Brevet FR3072225A1 — publié le 20190412

L'invention concerne une machine électrique et son procédé de fabrication. L'invention concerne plus particulièrement une machine électrique, notamment moteur électrique, comprenant un stator et un rotor disposés dans un carter, la machine comprenant un circuit de fluide de refroidissement du moteur délimité par un espace situé entre le carter et une structure de fermeture assemblée sur le carter, le circuit de refroidissement comprenant au moins un canal pour le fluide de refroidissement s'étendant autour d'un axe longitudinal de la machine. Il est connu de prévoir un circuit de refroidissement des moteurs électriques (et en particulier du stator des moteurs) cf. par exemple EP2680408A1. Des solutions connues prévoient (cf. figures 1 et 2) que le carter 10 entourant le rotor 3 et le stator 2 comporte des nervures 4 formant un canal hélicoïdal. Les gorges sont usinées sur une face du carter 10. Cette face nervurée du carter 10 est refermée de façon étanche par une structure de fermeture (couvercle 6) pour former un circuit 5 de refroidissement hélicoïdal du moteur (autour d'un axe 11 longitudinal du moteur 1). La structure 6 de fermeture qui force le fluide à circuler en hélice dans les canaux/gorges peut être soudée, brasée ou montée avec des joints sur le carter 10. L'inconvénient de cette solution est la complexité d'un usinage en forme d'hélice que ce soit par tournage ou par fraisage. Dans une seconde solution non illustrée, la gorge hélicoïdale (le canal qui serpente en hélice) est formée par une pièce qui est rapportée sur le carter 10. Cette pièce en hélice rapportée est par exemple fabriquée avec un profilé rectangulaire enroulé autour du carter 10. Un inconvénient de cette solution est la difficulté de rapporter l'hélice sur le carter. De plus, ceci réduit la surface utile d'échange de chaleur entre le fluide de refroidissement et le carter 10 par rapport à la solution de la figure 1. L'effet d'ailette disparait à cause de la résistance de contact entre le profilé et le carter 10. Une troisième solution possible (figure 3), utilise la géométrie en hélice de la seconde solution et remplace le profilé rectangulaire par un profilé 12 ou un tube 30 circulaire. Les inconvénients de cette solution sont identiques à ceux de la solution précédente. Une quatrième solution (figure 4) consiste à rapporter sur le carter 10 un tube 13 de section circulaire ou autre. Le tube 13 est enroulé en forme d'hélice sur le 2 carter et soudé ou brasé ou collé sur le carter 10 afin d'améliorer le contact thermique. C'est-à-dire que le fluide de refroidissement n'est pas directement au contact du carter 10. Un inconvénient de cette solution est d'ajouter une résistance de contact par rapport aux solutions précédentes (même avec un brasage de bonne 5 qualité). De plus, cette solution rend probable la nécessité de réaliser un usinage de finition après soudage ou brasage afin de garantir la bonne géométrie du carter ainsi que le bon ajustement entre le stator 2 du moteur 1 et le carter 10. Un but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients de l'art antérieur relevés ci-dessus. 10 A cette fin, la machine selon l'invention, par ailleurs conforme à la définition générique qu'en donne le préambule ci-dessus, est essentiellement caractérisée en ce que le circuit de refroidissement comprend plusieurs canaux délimités par des gorges discrètes adjacentes, les gorges s'étendant autour de l'axe longitudinal de la machine, au moins une partie des canaux comprend un passage pour le fluide 15 qui communique avec la gorge délimitant le canal adjacent. La solution propose une géométrie permettant d'usiner simplement par tournage le circuit de refroidissement. Les opérations de fraisage peuvent être limitées à des géométries simples et ne demandant pas de précisions ni un grand temps d'usinage. 20 La simplicité de l'usinage de cette géométrie permet d'augmenter notablement le nombre d'ailettes (nervures) dans un encombrement donné et donc d'augmenter la surface d'échange thermique. La solution permet ainsi d'augmenter le coefficient d'échange par une augmentation de la vitesse du fluide. L'invention peut également avantageusement être réalisée par moulage. 25 En effet, sa géométrie (symétrie des canaux ou gorges selon l'axe longitudinal 11 de la machine 1) permet de la réaliser plus facilement par moulage qu'une géométrie en hélicoïdale. Par ailleurs, des modes de réalisation de l'invention peuvent comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les gorges sont axisymétriques par rapport à l'axe longitudinal de la machine, - les gorges sont circulaires autour de l'axe longitudinal de la machine, - les gorges sont parallèles entre elles, 3 - les gorges sont situées dans des plans respectifs perpendiculaires à l'axe longitudinal de la machine, - le passage est situé au niveau de la gorge et/ou au niveau de la structure de fermeture, 5 - le circuit de fluide comprend au moins une entrée de fluide débouchant dans un des canaux et au moins une sortie de fluide reliée à un des autres canaux, - les canaux reliés respectivement à l'entrée et à la sortie de fluide sont constitués des gorges situées respectivement aux deux extrémités de la pluralité de gorges adjacentes, 10 - les passages successifs inter-gorges sont situés de façon angulairement décalés autour de l'axe longitudinal, - les passages successifs inter-gorges sont situés de façon diamétralement opposée autour de l'axe longitudinal, - les gorges constituant les canaux sont délimitées par des nervures, les 15 passages sont formés par une découpe ou un orifice dans les nervures, - les gorges formant les canaux du circuit de refroidissement sont situées sur le corps du carter, - les gorges formant les canaux du circuit de refroidissement sont situées sur une enveloppe formant la structure de fermeture assemblée sur le carter, 20 - les gorges formant les canaux du circuit de refroidissement sont des gorges usinées par tournage, - les gorges formant les canaux du circuit de refroidissement sont des gorges obtenues par moulage, - la forme des gorges selon un plan passant par l'axe longitudinal peut être 25 rectangulaire, carrée, triangulaire une portion de cercle ou toute autre forme appropriée, - les nervures ont une épaisseur ou largeur deux à quatre fois inférieure au reste du corps du carter, - les nervures ont une épaisseur comprise entre 0,05% et 10% du diamètre 30 extérieur du stator (ou de la dimension transverse maximale du stator 2), - les nervures ont une hauteur comprise entre un et vingt fois l'épaisseur de la nervure, - le circuit de refroidissement contient un liquide caloporteur. 4 L'invention concerne également un procédé de fabrication d'une machine électrique, notamment un moteur, conforme à l'une quelconque des caractéristiques ci-dessus ou ci-après, la machine comprenant un stator et un rotor disposés dans un carter, le procédé comportant une étape de réalisation de gorges 5 circulaires discrètes adjacentes sur le carter et/ou sur une paroi formant une structure de fermeture, les gorges étant parallèles entre elles et perpendiculaires à un axe longitudinal de la machine et comprenant chacune un passage pour le fluide qui communique avec la gorge adjacente, les gorges étant réalisées par usinage et notamment tournage ou par moulage, le procédé comprenant en outre une étape 10 d'assemblage étanche de la paroi formant la structure de fermeture avec le carter pour former un circuit de fluide de refroidissement du moteur délimité par l'espace situé entre le carter et le circuit de refroidissement au niveau des gorges. L'invention peut concerner également tout dispositif ou procédé alternatif comprenant toute combinaison des caractéristiques ci-dessus ou ci-dessous. 15 D'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures dans lesquelles : - la figure 1 représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant un premier exemple de géométrie connue de machine électrique, - la figure 2 représente une vue développée, de dessus, d'un détail de la 20 figure 1, illustrant les canaux/gorges du circuit de refroidissement formé sur le carter du moteur, - les figures 3 et 4 représentent des vues en coupe, schématiques et partielles, illustrant respectivement deux autres exemples de géométries connues de machines électriques, 25 - la figure 5 représente une vue en coupe, schématique et partielle, illustrant un premier exemple de réalisation de l'invention, - la figure 6 représente une vue développée, de dessus, d'un détail de la figure 5, illustrant les canaux/gorges du circuit de refroidissement formé sur le carter du moteur, 30 - les figures 7 et 8 représentent des vues en coupe, schématiques et partielles, illustrant respectivement un deuxième exemple et un troisième exemple de réalisation de l'invention, 5 - la figure 9 représente une vue en perspective, schématique et partielle d'un exemple de structure de moteur selon l'invention. La machine 1 électrique (notamment le moteur électrique) illustrée à la figure 5 comprend un stator 2 et un rotor 3 disposés dans un carter 10. Le stator 2 5 est disposé autour du rotor 3, autour d'un axe longitudinal 11. Le carter 10 a une forme cylindrique tubulaire est disposé autour du stator 2 (autour de l'axe 11 longitudinal). Le carter 10 est de préférence une pièce métallique monobloc (c'est-à-dire de préférence pas en plusieurs parties assemblées). 10 Par exemple, le stator 2 peut être monté dans le carter 10 en utilisant un frettage ou un élément intermédiaire en vue de diminuer la résistance de contact (colle ou graisse thermique par exemple). Le carter 10 a une face extérieure (tournée vers l'extérieur) de la machine 1 et une face intérieure en contact avec le stator 2. 15 La face extérieure du carter 10 est destinée à être en contact avec un fluide de refroidissement de la machine 1. La face extérieure est munie de gorges délimitées par des nervures 4 formant des canaux pour le fluide de refroidissement. La machine 1 comprend par ailleurs une structure 6 de fermeture qui est fixée de façon étanche sur le carter 10 20 (sur la face extérieure au niveau des nervures 4). Cette structure 6 de fermeture délimite avec cette face du carter 10 un espace formant un circuit 5 étanche pour le fluide de refroidissement. Cette structure de fermeture peut être fixée par soudage sur le carter 10 et comprend au moins un couvercle 6 (paroi tubulaire ou chemise entourant le carter 25 10 par exemple). Comme visible à la figure 6 et à la figure 9, les gorges (et donc les nervures 4) formant les canaux du circuit de refroidissement peuvent être axisymétriques par rapport à l'axe 11 longitudinal de la machine, c'est-à-dire que au moins une partie des gorges a une forme de préférence symétrique autour de l'axe 11 de symétrie 30 longitudinal. Les gorges peuvent être identiques ou différentes (dimensions et/ou forme et/ou section...). Par exemple, les gorges sont globalement circulaires, de préférence parallèles entre elles et perpendiculaires à l'axe 11). De plus, les gorges 6 comprennent chacune un passage 9 pour le fluide qui communique avec la gorge adjacente. C'est-à-dire que les gorges/canaux adjacents sont indépendants les uns des autres sauf au niveau du ou des passages 9. Le fluide ne passe ainsi d'une gorge/canal à l'autre qu'au niveau des passages 9. 5 Le fonctionnement du circuit de refroidissement peut ainsi être le suivant : le fluide de refroidissement rentre par une entrée 7 (un tube d'entrée par exemple) dans une première gorge (par exemple à une extrémité de la succession de gorges). Une partie du fluide va circuler dans cette première gorge dans le sens des aiguilles d'une montre, l'autre partie du fluide dans le sens inverse des aiguilles d'une 10 montre. Ceci est schématisé par des flèches à la figure 6. Ces deux parties de fluide vont se rejoindre au niveau du premier passage 9 communiquant avec la gorge adjacente. Le fluide va à nouveau se séparer en deux partie et ainsi de suite jusqu'à la dernière gorge/(dernier canal) où le fluide va sortir via une sortie 8 (par exemple via un tube de sortie). 15 Pour équilibrer les vitesses d'écoulement du fluide dans le circuit 5, les passages 9 successifs sont de préférence décalés angulairement autour de l'axe 11 longitudinal et peuvent avantageusement être situés à 180° les uns des autres. Ces gorges formant les canaux circulaires adjacents peuvent ainsi être usinées par tournage directement dans le corps du carter 10. 20 Les passages 9 inter-gorges peuvent être usinés dans le carter 10 par fraisage. Cet usinage des passages 9 peut être fait facilement car ne nécessite pas une grande précision. Alternativement il peut être prévu un ou des passages non pas dans l'épaisseur des gorges mais au niveau de la structure 6 de fermeture des gorges 25 qui délimite ainsi les canaux. La chemise 6 formant la structure de fermeture du circuit 5 de refroidissement peut être est montée ensuite autour du carter 10. Cette chemise 6 peut être en une seule partie ou en plusieurs coquilles en vue de faciliter son montage autour du carter 10. Cette chemise 6 peut être liée au 30 carter 10 par soudage et/ou brasage et/ou collage et/ou vissage. L'étanchéité peut être réalisée avec des joints le cas échéant. Dans l'exemple de la figure 5 la chemise 6 est simplement soudée sur le carter 10. 7 Les tubes 7, 8 d'entrée et de sortie du fluide peuvent être fixés sur la chemise 6 et le carter 10 mais peuvent être remplacés ou suppléés par des canaux intégrés au carter 10 par exemple ou à la chemise 6. Dans la variante de la figure 7 les gorge/canaux adjacents sont formés dans 5 la structure 6 de fermeture (paroi/chemise) interposée entre le carter 10 et le stator 2. Dans la variante de la figure 8 les gorge/canaux adjacents sont formés dans le corps du carter 10 mais sur la face du carter 10 orientée vers l'intérieur du moteur 1. C'est-à-dire que la structure 6 de fermeture (paroi) est interposée entre le carter 10 10 et le stator 2. Les modes de réalisation des figures 7 et 8 ont pour inconvénient par rapport au mode de réalisation de la figure 5 de présenter un risque de fuite entre la cavité moteur (l'intérieur du moteur) et le fluide de refroidissement (le circuit de refroidissement) au travers de la soudure ou de la brasure ou du collage ou du joint 15 interposé(s) entre ces éléments. Cette fuite potentielle peut être préjudiciable pour le moteur et difficilement détectable et réparable. Le fluide de refroidissement peut être de l'eau ou tout autre liquide ou gaz ou mélange diphasique capable de transporter de la chaleur. L'échange de chaleur entre le fluide et la pièce en contact (carter 10) peut être de l'ébullition. 20 L'invention permet une augmentation de la performance de refroidissement du moteur ainsi qu'une simplification de sa fabrication (et donc une diminution de son coût). Le couvercle 6 (ou chemise) lié par soudure (ou autre) au carter 10 peut être en une seule pièce ou en plusieurs coquilles en vue de faciliter son montage 25 autour du carter 10. Cette structure de fermeture comprend en outre un tube 7 d'entrée et un tube 8 de sortie pour le fluide de refroidissement entre les deux extrémités du circuit de canaux délimité par les nervures 4. Les nervures 4 délimitant les gorges/canaux comportent chacune une 30 extrémité inférieure solidaire du carter 10 et une extrémité supérieure terminale sur laquelle peut être soudée la structure 6 de fermeture. Les nervures 4 ont par exemple une épaisseur comprise entre 0,05% et 10% du diamètre extérieur du stator (ou dimension transverse du stator 2). 8 De même, les nervures 4 ont par exemple une hauteur (perpendiculairement à l'axe 11 longitudinal) comprise entre un et vingt fois l'épaisseur REVENDICATIONS1. Machine électrique, notamment moteur électrique, comprenant un stator (2) et un rotor (3) disposés dans un carter (10), la machine (1) comprenant un circuit (5) de fluide de refroidissement du moteur (1) délimité par un espace situé entre le carter (10) et une structure (6) de fermeture assemblée sur le carter (10), le circuit (5) de refroidissement comprenant au moins un canal pour le fluide de refroidissement s'étendant autour d'un axe (11) longitudinal de la machine, caractérisée en ce que le circuit (5) de refroidissement comprend plusieurs canaux délimités par des gorges discrètes adjacentes, les gorges s'étendant autour de l'axe longitudinal (11) de la machine, au moins une partie des canaux comprend un passage (9) pour le fluide qui communique avec la gorge délimitant le canal adjacent. 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les gorges sont axisymétriques par rapport à l'axe (11) longitudinal de la machine. 3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les gorges sont circulaires autour de l'axe (11) longitudinal de la machine. 4. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les gorges sont parallèles entre elles. 5. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les gorges sont situées dans des plans respectifs perpendiculaires à l'axe (11) longitudinal de la machine. 6. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que le passage (9) est situé au niveau de la gorge et/ou au niveau de la structure de fermeture. 7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le circuit (5) de fluide comprend au moins une entrée (7) de fluide débouchant dans un des canaux et au moins une sortie (8) de fluide reliée à un des autres canaux. 8. Machine selon la revendication 7, caractérisée en ce que les canaux reliés respectivement à l'entrée (7) et à la sortie (8) de fluide sont constitués des gorges situées respectivement aux deux extrémités de la pluralité de gorges adjacentes. 10 9. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que les passages (9) successifs inter-gorges sont situés de façon angulairement décalés autour de l'axe longitudinal (11). 10.Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, 5 caractérisée en ce que les passages (9) successifs inter-gorges sont situés de façon diamétralement opposée autour de l'axe longitudinal (11). 11.Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que les gorges constituant les canaux sont délimitées par des nervures (4) et en ce que les passages sont formés par une découpe ou 10 un orifice dans les nervures (4). 12.Machine selon la revendication 11, caractérisée en ce que les découpes ou orifices dans les nervures (4) formant les passages sont réalisés par fraisage des nervures (4). 13.Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, 15 caractérisée en ce que les gorges formant les canaux du circuit (5) de refroidissement sont situées sur le corps du carter (10). 14.Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce que les gorges formant les canaux du circuit (5) de refroidissement sont situées sur une enveloppe (6) formant la structure (6) de 20 fermeture assemblée sur le carter (10). 15.Procédé de fabrication d'une machine électrique, notamment un moteur, conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 14, la machine comprenant un stator (2) et un rotor (3) disposés dans un carter (10), le procédé comportant une étape de réalisation de gorges circulaires discrètes 25 adjacentes sur le carter (10) et/ou sur une paroi formant une structure (6) de fermeture, les gorges étant parallèles entre elles et perpendiculaires à un axe (11) longitudinal de la machine et comprenant chacune un passage (9) pour le fluide qui communique avec la gorge adjacente, les gorges étant réalisées par usinage et notamment tournage ou par moulage, le procédé comprenant en 30 outre une étape d'assemblage étanche de la paroi formant la structure (6) de fermeture avec le carter (10) pour former un circuit (5) de fluide de refroidissement du moteur (1) délimité par l'espace situé entre le carter (10) et le circuit (5) de refroidissement au niveau des gorges.