Brevet FR3117704A1 — publié le 20220617

La présente invention propose un ensemble électronique d’axe X pour machine électrique tournante, ledit ensemble comprenant un système électrique (2), un circuit de refroidissement (3) comprenant un corps (30) formant logement adapté pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement (300), le système électrique (2) étant monté sur le corps (30), le circuit de refroidissement (3) comprenant également des ailettes (4) s’étendant en saillie à partir du corps (30) Figure pour l’abrégé : Figure 3a Ensemble électronique pour une machine électrique tournante L’invention concerne notamment un ensemble électronique pour une machine électrique tournante. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs électriques. Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation autour d’un axe, un stator fixe et un ensemble électronique qui alimente les consommateurs électriques à partir du courant électrique généré par le stator, ou permet également de recharger la batterie. En fonctionnement, la température de l’ensemble électronique s’élève ainsi que la température au niveau des parties actives que sont le stator et le rotor. Le refroidissement de la machine est nécessaire à son bon fonctionnement. A cet effet, la présente invention a donc pour objet un ensemble électronique d’axe X pour une telle machine comprenant un système électrique, un circuit de refroidissement comprenant un corps formant logement adapté pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement, le système électrique étant monté sur le corps, le circuit de refroidissement comprenant également des ailettes s’étendant en saillie à partir du corps. L’invention utilise donc le circuit de refroidissement de l’ensemble électronique pour refroidir le flux d’air qui entre dans la machine. Le flux d’air ainsi refroidi préalablement au contact des ailettes circule à plus basse température dans la machine. Selon une réalisation, le corps s’étend entre les ailettes et le système électrique. Selon une réalisation, le corps comprend une plaque et au moins un tube pour la circulation du fluide de refroidissement, les ailettes s’étendant depuis le tube. Selon une réalisation, au moins une ailette entoure partiellement le tube en s’étendant dans un plan sensiblement transverse à une direction d’extension du tube. Selon une réalisation, les ailettes s’étendent radialement par rapport à l’axe X. Selon une réalisation, deux ailettes adjacentes sont séparées d’un angle compris entre 3° et 20° et avantageusement entre 5° et 10°. Selon une réalisation, les ailettes s’étendent axialement selon l’axe X. Selon une réalisation, les ailettes sont venues de matière avec le corps. Selon une réalisation, au moins une ailette présente transversalement à son plan d’extension une épaisseur comprise entre 1mm et 3mm et avantageusement entre 1.8mm et 2mm. La présente invention a également pour objet une machine électrique tournante comprenant un boitier comprenant au moins un flasque logeant des parties actives de la machine, un ensemble électronique monté sur le flasque, les ailettes étant disposées entre le système électrique et ledit flasque, les ailettes s’étendant en regard du flasque. . La machine électrique tournante peut, avantageusement, former un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique. La présente invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de l’invention et de l’examen des dessins annexés. La représente, schématiquement et partiellement, une vue en coupe d’une machine électrique tournante et illustre les flux d’air entrant dans la machine. La illustre l’empilement de l’ensemble électronique sur le flasque, en présence d’ailettes. La représente schématiquement la face arrière du circuit de refroidissement muni d’ailettes dans un premier mode de réalisation La représente schématiquement la face arrière du circuit de refroidissement muni d’ailettes dans un deuxième mode de réalisation Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes références d’une figure à l’autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle. De plus, les exemples de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites. La représente un exemple de machine électrique tournante 10 compacte et polyphasée, notamment pour véhicule tel qu’un véhicule automobile ou un drone. Cette machine 10 transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique. Dans cet exemple, la machine 10 comporte un boitier 11 sur lequel est monté un ensemble électronique. A l'intérieur de ce boitier 11, elle comporte, en outre, un arbre 13, un rotor 12 solidaire en rotation de l’arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait autour d’un axe X. Dans la suite de la description, la direction axiale correspond à l'axe X, traversant en son centre l’arbre 13, alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe X. Pour les directions radiales, la dénomination intérieure correspondant à un élément orienté vers l’axe, ou plus proche de l’axe par rapport à un second élément, la dénomination extérieure désignant un éloignement de l’axe. Dans cet exemple, le boitier 11 comporte un flasque avant 16 et un flasque arrière 17 qui sont assemblés ensemble. Ces flasques 16, 17 sont de forme creuse et portent, chacun, centralement un palier accouplé à un roulement à billes 18, 19 respectif pour le montage à rotation de l'arbre 13. En outre, le boitier 11 comporte des moyens de fixation (non représenté) permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule. Un organe d’entraînement tel qu’une poulie 20 peut être fixé sur une extrémité avant de l’arbre 13. Cet organe permet de transmettre le mouvement de rotation à l’arbre ou à l’arbre de transmettre son mouvement de rotation à la courroie. Dans la suite de la description, les dénominations avant/arrière se réfèrent à cet organe. Ainsi une face avant est une face orientée en direction de l’organe alors qu’une face arrière est une face orientée en direction opposée dudit organe. L’extrémité arrière de l’arbre 13 porte, ici, des bagues collectrices 21 appartenant à un collecteur 22. Un porte-balais (non représenté) comprend des balais disposés de façon à frotter sur les bagues collectrices 21. Le porte-balais est relié à l’ensemble électronique 1. Le flasque avant 16 et le flasque arrière 17 peuvent comporter des ouvertures axiales et radiales pour le passage d’un flux d’air en vue de permettre le refroidissement des parties actives de la machine 10 par circulation d'air engendrée par la rotation d’un ventilateur avant 25 agencé sur une face axiale avant du rotor 12 et d’un ventilateur arrière 26 agencé sur une face axiale arrière dudit rotor. De manière générale, l’air est aspiré par des ouvertures axiales (non visibles sur la figure), puis circule dans le carter en passant notamment à travers le bobinage du stator, et est rejeté par des ouvertures radiales 171 du flasque représentées à la . Le rebouclage de l’air chaud qui sort de la machine par les ouvertures radiales 171, et qui re-rentrerait par les ouvertures axiales sous l’effet du ventilateur est notamment limité par un obturateur 170 illustré à la . L’obturateur permet d’obturer les ouvertures du flasque notamment au plus près des sorties de phase pour limiter ce rebouclage d’air chaud. Dans cet exemple, le rotor 12 est un rotor à griffe comportant deux roues polaires. Chaque roue polaire est formée d’un plateau orienté transversalement, d’une pluralité de griffes formants des pôles magnétiques et d’un noyau cylindrique. Le rotor comporte une bobine 35 enroulée autour du noyau. Par exemple, les bagues collectrices 21 appartenant au collecteur 22 sont reliées par des liaisons filaires à ladite bobine 35. Le rotor 12 peut également comporter des éléments magnétiques, tels que des aimants permanents, interposés entre deux griffes adjacentes. Alternativement, le rotor peut être formé d’un paquet de tôles logeant des aimants permanents formant les pôles magnétiques. Dans cet exemple de réalisation, le stator 15 comporte un corps 27 formé d'un paquet de tôles doté d'encoches, équipées d’isolant d’encoche pour le montage d’un bobinage électrique 28. Le bobinage traverse les encoches du corps 27 et forment un chignon avant et un chignon arrière de part et d'autre du corps du stator. Par ailleurs, le bobinage 28 est formé d’une ou plusieurs phases comportant au moins un conducteur électrique. Chaque phase comporte une extrémité formant une sortie de phase qui est reliée électriquement à un ensemble électronique tel qu’un convertisseur de tension. L’ensemble électronique 1 illustré à la comprend un système électrique connecté entre une source d’alimentation électrique et les parties actives de la machine pour effectuer une conversion entre la tension continue et les sorties de phase. Le système électrique 2 comporte tout d’abord une barre omnibus positive et une barre omnibus négative destinées à être connectées à la source d’alimentation électrique pour recevoir la tension continue, la barre omnibus positive recevant un potentiel électrique haut et la barre omnibus négative recevant un potentiel électrique bas. Le système électrique 2 comporte en outre au moins un module de puissance comportant une ou plusieurs barres omnibus de phase destinées être respectivement connectées à une ou plusieurs phases de la machine électrique, pour fournir leurs tensions de phase respectives. Le système électrique 2 comprend également un boitier support sur lequel est fixé un module de contrôle. Le module de contrôle est typiquement une carte de contrôle. L’ensemble électronique 1 comprend également un circuit de refroidissement 3 permettant de refroidir le système électrique 2. Le corps du circuit de refroidissement 30 comprend une plaque 31 sur laquelle sont montés les modules de puissance. L’échange thermique entre la plaque 31 et le module de puissance est réalisé par exemple grâce à un contact, direct ou par l’intermédiaire d’une pate conductrice thermiquement. Le corps 30 du circuit de refroidissement comprend également un tube 32 en contact thermique avec la plaque et dans lequel circule un fluide de refroidissement 300. Ainsi les calories à évacuer sont transférées du système électrique à la plaque puis évacuées en majeure partie vers le fluide de refroidissement 300. Le fluide de refroidissement circule typiquement à une température de 70° à 90°. Le tube 32 est par exemple disposé dans une rainure, conduit ou goulotte de la plaque 31 et maintenu solidaire de la plaque par surmoulage ou brasage ou collage ou inséré par pression dans le logement. Le corps 30 du circuit de refroidissement est avantageusement en métal. La plaque 31 a typiquement une forme circulaire sensiblement de la même dimension extérieure (pourtour) que le système électrique 2. Le tube 32 est par exemple disposé le long de la périphérie de la plaque. Le tube 32 est par exemple disposé sur les deux tiers du pourtour de la plaque. Il s’étend entre une entrée de fluide 301 et une sortie de fluide 302. Les ailettes 4 s’étendent en saillie du tube 32 comme illustré à la . Chaque ailette 4 s’étend dans son plan d’extension qui est sensiblement transverse à la direction d’extension du tube 32. Dans son plan d’extension l’ailette 4 entoure partiellement le tube 32, sur au moins une portion de la surface du tube qui n’est pas au contact de la plaque, dite surface libre du tube 32. Les ailettes 4 s’étendent ainsi radialement par rapport à l’axe de la machine. Une ailette 4 a par exemple une forme en U arrondi au niveau de sa section au plus près du tube 32, et a une forme en U à bords saillants au niveau de sa section au plus loin du tube. La disposition et la forme des ailettes 4 sont notamment dépendantes des autres éléments de la machine, disposés à proximité du circuit de refroidissement 3, et de l’espace disponible. La disposition angulaire des ailettes 4 est par exemple irrégulière avec des portions de tube 32 au niveau desquelles les ailettes 4 sont angulairement plus rapprochées et d’autres portions de tube 32 où les ailettes 4 sont angulairement plus distantes. De la même manière, dans leur plan d’extension certaines ailettes 4 pourront ne pas s’étendre sur tout le pourtour de la portion libre du tube, mais sur seulement une partie. En définissant la hauteur axiale d’une ailette 4 comme sa hauteur axiale entre son extrémité la plus proche de la plaque 31 et son extrémité dite libre la plus éloignée de la plaque 31, des ailettes 4 adjacentes pourront avoir différentes hauteurs axiales. Une ailette 4 pourra également avoir une hauteur axiale variable dans son plan d’extension. Deux ailettes 4 adjacentes seront typiquement séparées d’un angle compris entre 3° et 20°. Les ailettes 4 sont par exemple séparées d’un angle de l’ordre de 5° pour des ailettes d’épaisseur de l’ordre de 1.8mm, comme illustré à la . En variante dans le cas illustré à la , les ailettes 4 sont un peu plus espacées, d’un angle de l’ordre de 10° pour une épaisseur d’ailettes de l’ordre de 2mm. D’autres épaisseurs d’ailettes combinées avec d’autres angles pourront être envisagés sans sortir du cadre de l’invention. En variante les ailettes pourront s’étendre parallèlement les unes aux autres, en saillie à partir du corps. Lorsque la machine est assemblée, comme illustré à la , l’ensemble électronique est monté sur le flasque arrière 17, un espace séparant le flasque arrière 17 de l’ensemble électronique 1 est notamment nécessaire pour permettre l’entrée du flux d’air visant à circuler au plus près de l’ensemble électronique et à travers la machine afin de la refroidir. Les ailettes du circuit de refroidissement 3 s’étendent dans cet espace. L’espace peut avoir avantageusement une hauteur axiale comprise entre 8mm et 20mm et avantageusement de l’ordre de 14mm Une ailette 4 a typiquement une hauteur selon l’axe X adaptée pour que l’extrémité libre de l’ailette soit suffisamment proche du flasque en regard, pour avoir une surface d’ailette la plus grande possible. Un jeu doit cependant être respecté entre le flasque 17 et l’extrémité libre de l’ailette 4, pour absorber les tolérances de la chaine de côte de l’assemblage. L’ailette a avantageusement une hauteur de l’ordre de 7mm à 19mm et avantageusement de l’ordre de 13mm pour un espace de hauteur axiale de 14mm, de sorte que l’extrémité libre de l’ailette est donc à proximité axiale du palier mais pas au contact du palier. Les ailettes 4 en contact thermique avec le liquide de refroidissement maintenu à une température de l’ordre de 70°-90° sont ainsi maintenues à une température du même ordre. Au contact des ailettes 4, le flux d’air entrant est ainsi refroidi avant de circuler au niveau des parties actives de la machine à refroidir et notamment au niveau du chignon. Pour un air ambiant à 120°C, le flux d’air entre typiquement dans le carter à environ 140° en l’absence d’ailettes, c’est-à-dire échauffé de 20°C environ. En présence d’ailettes, l’air ambiant initialement à 120°C entre dans le carter à seulement 125°C typiquement, c’est-à-dire qu’il a été échauffé de 5°C seulement. Au contact des ailettes, l’échauffement de l’air circulant à proximité de l’ensemble électronique a donc été limité de façon importante. L’échauffement de l’air entrant dans le carter a été réduit de 75%. Une telle amélioration correspond à une diminution de la température de l’air entrant dans le carter de 15°C. Un tel circuit de refroidissement 3 muni d’ailettes peut être obtenu directement par moulage, les ailettes 4 étant ainsi venues de matière avec le tube. Le coût de fabrication en est ainsi limité. En variante le circuit de refroidissement 3 comprend une plaque dans laquelle une cavité est prévue pour la circulation du fluide de refroidissement 300. En autre variante le circuit de refroidissement 3 comprenant la cavité pour liquide de refroidissement est obtenu par moulage en noyau de sable ou impression 3D. La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des ensembles électronique pour alternateur ou machine réversible mais elle pourrait également s’appliquer à tout type de machine tournante. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de la présente invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. Ensemble électronique (1) d’axe X pour machine électrique tournante ledit ensemble comprenant un système électrique (2) un circuit de refroidissement (3) comprenant un corps (30) formant logement adapté pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement (300) le système électrique (2) étant monté sur le corps (30), le circuit de refroidissement (3) comprenant également des ailettes (4) s’étendant en saillie à partir du corps (30). Ensemble électronique (1) selon la revendication 1 dans lequel le corps (30) s’étend entre les ailettes (4) et le système électrique. Ensemble électronique (1) selon la revendication 2 dans lequel le corps (30) comprend une plaque (31) et au moins un tube (32) pour la circulation du fluide de refroidissement (300), les ailettes (4) s’étendant depuis le tube (32). Ensemble électronique (1) selon la revendication 3 dans lequel au moins une ailette (4) entoure partiellement le tube (32) en s’étendant dans un plan sensiblement transverse à une direction d’extension du tube. Ensemble électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les ailettes (4) s’étendent radialement par rapport à l’axe X. Ensemble électronique (1) selon la revendication 5 dans lequel deux ailettes (4) adjacentes sont séparées d’un angle compris entre 3° et 20° et avantageusement entre 5° et 10°. Ensemble électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les ailettes (4) s’étendent axialement selon l’axe X. Ensemble électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel les ailettes (4) sont venues de matière avec le corps (30). Ensemble électronique (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel au moins une ailette (4) présente transversalement à son plan d’extension une épaisseur comprise entre 1mm et 3mm et avantageusement entre 1.8mm et 2mm. Machine électrique tournante comprenant un boitier (11) comprenant au moins un flasque (17) logeant des parties actives de la machine un ensemble électronique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 monté sur le flasque (17), les ailettes (4) étant disposées entre le système électrique (2) et ledit flasque (17), les ailettes (4) s’étendant en regard du flasque (17).