Brevet FR3144447A1 — publié le 20240628

Machine électrique tournante à flux axial L’invention concerne une machine électrique tournante à flux axial (1) ayant un axe de rotation (X), comprenant : au moins un rotor (3), au moins un stator (2) disposé face à face avec ledit au moins un rotor dans une direction axiale en formant un entrefer, ce stator comprenant : une pluralité d’enroulements électriques (10) qui sont inscrits entre un contour radialement interne (15) et un contour radialement externe (16), une enceinte (17) dans laquelle est placé le stator (2), une chambre de distribution (30) d’un fluide de refroidissement, notamment un fluide diélectrique, cette chambre de distribution communique avec l’enceinte par au moins un orifice de projection (36) traversant une paroi annulaire (22) de cette enceinte qui entoure le contour radialement externe des enroulements électriques, cet orifice de projection (36) étant configuré pour projeter du fluide de refroidissement provenant de cette chambre de distribution dans l’enceinte (17). Figure pour l’abrégé : Figure 5 Machine électrique tournante à flux axial La présente invention concerne une machine électrique tournante à flux axial, notamment configurée pour participer à la propulsion d’un véhicule électrique. On connait par la demande de brevet US2021288554 un moteur à flux axial comportant un système de circulation de fluide de refroidissement dans un entrefer entre un stator et un rotor. L’invention vise à améliorer le refroidissement d’une machine électrique tournante à flux axial. L’invention a ainsi pour objet une machine électrique tournante à flux axial ayant un axe de rotation, comprenant : au moins un rotor, au moins un stator disposé face à face avec ledit au moins un rotor dans une direction axiale en formant un entrefer, ce stator comprenant : une pluralité d’enroulements électriques qui sont inscrits entre un contour radialement interne et un contour radialement externe, une enceinte dans laquelle est placé le stator, une chambre de distribution d’un fluide de refroidissement, notamment un fluide diélectrique, cette chambre de distribution communique avec l’enceinte par au moins un orifice de projection traversant une paroi annulaire de cette enceinte qui entoure le contour radialement externe des enroulements électriques, cet orifice de projection étant configuré pour projeter du fluide de refroidissement provenant de cette chambre de distribution dans l’enceinte. Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de distribution est formée entre la paroi annulaire de l’enceinte du stator et un carter, notamment un carter de boîte de vitesses. La présente invention permet ainsi de refroidir, par pulvérisation de fluide, la machine électrique tournante à flux axial. La chambre de distribution du flux de fluide de refroidissement, par exemple de l'huile, est disposée entre une paroi intérieure de la boîte de vitesses et une paroi extérieure de l’enceinte du stator. L’invention permet d’avoir un ensemble compact, tout en fournissant un meilleur effet de dissipation thermique par la pulvérisation de fluide. Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de distribution présente une forme annulaire. Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de distribution est délimitée axialement par au moins un joint, notamment deux joints placés de manière décalée suivant l’axe de rotation. Selon l’un des aspects de l’invention, ces joints sont en appui sur, d’une part, une paroi du carter et, d’autre part, sur la paroi annulaire de l’enceinte. Par exemple, les joints sont à base de silicone. Selon l’un des aspects de l’invention, le ou les joints sont de type joint torique. En variante, le ou les joints sont de type joint plat. Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de distribution communique avec l’enceinte par une pluralité d’orifices de projection. Selon l’un des aspects de l’invention, ces orifices de projection sont disposés tout autour de l’enceinte, notamment avec un pas régulier entre eux. Selon l’un des aspects de l’invention, les orifices de projection débouchent, au moins pour certains, dans l’enceinte, entre deux enroulements circonférentiellement voisins du stator. Si on le souhaite, les orifices de projection débouchent, au moins pour certains, dans l’enceinte, sur une face circonférentielle de l’un des enroulements du stator. Selon l’un des aspects de l’invention, l’enceinte du stator est formée par un boîtier qui comprend une pluralité de sièges sur chacun desquels est en appui une dent portant un ou plusieurs des enroulements du stator. Selon l’un des aspects de l’invention, les sièges sont disposés autour de l’axe de rotation, notamment de manière régulière. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque dent est interposée, dans la direction axiale, entre un siège du boîtier et un siège du support distinct. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque siège est délimité par deux branches radiales du boîtier. Selon l’un des aspects de l’invention, chaque dent est positionnée circonférentiellement entre deux branches radiales voisines. Selon l’un des aspects de l’invention, les branches s’étendent de manière rectiligne, dans la direction radiale. Selon l’un des aspects de l’invention, le boîtier comprend une paroi annulaire interne et une paroi annulaire externe, et les branches radiales délimitant les sièges s’étendent radialement entre cette paroi annulaire interne et la paroi annulaire externe. Selon l’un des aspects de l’invention, le siège pour chaque dent comporte au moins une zone d’appui sur laquelle s’appuie la dent, notamment une partie d'extrémité de la dent. Selon l’un des aspects de l’invention, l’un des d’orifices de projection de fluide de refroidissement est disposé à l’aplomb de l’une des branches du boîtier. Ainsi le fluide de refroidissement est projeté dans l’espace entre deux dents voisines. Selon l’un des aspects de l’invention, l’une au moins des branches comprend un déflecteur configuré pour scinder un flux de fluide de refroidissement provenant de l’orifice de projection en deux flux dirigés vers les deux enroulements qui sont de part et d’autre de la branche. Selon l’un des aspects de l’invention, ce déflecteur est formé par une saillie, notamment en forme de nervure, de la branche. Selon l’un des aspects de l’invention, la chambre de distribution comprend une entrée de fluide de refroidissement formée sur le carter, et qui comprend notamment un embout de raccord configuré pour le raccord d’un tuyau d’amené de fluide de refroidissement. Selon l’un des aspects de l’invention, l’enceinte comprend une sortie de fluide de refroidissement formée sur le boîtier définissant l’enceinte du stator. Selon l’un des aspects de l’invention, la sortie de fluide de refroidissement comporte une fente sur le boîtier. L’invention a encore pour objet un ensemble comportant une machine électrique tournante à flux axial telle que précitée, et une boîte de vitesses pourvue d’un carter, la machine électrique tournante à flux axial étant logée dans un logement du carter. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, et de plusieurs exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels : est une vue schématique, en perspective, d’une machine électrique tournante à flux axial logée dans un carter de boîtier de vitesses, selon un exemple de réalisation de l’invention ; est une vue schématique latérale, de la machine électrique tournante à flux axial de la ; est une vue schématique, de face, de la machine électrique tournante à flux axial de la ; est une vue schématique et partielle, en perspective, d’un boîtier de la machine électrique tournante à flux axial de la ; est une vue schématique et partielle, en coupe, de l’ensemble de la . On a représenté une machine électrique tournante à flux axial 1, du type à aimants permanents, d’axe de rotation X, comprenant un stator 2 et deux rotors 3 placés de part et d’autre du stator 2, en face à face axialement avec ce stator 2. Les stator 2 et rotors 3 sont visibles en coupe la . Dans l’exemple décrit, la machine électrique à flux axial 1 est configurée pour fonctionner en mode moteur et en mode générateur. Il s’agit ici d’un moteur synchrone à aimants permanents, pour la propulsion d’un véhicule électrique. La représente un ensemble 100 comportant la machine électrique tournante à flux axial 1 et une boîte de vitesses 110 pourvue d’un carter 111, la machine électrique tournante à flux axial 1 étant logée dans un logement 112 du carter 111. De manière connue, chaque rotor 3 comporte une platine portant une pluralité d’aimants permanents de contour sensiblement en secteur de disque. Le stator 2 comprend une pluralité d’enroulements électriques 10, une pluralité de dents 50 portant ces enroulements électriques 10. Un boîtier 12 est configuré pour porter la pluralité de dents 50. Les enroulements 10 sur les dents 50 forment ensemble un bobinage général du stator, par exemple de type triphasé. Ces enroulements 10 sont réalisés par des spires de fils électriques autour de chaque dent. Chaque dent 50 comprend un empilement radial de tôles en acier électrique à grains orientés. En variante, chaque dent est réalisée en matériau composite magnétique doux, ou « Soft Magnetic Composite (SMC) » en anglais, notamment obtenu par frittage. Les enroulements 10 sont configurés pour être alimentés électriquement de sorte à générer un champ magnétique capable de produire avec les rotors 3 de la machine électrique à flux axial 1, un couple de sortie. Une résine, notamment une résine époxy, peut être déposée sur les spires des enroulements 10. Les enroulements électriques 10 sont inscrits entre un contour radialement interne 15 et un contour radialement externe 16. Le boîtier 12 forme une enceinte 17 pour recevoir le stator 2 et les rotors 3. Comme visible sur la , une chambre de distribution 30 d’un fluide de refroidissement diélectrique est formée entre une paroi annulaire 22 du boîtier 12 et le carter 111. Cette chambre de distribution 30 communique avec l’enceinte 17 par des orifices de projection 36 et 37 traversant la paroi annulaire 22 de l’enceinte 17 qui entoure le contour radialement externe 16 des enroulements électriques 10. Ces orifices de projection 36 et 37 sont configurés pour projeter du fluide de refroidissement provenant de cette chambre de distribution 30 dans l’enceinte 17. La chambre de distribution 30 présente une forme annulaire, autour du boîtier 12. La chambre de distribution 30 est délimitée axialement selon l’axe X, par deux joints annulaires 38 placés de manière décalée suivant l’axe de rotation X. Ces joints 38 sont en appui sur, d’une part, une paroi interne 115 du carter 111 et, d’autre part, sur la paroi annulaire 22 du boîtier 12. Par exemple, les joints 38 sont à base de silicone. Les orifices de projection 36 et 37 sont disposés tout autour de l’enceinte 17, avec un pas régulier entre eux. Le boîtier 12 comprend une pluralité de sièges 40 sur chacun desquels est en appui une dent 50 portant les enroulements 10 du stator. Ces sièges 40 sont disposés autour de l’axe de rotation X, de manière régulière. Chaque dent 50 est interposée, dans la direction axiale X, entre un siège 40 du boîtier 12 et un siège similaire d’un support (non représenté) de l’autre côté des dents. Chaque siège 40 est délimité par deux branches radiales 41 du boîtier 12. Chaque dent 50 est positionnée circonférentiellement entre deux branches radiales 41 voisines. Les branches 41 s’étendent de manière rectiligne, dans la direction radiale. Le boîtier 12 comprend une paroi annulaire interne 43 et une paroi annulaire externe 22, et les branches radiales 41 délimitant les sièges s’étendent radialement entre cette paroi annulaire interne 43 et la paroi annulaire externe 22. Le siège 40 pour chaque dent 50 comporte au moins une zone d’appui sur laquelle s’appuie une partie d'extrémité de la dent 50. On distingue deux groupes d’orifices de projection 36 et 37, qui sont disposés respectivement suivant deux rangées décalées axialement selon l’axe X, comme bien visibles sur la . Pour les orifices de projection 36, ils débouchent dans l’enceinte 17, sur une face circonférentielle 39 de chacun des enroulements 10 du stator. Quant aux orifices de projection 37, ils débouchent dans l’enceinte 17, entre deux enroulements 10 circonférentiellement voisins du stator. Chacun orifice des orifices de projection 37 de fluide de refroidissement est disposé à l’aplomb de l’une des branches 41 du boîtier 12. Ainsi le fluide de refroidissement est projeté dans l’espace entre deux dents 50 voisines. Les branches 41 comprennent un déflecteur 44 configuré pour scinder un flux de fluide de refroidissement provenant de l’orifice de projection 37 en deux flux dirigés vers les deux enroulements 10 qui sont de part et d’autre de la branche 41. Ce déflecteur 44 est formé par une saillie, en forme de nervure, de la branche 41. La chambre de distribution 30 comprend une entrée 47 de fluide de refroidissement formée sur le carter 111, sous forme d’un embout de raccord configuré pour le raccord d’un tuyau d’amené de fluide de refroidissement. L’enceinte 17 comprend une sortie 48 de fluide de refroidissement formée sur le boîtier 12, sous la forme de deux fentes 49 en forme de haricot. Ces fentes 49 sont adjacentes au pourtour extérieur de ce boîtier 12, à un point bas pour faciliter l’évacuation de fluide de refroidissement, comme illustré sur la . Le fluide qui est évacué de l’enceinte 17 par ces fentes 49 est ensuite évacué par une tubulure 51 sur le carter 111. Les fentes peuvent être de formes différentes, et/ou en nombres différents. La fente peut être unique, à la place d’être au nombre de deux. Les orifices 36 et 37 peuvent être circulaires, ou en variante, oblongs. Leur nombre peut varier, et les rangées de disposition peuvent aussi être en nombres différents. Machine électrique tournante à flux axial (1) ayant un axe de rotation (X), comprenant : au moins un rotor (3), au moins un stator (2) disposé face à face avec ledit au moins un rotor dans une direction axiale en formant un entrefer, ce stator comprenant : une pluralité d’enroulements électriques (10) qui sont inscrits entre un contour radialement interne (15) et un contour radialement externe (16), une enceinte (17) dans laquelle est placé le stator (2), une chambre de distribution (30) d’un fluide de refroidissement, notamment un fluide diélectrique, cette chambre de distribution communique avec l’enceinte par au moins un orifice de projection (36, 37) traversant une paroi annulaire (22) de cette enceinte qui entoure le contour radialement externe des enroulements électriques, cet orifice de projection (36, 37) étant configuré pour projeter du fluide de refroidissement provenant de cette chambre de distribution dans l’enceinte (17). Machine selon la revendication précédente, dans laquelle la chambre de distribution (30) est formée entre la paroi annulaire (22) de l’enceinte du stator et un carter, notamment un carter (111) de boîte de vitesses (110). Machine selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la chambre de distribution (30) est délimitée axialement par au moins un joint (38), notamment deux joints placés de manière décalée suivant l’axe de rotation (X). Machine selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la chambre de distribution (30) communique avec l’enceinte (17) par une pluralité d’orifices de projection (36, 37). Machine selon la revendication précédente, dans laquelle ces orifices de projection (36, 37) sont disposés tout autour de l’enceinte (17), notamment avec un pas régulier entre eux. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle les orifices de projection débouchent, au moins pour certains, dans l’enceinte, entre deux enroulements circonférentiellement voisins du stator. Machine selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’enceinte du stator est formée par un boîtier (12) qui comprend une pluralité de sièges (40) sur chacun desquels est en appui une dent (50) portant un ou plusieurs des enroulements du stator. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle chaque siège (40) est délimité par deux branches radiales (41) du boîtier. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle l’un des d’orifices (37) de projection de fluide de refroidissement est disposé à l’aplomb de l’une des branches (41) du boîtier. Machine selon la revendication précédente, dans laquelle l’une au moins des branches comprend un déflecteur (44) configuré pour scinder un flux de fluide de refroidissement provenant de l’orifice de projection en deux flux dirigés vers les deux enroulements qui sont de part et d’autre de la branche. Ensemble (100) comportant une machine électrique tournante (1) à flux axial selon l’une des revendications précédentes, et une boîte de vitesses (110) pourvue d’un carter (111), la machine électrique tournante à flux axial étant logée dans un logement (112) du carter.