Brevet FR3088154A1 — publié le 20200508

La présente invention concerne un système de refroidissement pour moteur électrique, notamment de véhicule automobile. Un moteur électrique est généralement refroidi par circulation d'eau dans une enveloppe sur la carter ou par de l'huile à l'intérieur de la machine. La température de l'eau à l'entrée du moteur est liée à la température globale de refroidissement de l'eau dans le véhicule et est généralement fixée à un maximum de 70 " C. Pour le refroidissement à l'huile, la température spécifiée est d'environ 90 0 C. Les demandes de brevet et brevets FR3028689, US6191511 et FR3049127 décrivent des systèmes de refroidissement de moteur électrique. L'invention vise à proposer un système de refroidissement amélioré. L'invention a ainsi pour objet un système de refroidissement de refroidissement pour moteur électrique notamment de véhicule automobile, comportant : 15 un circuit de refroidissement du moteur électrique, ce circuit utilisant un fluide de refroidissement, une interface d'échange thermique entre ce circuit de refroidissement et une boucle de climatisation du véhicule utilisant un fluide réfrigérant, cette interface étant agencée pour permettre de refroidir le fluide du circuit de refroidissement 20 en évacuant de la chaleur par le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation. L'invention permet notamment de refroidir davantage le fluide de refroidissement, notamment l'eau, du moteur, lorsque cela est nécessaire. Notamment il est possible de descendre en deca de la température ambiante. 2 Le refroidissement à basse température améliore les performances de la machine électrique et réduit les limitations de température dans les utilisations critiques du moteur. Selon l'un des aspects de l'invention, le circuit de refroidissement du moteur 5 électrique comporte au moins un canal de circulation de fluide réfrigérant, ce canal entourant au moins partiellement un stator du moteur. Selon l'un des aspects de l'invention, le canal du circuit de refroidissement est formé au moins partiellement clans un boitier, notamment un carter, qui contient le stator du moteur. 113 Selon l'un des aspects de l'invention, le canal est formé entre deux parois concentriques, interne et externe, du boitier. Ces parois sont notamment réalisées en acier, aluminium, inox . Selon l'un des aspects de l'invention, le stator du moteur, notamment le corps de stator ou paquet de tôles, est en contact avec l'une des parois concentriques. 15 Selon l'un des aspects de l'invention, la paroi concentrique externe comporte un raccord pour l'entrée ou la sortie de fluide de refroidissement qui circule dans le canal autour du moteur. Selon l'un des aspects de l'invention, le raccord comporte une tubulure qui fait saillie sur la paroi externe, notamment dans une direction. 20 Selon l'un des aspects de l'invention, le canal de fluide de refroidissement est raccordé à une autre tubulure pour l'entrée ou la sortie de fluide, cette tubulure étant notamment coudée. Ainsi le canal est alimenté par une tubulure d'entrée par exemple la tubulure coudée, et présente une sortie de fluide formée par la tubulure sur la paroi concentrique externe. 25 Selon l'un des aspects de l'invention, ces tubulures se raccordent par exemple par des conduits, notamment flexibles, au reste du circuit de refroidissement du moteur électrique. 3 Selon l'un des aspects de l'invention, le fluide de refroidissement du moteur est de l'eau, notamment de l'eau glycolée. Selon l'un des aspects de l'invention, le circuit de refroidissement du moteur est notamment relié à un radiateur basse température pour refroidir ce fluide, notamment l'eau, 5 de ce circuit. Selon l'un des aspects de l'invention, le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation est du fluide 1234yF. Selon l'un des aspects de l'invention, le système de refroidissement comporte au moins un conduit, notamment une pluralité de conduits de fluide réfrigérant, conduits qui passent dans l'espace qui reçoit le fluide de refroidissement du moteur, notamment l'eau, cet espace étant entre les parois concentriques interne et externe du moteur. Ainsi interface d'échange de chaleur est définie entre ces conduits et le fluide réfrigérant dans cet espace de circulation d'eau directement autour du moteur. Ainsi l' échangeur thermique additionnel peut être remplacé par une double circulation dans la chemise de refroidissement, chemise qui est l'espace entre les parois concentriques, du moteur, une avec du liquide de refroidissement, notamment l'eau, adjacente à une circulation de réfrigérant. Dans ce cas, le réfrigérant s'évaporera si nécessaire, si le seuil de température défini par des critères de contrôle tels que les températures locales du moteur, la température ambiante, la demande de couple du véhicule, est dépassé. Selon l'un des aspects de l'invention, ces conduits sont formés dans un tube qui présente une forme notamment cylindrique, ce tube étant réalisé par exemple en acier, aluminium, inox. Le tube est notamment réalisé d'un seul tenant. Selon l'un des aspects de l'invention, le tube est suffisamment mince pour être logé dans l'espace entre les parois concentriques. Selon l'un des aspects de l'invention, ces conduits sont parallèles entre eux et s'étendent suivant des cercles ou arcs de cercle. 4 Selon l'un des aspects de l'invention, ce tube avec sa pluralité de conduits de fluide réfrigérant est connecté à une entrée et une sortie de fluide réfrigérant pour sa connexion fluidique à la boucle de climatisation. Dans cet exemple le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation passe notamment 5 dans le moteur, directement dans le circuit d'eau, de sorte que l'interface est définie par le contact du tube de fluide réfrigérant avec le fluide tel que l'eau. En variante, un échangeur thermique additionnel est prévu pour former l'interface thermique, cet échangeur additionnel, ou chiner, est placé à l'extérieur de l'espace entre les parois concentriques. 10 Autrement dit, par exemple l'eau qui circule dans la chemise de refroidissement du moteur, chemise qui est l'espace entre les parois concentriques, peut être refroidie par l'échangeur supplémentaire qui est implémenté sur la boucle de climatisation de la voiture. L'échangeur supplémentaire peut être intégré au boîtier du moteur ou fixé au moteur. 15 Le système comprend des vannes pouvant déclencher un sous-refroidissement en fonction des besoins, par exemple en fonction de la température ambiante, du couple du véhicule, des températures du moteur électrique... Selon l'un des aspects de l'invention, la paroi externe du moteur comprend un compartiment, notamment de forme sensiblement en pavé, pour recevoir l'échangeur 20 additionnel. Selon l'un des aspects de l'invention, le compartiment comporte une paroi latérale, notamment de contour rectangle, et un couvercle agencé pour fermer le compartiment. Selon l'un des aspects de l'invention, la paroi du compartiment est formée d'un seul tenant avec la paroi cylindrique externe. 25 Selon l'un des aspects de l'invention, l'échangeur additionnel comporte des plaques dans lesquelles circule le fluide réfrigérant et entre ces plaques sont définis des passages 5 pour le fluide de refroidissement, notamment de l'eau, de sorte que ce fluide de refroidissement puisse être refroidi par les plaques. Selon l'un des aspects de l'invention, les plaques ont parallèles, notamment parallèles au plan principal du couvercle. 5 Selon l'un des aspects de l'invention, un joint étanchéité est interposé entre le couvercle et la paroi latérale. Selon l'un des aspects de l'invention, le couvercle est fixé sur la paroi latérale par des vis. Selon l'un des aspects de l'invention, le couvercle porte des entrée et sortie de fluide 10 réfrigérant, lesquelles sont notamment formées par des tubulures rigides respectives. Selon l'un des aspects de l'invention, le circuit de fluide de refroidissement est agencé pour passer dans cet échangeur additionnel puis dans le canal de fluide, notamment d'eau, qui est formé entre les deux parois concentriques du moteur. Selon l'un des aspects de l'invention, l'échangeur comporte une entrée pour le fluide 15 de refroidissement, notamment l'eau. Ainsi l'échangeur additionnel est porté par le carter du moteur, carter qui comprend la paroi concentrique externe. Selon l'un des aspects de l'invention' le système comporte : - un compresseur pour comprimer le réfrigérant, 20 - un condenseur en aval du compresseur et placé sur le chemin d'air de préférence derrière le radiateur, - deux vannes sur deux branches parallèles qui sont en aval du condenseur, dans lequel la branche débouche sur un détendeur disposé en amont d'un évaporateur, et l'autre branche débouche sur un autre détendeur qui est disposé en amont du refroidisseur, 25 et les deux détendeurs sont connectés au compresseur , la vanne étant apte à basculer sur 6 la boucle AC quand les conditions le réclament, notamment par défaut par exemple en basse température extérieure, on est refroidi par le radiateur Basse Température de face avant et de l'eau et quand on franchit un seuil prédéterminé par exemple en température ambiante. couple moteur, prises internes de température sur le moteur, on ouvre la vanne qui alimente 5 le chiller D'autres caractéristiques, détails et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif, en relation avec les différents exemples de réalisation de l'invention illustrés sur les figures suivantes 10 - la figure 1 est une vue d'un système selon l'invention, - les figures 2 et 3 illustrent un premier mode de réalisation de l'invention, - les figures 4 et 5 illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention, On a représenté sur les figures 2 et 3 un moteur électrique 500 comporte un carter 20 15 portant intérieurement un stator 3 entourant un rotor inducteur 1 solidaire d'un arbre de rotor 2. Le stator 3 comporte un corps 30 portant un bobinage 7. Le bobinage 7 traverse le corps 30 et s'étend en saillie axiale de part et d'autre de ce corps 30. Ce moteur 500 est associé à un système de refroidissement de refroidissement 501 comportant : 20 - un circuit 503 de refroidissement du moteur électrique, ce circuit utilisant un fluide de refroidissement qui est de l'eau, - une interface d'échange thermique 505, jouant le rôle d'un chiner intégré, entre ce circuit de refroidissement 503 et une boucle de climatisation 600 du véhicule utilisant un fluide réfrigérant, cette interface 505 étant agencée pour permettre 25 de refroidir le fluide du circuit de refroidissement en évacuant de la chaleur par le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation 600. 7 Le circuit de refroidissement 503 du moteur électrique 500 comporte un canal 510 de circulation de fluide réfrigérant, ce canal 510 entourant au moins partiellement un stator du moteur. Le canal 510 du circuit de refroidissement est formé au moins partiellement dans un 5 boitier 511, notamment un carter, qui contient le stator 3 du moteur. Le canal 510 est formé entre deux parois concentriques, interne 517 et externe 518, du boitier. Ces parois sont notamment réalisées en acier, aluminium, inox . Le stator 3 du moteur, notamment le corps de stator ou paquet de tôles 30, est en contact avec la paroi concentrique interne 517. 10 La paroi concentrique externe 518 comporte un raccord 520 pour l'entrée ou la sortie de fluide de refroidissement qui circule dans le canal autour du moteur. Le raccord 520 comporte une tubulure qui fait saillie sur la paroi externe 518, notamment dans une direction radiale. Le canal de fluide de refroidissement est raccordé à une autre tubulure 519 pour 15 l'entrée ou la sortie de fluide, cette tubulure 519 étant coudée. Ainsi le canal est alimenté par une tubulure d'entrée 519 par exemple la tubulure coudée, et présente une sortie de fluide formée par la tubulure 520 sur la paroi concentrique externe. Ces tubulures 519 et 520 se raccordent par exemple par des conduits, notamment 20 flexibles, au reste du circuit de refroidissement du moteur électrique 500. Le fluide de refroidissement du moteur est de l'eau, notamment de l'eau glycolée. Le circuit de refroidissement 503 du moteur est notamment relié à un radiateur basse température pour refroidir ce fluide, notamment l'eau, de ce circuit. Le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation 600 est du fluide 1234yF. 8 Le système de refroidissement comporte au moins un une pluralité de conduits 530 de fluide réfrigérant, conduits qui passent dans l'espace 531 qui reçoit le fluide de refroidissement du moteur, notamment l'eau, cet espace 531 étant entre les parois concentriques interne 517 et externe 518 du moteur. Ainsi interface d'échange de chaleur 5 505 est définie entre ces conduits 530 et le fluide réfrigérant dans cet espace 531 de circulation d'eau directement autour du moteur. Ces conduits 530 sont formés dans un tube 535 qui présente une forme notamment cylindrique, ce tube étant réalisé par exemple en al umlinium. Le tube est notamment réalisé d'un seul tenant. 10 Le tube 535 est suffisamment mince pour être logé dans l'espace entre les parois concentriques. Ces conduits 530 sont parallèles entre eux et s'étendent suivant des cercles ou arcs de cercle. Le tube 535 avec sa pluralité de conduits de fluide réfrigérant est connecté à une entrée 15 540 et une sortie 541 de fluide réfrigérant pour sa connexion fluidique à la boucle de climatisation 600. Dans cet exemple le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation 600 passe notamment dans le moteur, directement dans le circuit d'eau, de sorte que l'interface est définie par le contact du tube de fluide réfrigérant avec le fluide tel que l'eau. 20 Le chiller 505 est intégré dans le carter, les tubes réfrigérants étant dans la chemise d'eau. On a représenté sur la figure un système 600 qui comprend l'échangeur 505. Le système 600 peut comporter, de manière connue, un évaporateur, un condenseur, un compresseur, un détendeur et des vannes. 25 Le fluide caloporteur utilisé peut être choisi parmi les fluides d'appellation 134a, 1234yf, ou CO2. 9 Le système 600 est connecté à une boucle basse température 611 qui comprend un échangeur de chaleur, ici un radiateur 612, dans lequel peut circuler le réfrigérant, le radiateur étant au contact de l'air ambiant. Le radiateur 612 est disposé sur une face avant du véhicule de manière à pouvoir être 5 refroidi par l'air extérieur 614 qui circule à son contact. Par ailleurs, le système 600 est connecté à un échangeur de chaleur, ici le refroidisseur 505 ou chiller, qui est placé dans l'ensemble de climatisation de sorte que le fluide caloporteur puisse être refroidi par échange thermique avec le radiateur de l'ensemble de climatisation 699. Le système est agencé pour provoquer la circulation de fluide caloporteur soit dans le radiateur 612 en contact avec l'air ambiant soit dans le refroidisseur 505 connecté à l'ensemble de climatisation 699 du véhicule en par exemple de la température ambiante. Une pompe 630 est prévue en aval du dispositif de refroidissement 505 pour faire circuler le fluide caloporteur dans ce dispositif 15 Une vanne 3 voies 31 est prévue en aval du dispositif de refroidissement 505 pour envoyer le réfrigérant, selon le fonctionnement, soit vers le refroidisseur 505 (ou chiller) soit dans la boucle basse température 611 (avec un radiateur basse température). L'ensemble de climatisation 699 comporte : un compresseur 639 pour comprimer le réfrigérant, 20 un condenseur 631 en aval du compresseur 639 et placé sur le chemin d'air 614 de préférence derrière le radiateur 612, deux vannes 32 et 33 sur deux branches parallèles 34 et 35 qui sont en aval du condenseur 631. La branche 34 débouche sur un détendeur 36 disposé en amont d'un évaporateur 38. 10 L'autre branche 35 débouche sur un autre détendeur 39 qui est disposé en amont du refroidisseur. Les deux détendeurs 36 et 39 sont connectés au compresseur 639. La vanne 31 bascule sur la boucle AC quand les conditions le réclament. Par défaut 5 par exemple en basse température extérieure, on est refroidi par le radiateur Basse Température de face avant et de l'eau. Quand on franchit un seuil prédéterminé par exemple en température ambiante, couple moteur, prises internes de température sur le moteur, on ouvre la vanne 31 qui alimente le chiller 505. En variante, comme illustré sur les figures 4 et 5, un échangeur thermique additionnel 10 700 est prévu pour former l'interface thermique, cet échangeur additionnel, ou chiner, est placé à l'extérieur de l'espace entre les parois concentriques. Autrement dit, par exemple l'eau qui circule dans la chemise de refroidissement du moteur, chemise qui est l'espace 531 entre les parois concentriques, peut être refroidie par l'échangeur supplémentaire qui est implémenté sur la boucle de climatisation de la voiture. 15 L'échangeur supplémentaire 700 peut être intégré au boîtier du moteur ou fixé au moteur. La paroi externe 518 du moteur comprend un compartiment 701, de forme sensiblement en pavé, pour recevoir l'échangeur additionnel 700. Le compartiment 701 comporte une paroi latérale 702, de contour rectangle, et un couvercle 703 agencé pour fermer le compartiment. 20 La paroi 702 du compartiment est formée d'un seul tenant avec la paroi cylindrique externe 518. L'échangeur additionnel 700 comporte des plaques 780 dans lesquelles circule le fluide réfrigérant et entre ces plaques 780 sont définis des passages 781 pour le fluide de refroidissement, notamment de l'eau, de sorte que ce fluide de refroidissement puisse être 25 refroidi par les plaques. 11 Les plaques 780 soin parallèles, notamment parallèles au plan principal du couvercle 703. Un joint étanchéité 784 est interposé entre le couvercle 703 et la paroi latérale 702. Le couvercle 703 est fixé sur la paroi latérale par des vis 789. 5 Le couvercle 703 porte des entrée et sortie de fluide réfrigérant, lesquelles sont notamment formées par des tubulures rigides respectives 790 et 791 qui sont raccordées à la boucle de climatisation 600. Le circuit de fluide de refroidissement, l'eau, est agencé pour passer dans cet échangeur additionnel 700 via l'entrée 799 puis clans le canal de fluide, notamment d'eau, 113 via une sortie qui est formé entre les deux parois concentriques 517 et 518 du moteur. Une paroi frontale 800, qui est fixée sur la paroi externe 518, est prévue pour fermer le carter du coté engrenage d' entrainement. Une ouverture 801 est prévue au centre de cette paroi 800 pour laisser passer l'organe d'entrainement 803. Selon l'invention, REVENDICATIONS1. Système de refroidissement (300) pour moteur électrique notamment de véhicule automobile, comportant : un circuit de refroidissement (503) du moteur électrique, ce circuit utilisant un fluide de refroidissement, - une interface d'échange thermique (505) entre ce circuit de refroidissement et une boucle de climatisation du véhicule utilisant un fluide réfrigérant, cette interface étant agencée pour permettre de refroidir le fluide du circuit de refroidissement en évacuant de la chaleur par le fluide réfrigérant de la boucle de climatisation. 2. Système selon la revendication précédente, comportant : - un compresseur (639) pour comprimer le réfrigérant, un condenseur (631) en aval du compresseur (639) et placé sur le chemin d'air (614) de préférence derrière le radiateur (612), - deux vannes (32 et 33) sur deux branches parallèles (34 et 35) qui sont en aval du condenseur (631), dans lequel la branche (34) débouche sur un détendeur (36) disposé en amont d'un évaporateur (38), et l'autre branche (35) débouche sur un autre détendeur (39) qui est disposé en amont du refroidisseur, et les deux détendeurs (36 et 39) sont connectés au compresseur (639), la vanne (31) étant apte à basculer sur la boucle AC quand les conditions le réclament, notamment par défaut par exemple en basse température extérieure, on est refroidi par le radiateur Basse Température de face avant et de l'eau et quand on franchit un seuil prédéterminé par exemple en température ambiante, couple moteur, prises internes de température sur le moteur, on ouvre la vanne (31) qui alimente le chiller (505). 3. Système selon la revendication précédente, dans lequel le circuit de refroidissement du moteur électrique comporte au moins un canal (510) de 13 4. 5 5. 10 6. 15 7. 20 circulation de fluide réfrigérant, ce canal entourant au moins partiellement un stator du moteur. Système selon la revendication précédente, dans lequel le canal du circuit de refroidissement est formé au moins partiellement dans un boitier, notamment un carter, qui contient le stator du moteur. Système selon la revendication précédente, dans lequel le canal est formé entre deux parois concentriques, interne (517) et externe (518), du boitier. Système selon la revendication précédente, dans lequel le stator (3) du moteur, notamment le corps de stator ou paquet de tôles, est en contact avec l'une des parois concentriques. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système de refroidissement comporte au moins un conduit, notamment une pluralité de conduits (530) de fluide réfrigérant, conduits qui passent dans l'espace qui reçoit le fluide de refroidissement du moteur, notamment l'eau, cet espace étant entre les parois concentriques interne et externe du moteur. 8. Système selon la revendication précédente, dans lequel ces conduits sont formés dans un tube qui présente une forme notamment cylindrique. 9. Système selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel un échangeur thermique 25 additionnel (700) est prévu pour former l'interface thermique, cet échangeur additionnel, ou chiller, est placé à l'extérieur de l'espace entre les parois concentriques. 10. Système selon la revendication précédente, dans lequel la paroi externe (518) du 30 moteur comprend un compartiment, notamment de forme sensiblement en pavé, pour recevoir l'échangeur additionnel.