Brevet FR3077939A1 — publié le 20190816

CARTER DE MACHINE ELECTRIQUE AVEC CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT [0001] L'invention s'inscrit dans le domaine des machines électriques tournantes, et de leur refroidissement. [0002] Une machine électrique tournante comprend des bobinages formant un stator et un rotor en rotation l'un vis-à-vis de l'autre. Les champs magnétiques générés créent de la chaleur. [0003] Les machines électriques utilisées dans les véhicules automobiles ont besoin d'un refroidissement à l'aide d'un fluide caloporteur, qui peut être de l'air, de l'eau ou de l'huile. L'utilisation d'une combinaison de refroidissements avec ces différents fluides est également pratiquée. [0004] On connait du document US 2015 0308456 Al un carter de machine électrique de forme un cylindre de révolution (cylindre droit de courbe directrice un cercle), avec une circulation de fluide de refroidissement intégrée dans l'enveloppe du carter, comprenant une entrée unique, une séparation de l'écoulement en deux et deux circulations de fluide selon des cercles directeurs du cylindre et des demi-tours successifs pour couvrir le cylindre. [0005] Mais l'homogénéité du refroidissement n'est pas optimale, car les demi-tours gênent la mise en place d'une couverture régulière du cylindre, et perturbent l'écoulement. [0006] Pour résoudre ce problème, il est proposé un carter de machine électrique comprenant une enveloppe de forme cylindrique de révolution et dont l'intérieur est pourvu d'un circuit de circulation pour fluide de refroidissement, le carter comprenant de plus au moins une entrée et au moins une sortie pour ledit fluide. [0007] Ce carter est remarquable car le circuit admet une symétrie par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe de l'enveloppe, le circuit de refroidissement comprenant des circulations suivant chacune un cercle directeur du cylindre reliées consécutivement par des décrochements parallèlement à l'axe. Les circulations peuvent être définies soutenues et séparées par des parois suivant chacune également un cercle directeur du cylindre, reliées également consécutivement par des décrochements parallèlement à l'axe. [0008] Cela permet un refroidissement homogène le long des cercles directeurs, avec symétrie entre les deux extrémités du cylindre, ce qui est avantageux pour la performance 2 et le contrôle des machines électriques, notamment pour le refroidissement des têtes de bobines. Le fluide de refroidissement peut en effet circuler dans un unique sens de rotation autour de l'axe du cylindre sur une distance plus grande que dans l'art antérieur, pour couvrir une plus grande surface du cylindre avec qui plus est un écoulement peu perturbé. 5 [0009] Selon des caractéristiques optionnelles : [0010] - le circuit de refroidissement comprend une unique sortie ou respectivement entrée, placée sur le plan de symétrie et deux entrées ou respectivement sorties, placées symétriquement par rapport au plan de symétrie ; cela permet une optimisation de la surface refroidie ; 10 [0011] - les entrées et les sorties sont décalées, angulairement autour de l'axe du cylindre (ou de l'enveloppe), de 30 à 60° ; là aussi, le refroidissement est optimisé ; [0012] - le circuit de refroidissement comprend des circulations en sorte de faire trois tours autour de la forme cylindrique entre une entrée et une sortie ; en d'autres termes le circuit de refroidissement comprend deux parois de chaque côté du plan de symétrie, soit 15 quatre parois au total ; ce dessin du carter est optimisé pour le refroidissement ; [0013] - le carter comprend un coin placé sur le plan de symétrie, de pointe placée dans un embranchement en Y du circuit de circulation, et de base faisant face à une entrée ou une sortie du circuit de refroidissement ; cela permet un écoulement sans perturbations. [0014] L'invention porte aussi sur une machine électrique comprenant un rotor et un 20 stator, ainsi qu'un carter pour le stator, le carter étant tel que présenté précédemment. [0015] L'invention porte aussi sur un procédé de mise en place et/ou mise en oeuvre d'une telle machine électrique pour son refroidissement au cours de son fonctionnement, le fluide de refroidissement circule depuis les extrémités du cylindre vers le plan de symétrie, et l'axe étant de préférence placé horizontalement et la ou les entrées étant 25 placées sur la droite génératrice la plus élevée en hauteur de l'enveloppe. [0016] Le fluide de refroidissement peut être de l'eau, un mélange réfrigérant ou de l'air. [0017] L'invention porte sur un procédé de fabrication d'un carter de machine électrique tel que présenté, conduit par procédé de moulage par modèles perdus. [0018] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et 30 avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va 3 suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - La figure 1A est une vue schématique d'un moteur électrique selon l'art antérieur ; - la figure 1B est une vue schématique d'un moteur électrique selon l'invention ; 5 - la figure 2 représente un carter de moteur électrique selon l'invention ; - les figures 3 et 4 représentent le carter de la figure 2, coupé selon les plans de coupe 3 et 4 respectivement ; - la figure 5 représente la circulation d'eau à l'intérieure du carter de la figure 2; - la figure 6 représente les zones à plus ou moins grand refroidissement du carter de la 10 figure 2 ; - la figure 7 représente un autre mode de réalisation de l'invention, représenté à travers la circulation d'eau au sein du carter ; [0019] En figure 1A on a représenté un moteur électrique selon l'art antérieur. Il comprend, de gauche à droite de la figure, une plaque de liaison pour la transmission 100, 15 un rotor 200 central qui est monté en rotation par rapport à la plaque 100, autour d'un axe X-X longitudinal du moteur, un stator 300 positionné autour du rotor 200, de forme cylindrique de révolution (cylindre droit avec comme courbe directrice un cercle) avec des embouchures correspondant à des sections droites du cylindre, un carter 400 également de forme cylindrique de révolution entourant et immobilisant le stator 300, et une plaque 20 de fermeture 500, sur laquelle le rotor 200 est monté en rotation. [0020] Le rotor 200, le stator 300 et le carter 400 sont coaxiaux, et leur axe X-X est placé horizontalement. [0021] En figure 1B, on a représenté un moteur électrique selon l'invention, dans lequel les éléments sont identiques à ceux de l'art antérieur représenté en figure 1A à l'exception 25 du carter 400 qui est remplacé par un carter 450 comportant deux entrées pour fluide de refroidissement, ici des entrées d'eau 451 et 452 et une sortie pour fluide de refroidissement ici une sortie d'eau 453. Ces entrées et sorties d'eau sont présentes sur la paroi externe du carter 450. 4 [0022] Les deux entrées 451 et 452 sont placées sur une même droite génératrice DG du cylindre du carter, placée horizontalement en partie haute du carter 450. La sortie 453 est en partie dite « mi-haute » du carter 450, soit décalée, autour de l'axe X-X, vis à vis des entrées 451, d'environ 45°, ou en tout cas entre 30 et 60°. 5 [0023] En figure 2, on a représenté le carter 450, le stator 300 n'étant pas encore emmanché en son sein. Pour la figure, le carter 450 est représenté avec son axe X-X vertical. L'épaisseur de la paroi du carter 450 peut être observée, définissant une surface annulaire pleine entourant la lumière centrale du carter dans laquelle il est prévu d'introduire la machine électrique. Les entrées 451 et 452, sur la droite génératrice DG, et 10 la sortie 453 peuvent aussi être observées. Deux plans de coupe sont présentés, correspondant à des sections droites du cylindre de révolution. Le plan IV-IV passe par la sortie 453, et est un plan de symétrie du carter 450, y compris des deux entrées 451 et 452 l'une vis-à-vis de l'autre. Le plan est placé entre l'entrée 451 et l'embouchure la plus proche du cylindre. 15 [0024] En figure 3, le cylindre 450 apparaît coupé selon les plans et IV-IV, sous le même angle de vue que dans la figure 2. On observe que l'épaisseur de l'enveloppe cylindrique, le long de la coupe comprend une circulation de fluide de réfrigération 456 entre deux enveloppes minces parallèles du carter 450, interne et externe à celui-ci. La circulation 456 est présente sur l'ensemble de la circonférence, sauf un petit secteur 20 angulaire où les deux enveloppes minces parallèles sont reliées par un pont de matière (une paroi). [0025] En figure 4, le cylindre apparaît toujours coupé selon les plans et IV-IV mais retourné de telle sorte à faire apparaître le plan de la coupe IV-IV. Celui-ci comprend une circulation de fluide 457, entre deux enveloppes minces parallèles du carter 450, interne et 25 externe à celui-ci, et débouchant dans la sortie 453. La circulation 457 est présente sur l'ensemble de la circonférence, sauf un secteur angulaire où les deux enveloppes minces parallèles sont reliées par un pont de matière (une paroi). [0026] En figure 5, on a représenté les circulations de fluide de réfrigération du carter 450 des figures 1B et 2 à 4. Le fluide de réfrigération circule dans le sens des flèches, 30 mais il pourrait aussi circuler en sens inverse. [0027] II entre en entrée 451 ou 452, effectue un trajet proche d'un tour complet dans une circulation 456 ou 458 disposée selon un cercle directeur du cylindre jusqu'à un décrochement D1 respectivement D3 le long de l'axe X-X en direction du plan P de 5 symétrie, à l'approche de l'entrée 451 ou 452, pour rejoindre une circulation 459 ou 460 disposée selon un cercle directeur du cylindre. [0028] Le fluide effectue un trajet proche d'un tour complet dans la circulation 459 ou 460, puis à l'approche, angulairement, de l'entrée 451 ou 452, subit un décrochement D2 5 respectivement D4 le long de l'axe X-X en direction du plan P de symétrie, pour rejoindre, dans un confluent Cl, une circulation 457 unique placée sur le plan P de symétrie, disposée selon un cercle directeur du cylindre. [0029] Le fluide effectue un trajet proche d'un tour complet dans la circulation 457 puis à l'approche, angulairement, des entrées 451 et 452 atteint la sortie 453, et sort du carter. 10 [0030] Les circulations 456 et 459, respectivement 458 et 460, sont séparées par une paroi 470, respectivement 473, constituant un pont de matière entre les deux parois du carter, interne et externe (figures 3 et 4). La paroi 470, respectivement 473, débute sur la tranche pleine du carter 450 autour de l'entrée 451, respectivement 452, avec un décrochage Da, respectivement Dd parallèlement à l'axe X-X, se développe selon un 15 cercle générateur du cylindre, subit un décrochement Db, respectivement De, vers le plan de symétrie P à l'approche de l'entrée 451, respectivement 452, et se développe sous la forme de la paroi 457, respectivement 472 selon un cercle générateur du cylindre. Les parois 457 et 472, à l'approche, angulairement, des entrées 451 et 452, subissent chacune un décrochement Dc, respectivement Df vers le plan P, se rejoignent autour de la 20 sortie 453, et s'éteignent dans un coin 480. [0031] Ainsi, les circulations 459, respectivement 460 et 457, sont séparées par une paroi 471, respectivement 472, constituant un pont de matière entre les deux parois du carter, interne et externe (figures 3 et 4). [0032] Et les circulations entre l'entrée 451 (ou 452) et la sortie 453, font sensiblement 25 trois tours autour du cylindre de révolution constituant le carter. [0033] Le coin 480 constituant un pont de matière entre les deux parois du carter, interne et externe (figures 3 et 4), est placé sur le plan P de symétrie avec sa pointe placée dans l'embranchement en Y des circulations 459, 460 et 457, et sa base faisant face à la sortie 453. Il guide le fluide de refroidissement et assure l'établissement d'un écoulement 30 stationnaire autour de la sortie 453 et dans l'embranchement en Y. [0034] Le diamètre des entrées 451 et 452 est identique au diamètre de la sortie 453. 6 [0035] En figure 6, la vue de la figure 5 est représentée, avec mention [0036] - des zones de refroidissement prioritaire ZRP, qui sont les sections, le long de l'axe X-X du cylindre, les plus excentrées (les extrémités), au droit des entrées 451 et 452; le fluide y circule avec une capacité à accepter des calories élevée, et 5 [0037] - de la zone de refroidissement secondaire ZRS, qui est placée, le long de l'axe X-X, entre les deux zones ZRP; le fluide y circule avec une capacité à accepter des calories moindre, que dans les zones de refroidissement prioritaire ZRP. [0038] Ainsi, les têtes de bobines du stator, placées en zone de refroidissement prioritaire ZRP, sont refroidies efficacement de ce fait, prioritairement, puisqu'elle bénéficie 10 de liquide de refroidissement n'ayant pas encore subi de réchauffement du fait d'autres parties du stator 300. [0039] En figure 7, on a représenté un autre mode de réalisation d'un carter selon l'invention, référencé 4500. Le fluide de réfrigération circule dans un sens ou dans le sens inverse. Dans le texte qui suit, il est décrit qu'il circule d'une entrée unique 4530 sur le plan 15 P, vers deux sorties 4510 et 4520 placées aux embouchures du cylindre. [0040] Le fluide entre en entrée unique 4530 placée sur le plan P de symétrie, effectue un trajet proche d'un tour complet dans une circulation 4570 disposée selon un cercle directeur du cylindre jusqu'à une division en deux coulées, décalées le long de l'axe X-X en direction opposée de part et d'autre du plan P de symétrie, à l'approche de l'entrée 20 4570, pour rejoindre des circulations 4560 ou 4580 disposées chacune selon un cercle directeur du cylindre. Ces circulations 4560 ou 4580 sont dans la continuité de la circulation 4570 et lui sont reliées par des décrochements parallèlement à l'axe du cylindre respectivement D10 et D11, formant un confluent 010. [0041] Le fluide effectue un trajet proche d'un tour complet dans la circulation 4560 ou 25 4580, puis à l'approche, angulairement, de l'entrée 4530 atteint la sortie 4510 ou 4520, et sort du carter 4500. [0042] Les circulations 4560, respectivement 4580 et 4570, sont séparées par une paroi 4700, respectivement 4710, constituant un pont de matière entre les deux parois du carter 4500, interne et externe (figures 3 et 4). Ces parois débutent sur la tranche pleine du 30 carter 4500 autour de l'entrée 4510, respectivement 4520, avec un décrochage Daa, respectivement Dcc, parallèlement à l'axe X-X et à l'approche, angulairement, des entrées 7 4510 et 4520, subissent un décrochement Dbb respectivement Doe vers le plan P, se rejoignent autour de la sortie 4530, et s'éteignent dans un coin 4800. [0043] Le coin 4800 constituant un pont de matière entre les deux parois du carter 4500, interne et externe (figures 3 et 4), est placé sur le plan P de symétrie avec sa pointe 5 placée dans l'embranchement en Y des circulations 4560, 4570 et 4580, et sa base faisant face à la sortie 4530. Il guide le fluide de refroidissement (rôle de déflecteur) et assure l'établissement d'un écoulement stationnaire autour de l'entrée 4530 et dans l'embranchement en Y. [0044] Et les circulations entre l'entrée 4530 et la sortie 4510 (ou 4520) font 10 sensiblement deux tours autour du cylindre de révolution constituant le carter. [0045] Le diamètre de l'entrée 4530 est supérieur au diamètre des sorties 4510 et 4520. [0046] Dans tous les modes de réalisation, les parois sont placées dans le carter pour anticiper et contrecarrer la déformation de celui-ci lors de son refroidissement consécutif à son emmanchement, chauffé à 200°C, sur le stator 300. 15 [0047] Le carter est fabriqué par le procédé de moulages perdus, qui permet d'intégrer, outre la fonction de refroidissement, d'autres fonctions dans le carter. [0048] La symétrie du circuit de liquide de refroidissement de part et d'autre d'un plan P perpendiculaire à l'axe de la machine électrique permet une bonne évacuation de l'enduit utilisé à cette occasion, un bon remplissage du sable dans la cuve et une bonne 20 évacuation des bulles d'air. Le dégazage est effectué notamment par les entrées ou sorties placées à distance du plan P de symétrie. [0049] La méthode de fabrication est adaptée aisément en fonction du diamètre du stator 300, de sa longueur utile, et de l'épaisseur de la circulation. [0050] Le carter, une fois posé sur la machine électrique, permet d'augmenter sa 25 performance. Le liquide de refroidissement peut être de l'eau, un mélange réfrigérant ou de l'air. Les circulations entre une entrée et une sortie peuvent faire un nombre de tours quelconque (au REVENDICATIONS1. Carter (450; 4500) de machine électrique comprenant une enveloppe de forme cylindrique de révolution pourvue d'un circuit (451-460 ; 4510-4580) pour fluide de refroidissement, le carter (450 ; 4500) comprenant de plus au moins une entrée (451, 452; 4510, 4520) et au moins une sortie (453; 4530) pour ledit fluide, caractérisé en ce que le circuit (451-460 ; 4560-4510) admet une symétrie par rapport à un plan (P) perpendiculaire à l'axe (X-X) de l'enveloppe, le circuit de refroidissement comprenant des circulations (456-460; 4560-4580) suivant chacune un cercle directeur du cylindre reliées consécutivement par des décrochements (D1-D4 ; D10, D11) parallèlement à l'axe (X-X). 2. Carter de machine électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une sortie ou respectivement entrée unique (453; 4530), placée sur le plan (P) de symétrie et deux entrées ou respectivement sorties (451, 452 ; 4510, 4520), placées symétriquement par rapport au plan (P) de symétrie. 3. Carter de machine électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le carter comprend un coin (480; 4800) placé sur le plan (P) de symétrie, de pointe placée dans un embranchement en Y du circuit de refroidissement, et de base faisant face à l'unique entrée ou sortie (453 ; 4530) du circuit de refroidissement. 4. Carter de machine électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit (451-460) de refroidissement comprend des circulations en sorte de faire trois tours autour de la forme cylindrique entre une entrée (451, 452) et une sortie (453). 5. Carter de machine électrique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que toutes les entrées (451, 452; 4510, 4520) sont sur une même droite génératrice et toutes les sorties (453; 4530) sont décalées, angulairement autour de l'axe (X-X) du cylindre, de 30 à 60° par rapport à ladite droite génératrice. 6. Machine électrique comprenant un rotor (200) et un stator (300), ainsi qu'un carter (450; 4500) pour le stator, caractérisé en ce que le carter (450; 4500) est selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Procédé de mise en oeuvre d'une machine électrique selon la revendication 6 pour son refroidissement au cours de son fonctionnement, caractérisé en ce que le fluide de refroidissement circule depuis les extrémités du cylindre (ZRP) vers le plan de symétrie (P). 9 8. Procédé de mise en oeuvre selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'axe (X-X) est placé horizontalement et la ou les entrées (451, 452 ; 4510, 4520) sont placées sur la droite génératrice la plus élevée en hauteur de l'enveloppe. 9. Procédé de mise en oeuvre selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé 5 en ce que le fluide de refroidissement est de l'eau, un mélange réfrigérant ou de l'air. 10. Procédé de fabrication d'un carter (450) de machine électrique selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit procédé est conduit par moulage par modèles perdus.