Brevet FR3087967A1 — publié le 20200501

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 US2011227433. US4876470 et US2003184172 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 pour moteur électrique notamment de véhicule automobile, comportant : - un ventilateur indépendant agencé pour être actionné en vue de mettre en mouvement de l'air pour un refroidissement d'un moteur électrique, ce ventilateur étant actionnable indépendamment de la rotation de l'arbre du moteur électrique, - un échangeur de chaleur agencé pour refroidir de l'air mis en mouvement par le ventilateur indépendant de sorte que cet air en mouvement refroidi par l'échangeur de chaleur vienne refroidir au moins certaines parties du moteur électrique, notamment des fils de bobinage du moteur électrique. L'invention permet notamment de mettre en oeuvre un système de refroidissement en utilisant de l'air refroidi directement à l'intérieur de la machine avec une focalisation potentielle et un contact direct sur les points les plus chauds. 2 L'air est refroidi lorsque cela est nécessaire par l'échangeur de chaleur spécifique et mis en mouvement par le ventilateur indépendant. Le refroidissement à basse température améliore les performances de la machine électrique et réduit les limitations de température dans les utilisations critiques du moteur. 5 Un système de contrôle peut être mis en place pour les activations intelligentes du ventilateur et de l'échangeur thermique. Selon l'invention, il n'y a pas de liaison mécanique entre le ventilateur indépendant et l'arbre du moteur électrique, de sorte que la vitesse du ventilateur indépendant peut être réglée en temps réel en fonction des besoins de refroidissement du moteur. Selon l'un des aspects de l'invention, le système de refroidissement est agencé pour mettre en mouvement de l'air de refroidissement dans ou autour de la machine électrique. Selon l'un des aspects de l'invention, l'échangeur de chaleur est agencé pour être alimenté par de l'eau refroidie ou un fluide réfrigérant de système de climatisation du véhicule. 15 Selon l'un des aspects de l'invention, l'échangeur de chaleur et le débit du ventilateur sont agencés pour être activés en fonction des besoins de refroidissement et de la température ambiante. Selon l'un des aspects de l'invention, le ventilateur indépendant est agencé pour souffler de l'air refroidi à l'intérieur du moteur et potentiellement autour de celui-ci, le 20 moteur électrique ayant au moins une entrée d'air et une sortie d'air. Selon l'un des aspects de l'invention, le système est agencé pour que l'air puisse être distribué à l'intérieur du moteur de sorte qu'il est envoyé dans un point chaud tel que les extrémités du bobinage. Selon l'un des aspects de l'invention, le système comporte un dispositif de contrôle 25 pour un contrôle du système de refroidissement spécifique basé par exemple sur la vitesse du véhicule, les phases de freinage, les demandes de couple moteur temporaires, la 3 température ambiante ou des données plus spécifiques au moteur tels que la mesures par capteurs de températures internes ou externes locales Selon l'un des aspects de l'invention, le ventilateur indépendant est agencé pour souffler l'air vers le moteur électrique. 5 En variante, le ventilateur indépendant est agencé pour aspirer l'air vers le moteur électrique. Selon l'un des aspects de l'invention, le système comporte un déflecteur pour orienter le flux d'air en mouvement vers un point chaud du moteur électrique, notamment vers l'un au moins des chignons de bobinage, notamment un déflecteur en amont du moteur électrique et un déflecteur en aval du moteur pour orienter le flux d'air les chignons avant et arrière. Selon l'un des aspects de l'invention, le système comporte un ventilateur supplémentaire lié en rotation à l'arbre du moteur électrique. Selon l'un des aspects de l'invention, le système est agencé pour forcer de l'air 15 ambiant à circuler au sein du moteur électrique, notamment via des ouvertures séparées du ventilateur indépendant. Selon l'un des aspects de l'invention, le moteur comporte des ailettes de refroidissement qui sont au contact de l'air pulsé . Selon l'un des aspects de l'invention, un filtre d'air est prévu le chemin d'air mis en 20 mouvement par le ventilateur indépendant. 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 25 - la figure 1 est une vue en coupe d'une machine électrique, - les figures 2 à 10 illustrent différents modes de réalisation de l'invention. 4 La figure 1 illustre schématiquement la structure d'une machine électrique tournante équipée d'un système de ventilation. Cette machine 99, ici un moteur électrique, comporte un carter 20 en au moins deux 5 parties 4, 24 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. Le corps 30 et le rotor 1 sont de forme annulaire. L'axe X-X de l'arbre 2 constitue l'axe de la machine électrique. Cet arbre 2 traverse io centralement le rotor 1. L'arbre de rotor 2 traverse les paliers 24,4 et porte, à son extrémité axiale avant, un organe de transmission de mouvement adjacent au fond du palier avant 24. Cet organe est ici une poulie 21 ou en variante un engrenage, appartenant à un dispositif de transmission de mouvement. 15 Les paliers 4, 24 portent chacun centralement un roulement à billes respectivement 5,50 pour le montage à rotation de l'arbre de rotor 2. Le rotor 1, de forme annulaire, comporte au moins un bobinage inducteur 43 relié à un régulateur de tension comportant un circuit de commande du courant électrique circulant dans le bobinage 43. 20 Le rotor 1 comporte deux roues polaires 41, 42, de forme annulaire, et un noyau 44, également de forme annulaire, intercalé entre les deux roues 41, 42. Ce noyau 44 porte un bobinage d'excitation 43 ici de forme annulaire. Un entrefer existe entre la périphérie externe du rotor 1 de forme annulaire et la périphérie interne du corps 30 du stator 3. 25 Le bobinage 7 du stator 3 est composé de plusieurs phases, comportant chacune au moins un enroulement. 5 Les sorties de ces enroulements, dont l'une est visible en 70, sont reliées électriquement à un dispositif électronique 6. Le capot 15 de forme creuse est en matière électriquement isolante, ici en matière plastique, et est rapporté dans ce mode de réalisation par encliquetage5 en sorte qu'il est 5 fixé ainsi sur le fond du palier 4. Ce capot 15 présente une jupe 150, ici globalement d'orientation axiale par rapport à l'axe x-x, entourant les extrémités 70 et le pont de diodes 6. L'extrémité libre de la jupe est adjacente au fond du palier 4, tandis que l'autre extrémité axiale de la jupe se raccorde au fond 151 du capot globalement d'orientation transversale par rapport à l'axe X-X. 10 L'arbre de rotor porte à son extrémité axiale arrière, qui traverse le fond du palier 4, des bagues collectrices 46, 47 reliées par des liaisons filaires (non référencées) aux extrémités du bobinage inducteur 43. Des balais (non référencés) frottent sur les bagues collectrices 46, 47. Ces balais appartiennent à un porte-balais 48 relié au régulateur de tension. 15 Le porte-balais 48 est logé dans le capot 15 et fixés au fond du palier. Les enroulements traversent le corps 30 du stator et s'étendent en saillie de part et d'autre du corps du stator, ces parties saillantes 71, 72 étant appelées chignons, le chignon 71 étant le chignon arrière logé dans le palier 4, tandis que le chignon 72 est le chignon avant logé dans le palier 24. 20 L'un au moins des paliers 4, 24 présente des ouvertures de passage d'air pour circulation du fluide de refroidissement à l'intérieur de la machine. Est prévu un système de ventilation comprenant un ventilateur indépendant 10. Ce ventilateur indépendant 10 est associé à un ventilateur 8, 80 solidaire du rotor de manière décrite ci-après. 25 Des ouvertures de passage d'air de forme oblongue 55, 54 sont réalisées respectivement dans le fond et dans le rebord du palier arrière 4. 6 Des ouvertures 155, 154 sont également réalisées respectivement dans le fond et dans le rebord du palier avant 24. Les ouvertures 54, 154 sont des ouvertures d'entrées ou d'admission d'air, tandis que les ouvertures 55, 155 sont des ouvertures de sortie d'air pour la circulation de l'air à 5 l'intérieur de la machine sous l'action ici de deux ventilateurs respectivement arrière et avant 8, 80 solidaires du rotor 1 et donc entraînés en rotation par celui-ci. Le ventilateur avant 80 est fixé sur l'extrémité axiale avant du rotor 1 et est monté de manière adjacente au fond du palier avant 24 radialement en dessous du chignon avant 72 du bobinage 7. 10 Le ventilateur arrière 8 est fixé sur l'extrémité axiale arrière du rotor 1 et est monté de manière adjacente au fond du palier arrière 4 radialement en dessous du chignon arrière 71 du bobinage 7. Les pales du ventilateur arrière 8 comportent deux séries de pales. Les ventilateurs 8, 80 sont type centrifuge. 15 Le ventilateur indépendant 10 est disposé à l'intérieur d'un manchon 200 solidaire du fond du capot 15 ouvert centralement et prolongeant celui-ci vers l'extérieur. En variante le ventilateur 10 est placé à l'extérieur de la machine, par exemple il est monté dans un boîtier implanté dans une zone froide et qui est relié au manchon 200 par une conduite. Le manchon 200 est remplacé dans un mode de réalisation par un boîtier 20 décrit ci-après. Les deux ventilateurs 8, 10 sont disposés d'un même côté du rotor 1, ici à l'arrière de celui-ci. Le ventilateur 10 est entraîné par un moteur indépendant. La vitesse de rotation du ventilateur indépendant peut donc être pilotée en fonction du 25 fonctionnement de la machine électrique tournante, par exemple de manière précitée par le 7 régulateur de tension de cette machine ou par la température de la machine, un capteur de température étant prévu à cet effet. Le ventilateur indépendant 10 produit un flux d'air de refroidissement F I qui produit un écoulement d'air de refroidissement axial indiqué par les flèche Fl qui passe par les 5 ouvertures 55, 54 prévues dans le palier arrière, vient en contact avec l'électronique 6 et du roulement 5 du palier arrière 4. Le ventilateur 10 est un ventilateur à pales Le moteur électrique peut être un moteur électrique qui est agencé pour propulser le véhicule. 10 On a représenté sur les figures 2 à 9 différents modes de réalisation de l'invention. Le moteur électrique 99 peut analogue à celui décrit en référence à la figure 1. Sur la figure 2, le système de refroidissement 300 comporte : le ventilateur indépendant 10 agencé pour être actionné en vue de mettre en mouvement de l'air pour un refroidissement d'un moteur électrique 99, ce 15 ventilateur étant actionnable indépendamment de la rotation de l'arbre du moteur électrique, un échangeur de chaleur 400 agencé pour refroidir de l'air mis en mouvement par le ventilateur indépendant de sorte que cet air en mouvement refroidi par l'échangeur de chaleur vienne refroidir au moins certaines parties du moteur 20 électrique, notamment des fils de bobinage du moteur électrique. Selon l'invention, il n'y a pas de liaison mécanique entre le ventilateur indépendant 10 et l'arbre 2 du moteur électrique, de sorte que la vitesse du ventilateur indépendant peut être réglée en temps réel en fonction des besoins de refroidissement du moteur. 25 Le système de refroidissement 300 est agencé pour mettre en mouvement de l'air de refroidissement dans ou autour de la machine électrique 99. 8 L'échangeur de chaleur 400 est agencé pour être alimenté par de l' eau refroidie ou un fluide réfrigérant de système de climatisation du véhicule 600. L'échangeur de chaleur 400 est agencé pour être activé en fonction des besoins de refroidissement et de la température ambiante. 5 Le ventilateur indépendant 10 est agencé pour souffler de l'air refroidi à l'intérieur du moteur et potentiellement autour de celui-ci, le moteur électrique ayant au moins une entrée d'air et une sortie d'air, comme illustré sur la figure 1. Le système comporte un dispositif de contrôle pour un contrôle du système de refroidissement spécifique basé par exemple sur la vitesse du véhicule, les demandes de couple moteur temporaires ou la température ambiante. En variante, le ventilateur indépendant 10 est agencé pour aspirer l'air vers le moteur électrique, comme illustré sur la figure 8. Le système comporte un déflecteur 401 pour orienter le flux d'air en mouvement vers un point chaud du moteur électrique, ici vers le chignon 72 de bobinage, comme illustré sur 15 la figure 3. Ici un seul déflecteur est prévu. Comme illustré sur la figure 4, il peut être prévu deux déflecteurs, à savoir un déflecteur 404 en amont du moteur électrique et un déflecteur 405 en aval du moteur pour orienter le flux d'air les chignons avant et arrière. Le système comporte un ventilateur supplémentaire 410 lié en rotation à l'arbre du 20 moteur électrique, comme illustré sur la figure 5. Le rotor peut comporter des pales pour former ventilateur 420, comme illustré sir la figure 6. Le système est agencé pour forcer de l'air ambiant à circuler au sein du moteur électrique, notamment via des ouvertures séparées 411 du ventilateur indépendant 10, 25 comme illustré sur la figure 7. 9 Comme illustré sur la figure 9, le moteur comporte des ailettes de refroidissement 450 pour améliorer les échanges thermiques entre l'air en mouvement et le stator. Si on le souhaite, il est prévu un conduit entre le ventilateur et le moteur qui notamment peut comporter des chicanes pour évacuer l'eau. 5 L'invention prévoit également, si on le souhaite, une utilisation de l'air qui a traversé la machine électrique, donc réchauffé, à des fins d'autres refroidissements, par exemple d'un convertisseur et/ou à des fins de récupération d'énergie pour le chauffage de l'habitacle ou de désembuage ou dégivrage du pare-brise. On a représenté sur la figure 10 un autre mode de réalisation conforme à l'invention. 10 Dans cet exemple, le moteur électrique 399 est relié au ventilateur 402 situé dans un boitier 405 qui porte un filtre d'air 431 agencé pour filtrer l'air qui s'écoule vers le ventilateur 405. L'air qui passe ensuite dans le moteur 399 est ainsi propre. Le ventilateur 402 est notamment un pulseur pour pulser l'air. Un conduit 450 est agencé pour canaliser l'air pulsé du ventilateur 402 vers l'intérieur 15 du moteur 399. Bien entendu, dans cet exemple, il est prévu comme plus haut, un système de refroidissement 300 comportant : - un ventilateur indépendant 402 agencé pour être actionné en vue de mettre en mouvement de l'air pour un refroidissement d'un moteur électrique, ce 20 ventilateur étant actionnable indépendamment de la rotation de l'arbre du moteur électrique, - un échangeur de chaleur 470 agencé pour refroidir de l'air mis en mouvement par le ventilateur indépendant 402 de sorte que cet air en mouvement refroidi par l'échangeur de chaleur 470 vienne refroidir au moins certaines parties du moteur 25 électrique, notamment des fils de bobinage du moteur électrique et le rotor du moteur. 10 Cet échangeur de chaleur 470 comporte des tubulures 471 d'entrée et de sortie pour un fluide réfrigérant qui circule dans des éléments d'échange thermique logés à l'intérieur de cet échangeur 470 et placés sur le chemin de l'air pulsé. Cet échangeur 470 est placé entre le conduit 450 et une volute 472 placée sur le côté 5 de sortie de l'arbre REVENDICATIONS1. Système de refroidissement (300) pour moteur électrique notamment de véhicule automobile, comportant : un ventilateur indépendant (10) agencé pour être actionné en vue de mettre en mouvement de l'air pour un refroidissement d'un moteur électrique, ce ventilateur étant actionnable indépendamment de la rotation de l'arbre du moteur électrique, un échangeur de chaleur (400) agencé pour refroidir de l'air mis en mouvement par le ventilateur indépendant de sorte que cet air en mouvement refroidi par l'échangeur de chaleur vienne refroidir au moins certaines parties du moteur électrique, notamment des fils de bobinage du moteur électrique. 2. Système selon la revendication précédente, dans lequel l'échangeur de chaleur (400) est agencé pour être alimenté par de l'eau refroidie ou un fluide réfrigérant de système de climatisation du véhicule. 3. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le ventilateur indépendant est agencé pour souffler de l'air refroidi à l'intérieur du moteur (99) et potentiellement autour de celui-ci, le moteur électrique ayant au moins une entrée d'air et une sortie d'air. 4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système est agencé pour que l'air puisse être distribué à l'intérieur du moteur de sorte qu'il est envoyé dans un point chaud tel que les extrémités du bobinage. 5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le ventilateur indépendant est agencé pour aspirer l'air vers le moteur électrique. 12 6. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le système comporte un ventilateur supplémentaire lié en rotation à l'arbre du moteur électrique. 5