérieur de paroi latérale 117, c'est-à-dire qu'il est délimité par des faces internes de cette paroi 117. Après avoir circulé dans la chambre 114 qui s'étend autour du stator 11 pour 15 assurer son refroidissement sur environ 360 degrés, le liquide est évacué de la machine 10 via une sortie de liquide 121 visible sur les figures 1 et 7. Afin d'assurer l'étanchéité de la machine électrique 10, un joint 131 visible en figures 1 et 2 est porté par une périphérie externe du nez 85 pour empêcher des particules ou du liquide de pénétrer dans la machine via le roulement 77. 20 Ce joint 131 est radialement disposé entre la périphérie externe du nez 85 et la périphérie interne du logement 123 correspondant ménagé dans le carter 98 du réducteur 20. En outre, un joint 135, par exemple de type triple lèvre, pourra également être positionné radialement entre une périphérie externe du manchon 75 et 25 une face du carter 98 délimitant une ouverture pour le passage du manchon 75. Le joint 135 est positionné axialement entre le roulement 136 assurant le guidage en rotation du manchon 75 par rapport au carter 98 du réducteur 20 et le roulement avant 77 de la machine électrique tournante 10. L'arbre 13 est plein ou pourra comporter des canaux de circulation d'un 30 liquide de refroidissement débouchant vers l'intérieur de la machine électrique. 3057414 11 Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de 5 réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, comportant: - un module électrique de commande (40) de la machine électrique tournante, - un dissipateur thermique (44) associé au module électrique de commande (40), - un palier (17) agencé pour supporter un roulement (103) portant à rotation un arbre (13), - une chambre de refroidissement (112) agencée pour permettre la circulation d'un liquide de refroidissement pour le refroidissement du dissipateur thermique (44), caractérisée en ce que la chambre de refroidissement (112) est délimitée: - par une face d'extrémité axiale du palier (17), - une face d'extrémité axiale du dissipateur thermique (44), et - un joint (113) monté serré entre le palier (17) et le dissipateur thermique (44). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une gorge (102) recevant le joint (113) est ménagée dans l'un des éléments parmi le palier (17) et dissipateur thermique (44). 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le joint (113) présente un contour fermé. 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'une entrée (111) du liquide de refroidissement est 25 formée dans le dissipateur thermique (44) et débouche dans une zone du dissipateur thermique (44) entourée par le joint (113). 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une sortie (119) du liquide de refroidissement est formée dans le palier (17) et débouche dans une zone du palier (17) 30 entourée par le joint (113). 3057414 13 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la sortie (119) de liquide de refroidissement est en communication avec une deuxième chambre de refroidissement (114) apte à faire circuler le liquide de refroidissement autour d'un stator (11) de la 5 machine électrique tournante (10). 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le dissipateur thermique (44) et/ou le palier (17) comporte au moins une portion en saillie (116) autorisant le contournement par le liquide de refroidissement de trous (118) traversant axialement le 10 dissipateur thermique (44). 8. Machine électrique tournante selon la revendication 7, caractérisée en ce que la portion en saillie (116) est à bords incurvés pour améliorer la circulation du liquide de refroidissement dans la chambre de refroidissement (112) 15 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le joint (113) est de type torique. 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le joint (113) délimite un volume fermé en forme de C allongé. 20 11. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que la chambre de refroidissement (112) est agencée pour permettre le refroidissement de condensateurs et/ou de modules de puissance (45) du module électrique de commande (40).25