Brevet FR3055071A1 — publié le 20180216

Moteur électrique comprenant un dispositif d'atténuation acoustique La présente invention concerne un moteur électrique de traction pour véhicule ferroviaire, comprenant un dispositif d'atténuation acoustique. L'optimisation des moteurs électriques conduit à des moteurs électriques toujours plus compacts et nécessitant un refroidissement efficace. Le refroidissement est notamment réalisé par un ventilateur interne ou externe au moteur électrique agencé pour injecter de l'air de refroidissement dans le moteur afin de refroidir le stator et/ou le rotor du moteur. Pour augmenter l'efficacité du refroidissement il est possible d'augmenter la taille et/ou le débit du ventilateur. Cependant, l'augmentation de la taille et/ou du débit du ventilateur augmente le niveau de bruit sonore émis par le moteur électrique alors que ce niveau doit être inférieur à un niveau de bruit de seuil prédéfini, afin de satisfaire la réglementation imposée par la législation du pays dans lequel le moteur électrique est employé. Pour cette raison, il est connu d'utiliser un dispositif d'atténuation acoustique permettant de diminuer efficacement le niveau du bruit sonore émis par le moteur électrique. De tels moteurs électriques comprenant un dispositif d'atténuation acoustique sont par exemple décrits dans les documents US 5,124,600 et US 4,150,313. Toutefois, l'architecture de tels moteurs électriques ne donne pas entière satisfaction. En effet, ces moteurs sont encombrants et leur dispositif d'atténuation acoustique rend compliqué une maintenance régulière des moteurs électriques. L'un des buts de l'invention est de proposer un moteur électrique comprenant un dispositif d'atténuation acoustique étant peu encombrant et permettant une maintenance régulière facile. A cet effet, l'invention a pour objet un moteur électrique, comprenant - un bâti définissant un volume interne dans lequel est logé un rotor, un stator et un ventilateur, le bâti comprenant - une première ouverture plaçant le volume interne du bâti en communication fluidique avec l'extérieur du bâti, - une deuxième ouverture plaçant le volume interne du bâti en communication fluidique avec l'extérieur du bâti selon un axe radial sensiblement perpendiculaire à un axe de rotation du rotor, le ventilateur étant disposé à proximité de la deuxième ouverture et étant configuré pour créer un flux d'un fluide gazeux, 3055071 2 caractérisé en ce qu'au moins un dispositif d'atténuation acoustique est logé dans la deuxième ouverture de sorte à fermer partiellement la deuxième ouverture. Les avantages d'un tel moteur électrique sont multiples et sont résumés de manière non-exhaustive ci-dessous. 5 Le dispositif d'atténuation acoustique logé dans la deuxième ouverture du bâti du moteur électrique permet de garder sensiblement l'encombrement initial du moteur électrique. Ainsi, la taille du moteur électrique n'est pas augmentée par la présence du dispositif d'atténuation. Le fait de fermer partiellement la deuxième ouverture permet de réguler le bruit 10 sonore sortant du moteur électrique à un niveau prédéfini. Avantageusement, le moteur électrique selon l'invention peut comprendre l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou selon toutes combinaisons techniquement envisageables : - le ventilateur est un ventilateur centrifuge ; 15 - la deuxième ouverture comprend au moins un premier passage et un deuxième passage pour le passage du fluide gazeux, le premier passage étant fermé par le dispositif d'atténuation acoustique ; - le dispositif d'atténuation acoustique présente une structure multicouche comprenant une couche de fond sensiblement insonore, au moins une couche de cavité 20 appliquée sur la couche de fond et une couche de passage sonore appliquée sur la couche de cavité ; - la couche de cavité est formée par au moins un cylindre de base hexagonale s'étendant sur une distance prédéfinie entre la couche de fond et la couche de passage sonore ; 25 - la structure multicouche comprend plusieurs couches de cavité superposées ; - la couche de fond est formée par une tôle métallique fermée ; - la couche de passage sonore est formée d'une tôle métallique comportant des micros-trous ; - le dispositif d'atténuation acoustique est solidaire d'un capotage, le capotage 30 étant monté sur le bâti de sorte que la couche de passage sonore est orientée vers le ventilateur ; et - le capotage est formé en au moins deux pièces configurées pour couvrir partiellement la deuxième ouverture. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, 35 donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : 3055071 3 - la figure 1 est une vue partielle en coupe le long de l'axe de rotation X du rotor d'un moteur électrique selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle en coupe selon un plan P1 perpendiculaire à l'axe de rotation X du rotor du moteur électrique de la figure 1; et 5 - la figure 3 est une représentation schématique en perspective d'un dispositif d'atténuation acoustique de la figure 1. On a représenté, sur les figures 1 et 2, un moteur électrique 10 selon un premier mode de réalisation de l'invention. Le moteur électrique 10 comprend un bâti 12 définissant un volume interne VI dans lequel est logé un rotor 14 et un stator 16. Le rotor 10 14 est monté solidaire en rotation sur un arbre de rotation 18 à l'intérieur du bâti 12 et monté mobile en rotation autour d'un axe de rotation X par rapport au stator 16 et au bâti 12. Le stator 16 entoure le rotor 14 et est coaxial à celui-ci à l'intérieur du bâti 12. De façon classique, le rotor 14 et le stator 16 permettent de convertir une énergie électrique en une énergie mécanique délivrée par l'arbre 18 du rotor 14. Le fonctionnement d'un tel 15 moteur est connu et ne sera pas décrit plus en détail ici. Selon un mode de réalisation, le bâti 12 comprend une première ouverture 22 plaçant le volume interne VI du bâti 12 en communication fluidique avec l'extérieur du bâti 12. La première ouverture 22 est par exemple orientée selon un axe sensiblement parallèle à l'axe de rotation X. 20 Le bâti 12 comprend une deuxième ouverture 24 plaçant le volume interne VI du bâti 12 en communication fluidique avec l'extérieur du bâti 12 selon un axe radial R sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation X. Le bâti 12 comprend un circuit de refroidissement 20 permettant de guider un flux F de fluide gazeux externe, par exemple l'air ambiant, depuis la première ouverture 22 à 25 la deuxième ouverture 24. Plus précisément, le circuit de refroidissement 20, représenté de manière schématique sur la figure 1, est agencé pour que le fluide gazeux externe provenant de l'extérieur du bâti 12 s'engouffre dans la première ouverture 22. Le fluide gazeux externe est guidé par le circuit de refroidissement 20 au travers du volume interne VI du bâti 12 30 pour refroidir par exemple le stator 16 en faisant passer le circuit de refroidissement 20 au travers et/ou autour du stator 16. La deuxième ouverture 24 permet finalement d'évacuer le fluide gazeux externe réchauffé vers l'extérieur du bâti 12. Ainsi, le bâti 12 et le stator 16 sont refroidis de manière efficace par l'air ambiant provenant de l'environnement du moteur 10. 3055071 4 La deuxième ouverture 24 comprend un dispositif d'atténuation acoustique 40 pour atténuer un bruit sonore. Le dispositif d'atténuation acoustique 40 sera décrit plus en détail par la suite. La deuxième ouverture 24 est recouverte par un capotage 50 pour maintenir en 5 place le dispositif d'atténuation acoustique 40 dans la deuxième ouverture 24. Le capotage 50 sera décrit plus en détail par la suite. La deuxième ouverture 24 comprend au moins un premier passage 26 et un deuxième passage 28. Le premier passage 26 s'étend selon un premier axe radial R1. Par radial, on 10 entend un axe s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation X. Le premier passage 26 permet le passage du flux F de fluide gazeux entre le volume interne VI du bâti 12 et l'extérieur du bâti 12. Selon un mode de réalisation, le premier passage 26 est fermé par le dispositif d'atténuation acoustique 40. Le deuxième passage 28 s'étend selon un deuxième axe radial R2 différent du 15 premier axe radial R1. Le deuxième passage 28 permet également le passage du flux F de fluide gazeux entre le volume interne VI du bâti 12 et l'extérieur du bâti 12. Dans le cas où la deuxième ouverture 24 comprend plus de deux premiers passages 26 et/ou plus de deux deuxièmes passages 28, chaque passage s'étend selon un axe radial différent. 20 Un tel exemple comprenant en total huit premier passages 26 et deuxièmes passages 28 avec des axes radiaux R1 à R8 respectifs est montré sur la figure 2 en coupe selon un plan P1 perpendiculaire à l'axe de rotation X du rotor. Dans la présente description, les termes « amont » et « aval » sont définis par rapport au sens de circulation d'un flux F de fluide gazeux dans le moteur électrique 10. 25 L'arbre 18 du rotor 14 est équipé d'un ventilateur 30 comprenant au moins une pale 32 apte à créer le flux F de fluide gazeux dans le circuit de refroidissement 20 à l'intérieur du bâti 12. En d'autres termes, le ventilateur 30 est agencé pour promouvoir la circulation du fluide gazeux dans le circuit de refroidissement 20. Le ventilateur 30 est disposé à proximité de la deuxième ouverture 24. 30 Le ventilateur 30 est mobile en rotation selon un sens de rotation RV. Le sens de rotation RV influence la direction du flux F de fluide gazeux circulant dans la périphérie du moteur 10 entre le bâti 12 et le capotage 50. Si le sens de rotation RV est inversé, la direction du flux F de fluide gazeux est également inversée. C'est-à-dire que, lorsque le sens de rotation RV du ventilateur 30 est dans le sens des aiguilles d'une montre, comme 35 cela est montré sur la figure 2, le flux F circule sensiblement dans le sens des aiguilles 3055071 5 d'une montre dans la périphérie du moteur 10 entre le bâti 12 et le capotage 50 et vice versa. La direction du flux F de fluide gazeux dans le volume intérieur VI est indépendante de la rotation du ventilateur 30. C'est-à-dire que le fluide gazeux externe 5 provenant de l'extérieur du bâti 12 s'engouffre dans la première ouverture 22 et est évacué par la deuxième ouverture 24. L'exemple illustré sur la figure 2 montre un ventilateur 30 dont la rotation RV se fait dans le sens des aiguilles d'une montre et un flux F de fluide gazeux avec une orientation sensiblement perpendiculaire à l'axe de rotation X du ventilateur 30. 10 Le ou les pales 32 du ventilateur 30 sont par exemple situées en amont de la deuxième ouverture 24. Ainsi, un flux gazeux est créé à l'intérieur du bâti 12 grâce à l'aspiration d'un fluide gazeux depuis l'extérieur du moteur par la première ouverture 22 et par l'expulsion de ce fluide gazeux par la deuxième ouverture 24. Le ventilateur 30 est par exemple un ventilateur centrifuge logé dans le volume 15 interne du bâti 12 du moteur 10. L'utilisation d'un ventilateur centrifuge interne au bâti 12 permet de minimiser la taille du moteur électrique 10 par rapport à l'utilisation d'un ventilateur externe. Le moteur électrique 10 comprend en outre le dispositif d'atténuation acoustique 40 disposé au voisinage du ventilateur 30. 20 Le dispositif d'atténuation acoustique 40 est logé dans la deuxième ouverture 24. Ainsi, le dispositif d'atténuation acoustique 40 ferme partiellement la deuxième ouverture 24. Le dispositif d'atténuation acoustique 40 peut être logé dans le premier passage 26 pour complètement fermer ce premier passage 26. 25 Dans ce cas, le deuxième passage 28 n'est pas fermé par le dispositif d'atténuation acoustique 40, comme le montre l'exemple sur la figure 2. Le dispositif d'atténuation acoustique 40 est montré en détail sur la figure 3 et comprend au moins une structure multicouche 42 comprenant une couche de fond 44 sensiblement insonore. La couche de fond 44 est formée par exemple d'une tôle 30 métallique, par exemple en inox. La couche de fond 44 présente par exemple une épaisseur FE sensiblement comprise entre 0.5 mm et 5 mm. La structure multicouche 42 comprend au moins une couche de cavité 46 qui est appliquée sur la couche de fond 44. La couche de cavité 46 est formée par exemple par au moins un cylindre 47. 35 La base du cylindre 47 est en contact avec la couche de fond 44. Le cylindre 47 présente par exemple une base hexagonale. Le cylindre 47 peut être fabriqué en métal. 3055071 6 Le cylindre 47 s'étend selon un axe s'étendant de manière perpendiculaire à un plan défini par la couche de fond 44. Le cylindre 47 s'étend sur une distance prédéfinie D, mesurée selon l'axe du cylindre, entre la couche de fond 44 et une couche de passage sonore 48. 5 La distance prédéfinie D est par exemple comprise entre 5 mm et 100 mm. Selon un mode de réalisation représenté sur la figure 3, la couche de cavité 46 est formée par plusieurs cylindres 47 adjacents pour former une couche de cavité en forme de nids d'abeille. La couche de passage sonore 48 est appliquée sur la couche de cavité 46 et 10 comprend des micros-trous 49. Les micros-trous 49 présentent par exemple un diamètre compris entre 0.5 mm et 5 mm. La couche de passage sonore 48 est parallèle à la couche de fond 44. La couche de passage sonore 48 est par exemple formée d'une tôle d'inox. La couche de passage sonore 48 présente une épaisseur CE par exemple comprise entre 15 0.5 mm et 5 mm. La couche de passage sonore 48 permet le passage du flux F d'un fluide gazeux au travers des micros-trous 49 à l'intérieur d'au moins un cylindre de la couche de cavité. Avantageusement, le dispositif d'atténuation acoustique 40 est orienté de sorte que le flux F de fluide gazeux rencontre la couche de passage sonore 48. Selon un mode 20 de réalisation, la couche de passage sonore 48 est orientée vers le ventilateur 30, tandis que la couche de fond 44 est orientée vers l'extérieur du moteur. Lorsque le flux F de fluide gazeux effleure ou pénètre la couche de passage sonore 48, les ondes sonores émises par le flux F de fluide gazeux passent par les micros-trous 49 de la couche de passage sonore 48 pour pénétrer à l'intérieur de la 25 couche de cavité 46. A l'intérieur de la couche de cavité 46, les ondes sonores sont guidées par des parois du cylindre 47 et sont réfléchies par la couche du fond 44, et l'interaction entre ondes guidées et réfléchies génère une atténuation selon le principe de Helmholtz. Cette structure multicouche 42 correspond à un sandwich de type Helmholtz. 30 Ainsi, le bruit sonore produit par le rotor 14, le ventilateur 30 et par le champ magnétique créé lors de l'interaction du rotor 14 et du stator 16 peut être atténué par le dispositif d'atténuation acoustique 40 de manière efficace. L'atténuation du bruit sonore du dispositif d'atténuation acoustique 40 est de l'ordre de 2 à 5 dB. 35 L'atténuation possible des fréquences acoustiques du bruit sonore est principalement comprise entre 0 et 2 kHz. 3055071 7 La couche de cavité permet d'atténuer une fréquence acoustique prédéfinie. La fréquence acoustique prédéfinie peut préalablement être choisie en fonction de la distance prédéfinie D entre la couche de fond et la couche de passage sonore 48. De manière alternative, la fréquence acoustique à atténuer peut être choisie en 5 fonction du diamètre des micros trous 49, et/ou en fonction de l'épaisseur CE de la couche de passage sonore 48. Ainsi, le bruit sonore créé à l'intérieur du moteur électrique 10 passant par la deuxième ouverture 24 est atténué de manière efficace. Le capotage 50 est fixé au moyen de vis (non-représentées) au bâti 12. Ainsi, le 10 capotage 50 peut facilement être démonté et monté lors d'une maintenance du moteur électrique 10. Le capotage 50 comprend au moins une zone insonore 52 et au moins une zone de passage de l'air 54. La zone insonore 52 du capotage 50 est placée en face du premier passage 26 15 lorsque le capotage 50 est fixé au bâti 12. La zone insonore 52 ne permet pas le passage d'un flux F de fluide gazeux. La zone insonore 52 s'étend dans un plan parallèle à l'axe de rotation X. La zone insonore 52 est par exemple formée par une tôle d'acier inox ou d'un autre métal protégé contre la corrosion. 20 La zone insonore 52 du capotage 50 porte le dispositif d'atténuation acoustique 40. Ainsi, le dispositif d'atténuation acoustique 40 est maintenu en place dans le premier passage 26 de la deuxième ouverture 24. La zone de passage de l'air 54 est placée en face du deuxième passage 28 lorsque le capotage 50 est fixé au bâti 12. La zone de passage de l'air 54 s'étend dans un 25 plan parallèle à l'axe de rotation X. La zone de passage de l'air 54 est par exemple formée par une tôle métallique comportant des trous. Les trous de la zone de passage de l'air 54 permettent au flux F de fluide gazeux de traverser la zone de passage de l'air 54 du capotage 50. En d'autres termes, le flux F de fluide gazeux de provenance du volume intérieur VI du bâti 12 peut passer par le 30 deuxième passage 28 de la deuxième ouverture 24 et la zone de passage de l'air 54 du capotage 50 vers l'extérieur du moteur électrique 10. Le capotage 50 est formé en au moins en deux pièces 50a et 50b agencée pour couvrir partiellement la deuxième ouverture 24. La première pièce 50a et la deuxième pièce 50b peuvent être démontées du bâti 35 12 indépendamment l'une de l'autre. Ceci permet un démontage partiel du capotage 50 pour accéder à l'intérieur du bâti 12 par la deuxième ouverture 24 lors d'une maintenance 3055071 8 du moteur électrique 10. Ainsi, une maintenance du moteur électrique 10 devient plus facile comparée à une maintenance nécessitant un démontage complet du capotage 50 pour accéder à l'intérieur du bâti 12. Le capotage 50 s'étend dans une direction parallèle à l'axe de rotation X sur une 5 distance d'épaisseur E comprise par exemple entre 20 et 200 mm. Avantageusement, le capotage 50 ne dépasse pas les dimensions radiales du bâti 12 du moteur électrique 10. Ainsi, le moteur électrique 10 garde une taille compacte. Le chemin total du flux F de fluide gazeux est le suivant. Le flux F de fluide gazeux est créé par le ventilateur 30 qui aspire le fluide gazeux extérieur au bâti 12 par la 10 première ouverture 22 dans le volume intérieur VI du bâti 12. Le flux F passe ensuite par le circuit de refroidissement 20 à l'intérieur du bâti 12. Ensuite, le ventilateur 30 expulse le flux F par la deuxième ouverture 24. Pendant cette expulsion du flux F, au moins une partie du flux F rencontre le dispositif d'atténuation acoustique 40 qui bouche le premier passage 26 de la deuxième ouverture 24. Finalement, le flux F passe au moins en partie 15 par le deuxième passage 28 de la deuxième ouverture 24 et par la zone de passage de l'air 54 du capotage 50 vers l'extérieur du moteur électrique. Dans un mode de réalisation comportant plusieurs premiers passages 26 et au moins un deuxième passage 28, il est possible de prévoir plusieurs premiers passages 26 adjacents dans un secteur radial défini entre un premier axe radial et un deuxième axe 20 radial différent du premier axe radial. Ainsi, le bruit sonore émit par le moteur électrique 10 dans ce secteur radial est diminué. Dans une variante, le dispositif d'atténuation acoustique 40 est logé dans le deuxième passage 28 et le premier passage 26 est dépourvu d'un dispositif d'atténuation acoustique 40. 25 Dans encore une autre variante, le dispositif d'atténuation acoustique 40 est logé partiellement dans le premier passage 26 et partiellement dans le deuxième passage 28. Selon un mode de réalisation alternative combinable avec ceux décrit précédemment, la structure multicouche 42 comprend plusieurs couches de cavité 46 superposées comportant une plaque perforée ou une membrane entre chaque couche de 30 cavité 46. Dans ce cas, il est possible d'atténuer le bruit dans une gamme de fréquences. Il est possible d'orienter la première ouverture 22 selon une direction perpendiculaire à l'axe de rotation X. Dans ce cas, il est possible d'appliquer l'enseignement décrit précédemment relatif au dispositif d'atténuation acoustique à la première ouverture 22. 35 REVENDICATIONS1.- Moteur (10) électrique, comprenant : - un bâti (12) définissant un volume interne (VI) dans lequel est logé un rotor (14), un stator (16) et un ventilateur (30), le bâti (12) comprenant - une première ouverture (22) plaçant le volume interne (VI) du bâti (12) en communication fluidique avec l'extérieur du bâti (12), - une deuxième ouverture (24) plaçant le volume interne (VI) du bâti (12) en communication fluidique avec l'extérieur du bâti (12) selon un axe radial (R) sensiblement perpendiculaire à un axe de rotation (X) du rotor, - le ventilateur (30) étant disposé à proximité de la deuxième ouverture (24) et étant configuré pour créer un flux (F) d'un fluide gazeux, caractérisé en ce qu'au moins un dispositif d'atténuation acoustique (40) est logé dans la deuxième ouverture (24) de sorte à fermer partiellement la deuxième ouverture (24). 2.- Moteur (10) selon la revendication 1, dans lequel le ventilateur (30) est un ventilateur centrifuge. 3.- Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel la deuxième ouverture (24) comprend au moins un premier passage (26) et un deuxième passage (28) pour le passage du fluide gazeux, le premier passage (26) étant fermé par le dispositif d'atténuation acoustique (40). 4.- Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel le dispositif d'atténuation acoustique (40) présente une structure multicouche (42) comprenant une couche de fond (44) sensiblement insonore, au moins une couche de cavité (46) appliquée sur la couche de fond (44) et une couche de passage sonore (48) appliquée sur la couche de cavité (46). 5.- Moteur (10) selon la revendication 4, dans lequel la couche de cavité (46) est formée par au moins un cylindre (47) de base hexagonale s'étendant sur une distance prédéfinie (D) entre la couche de fond (44) et la couche de passage sonore (48). 6.- Moteur (10) selon les revendications 4 ou 5, dans lequel la structure multicouche (42) comprend plusieurs couches de cavité (46) superposées. 3055071 10 7.- Moteur (10) selon l'une des revendications 4 à 6, dans lequel la couche de fond (44) est formée par une tôle métallique fermée. 5 8.- Moteur (10) selon l'une des revendications 4 à 7, dans lequel la couche de passage sonore (48) est formée d'une tôle métallique comportant des micros-trous (49). 9.- Moteur (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le dispositif d'atténuation acoustique (40) est solidaire d'un capotage (50), le capotage étant 10 monté sur le bâti (12) de sorte que la couche de passage sonore (48) est orientée vers le ventilateur (30). 10.- Moteur (10) selon la revendication 9, dans lequel le capotage (50) est formé en au moins deux pièces (50a, 50b) configurées pour couvrir partiellement la deuxième 15 ouverture (24). 20