Brevet FR3161328A1 — publié le 20251017

Une machine électrique (MME), par exemple équipant un véhicule, comprend un rotor (RM) monté à rotation dans un stator (SM) comportant un empilement de tôles (ET) logé dans un carter (CM) et ayant une face radiale (FR2) devant laquelle est placé un anneau d’extrémité (AE2) ayant une partie intermédiaire (PI2) propre à recevoir de l’huile entre un premier joint annulaire (JA1), s’appuyant suivant une direction axiale contre cette face radiale (FR2), et un second joint annulaire (JA2), s’appuyant contre une face interne (FI) du carter (CM) suivant une direction radiale perpendiculaire à la direction axiale. Figure 3 MACHINE ÉLECTRIQUE À STATOR À ANNEAU D’EXTRÉMITÉ À ÉTANCHÉITÉ RENFORCÉE Domaine technique de l’invention L’invention concerne les machines électriques à stator et rotor et alimentées en huile, et plus précisément l’étanchéité vis-à-vis de l’huile dans certaines parties de telles machines électriques. Etat de la technique Dans certains domaines techniques, comme par exemple celui des véhicules (éventuellement automobiles), on utilise des machines électriques à stator et rotor et alimentées en huile assurant au moins la lubrification. Par exemple, dans un véhicule ce type de machine électrique peut faire partie d’un groupe motopropulseur (ou GMP), purement électrique ou hybride (thermique et électrique), et être chargé de fournir du couple moteur pour le déplacer. On notera que ce type de machine électrique peut être associé à un onduleur (ou « inverter ») propre à alimenter électriquement cette machine électrique, ainsi qu’éventuellement à un réducteur. Généralement, la machine électrique est alimentée en huile par un premier circuit qui est connecté à un échangeur propre à induire un échange de calories entre cette huile et un fluide caloporteur circulant dans un second circuit (de refroidissement). En présence d’un onduleur, ce dernier est propre à être refroidi par le fluide caloporteur avant qu’il ne parvienne dans l’échangeur via une partie intermédiaire du second circuit. L’échangeur permet de refroidir l’huile qui alimente, notamment, la machine électrique, si bien qu’elle assure non seulement la lubrification de certaines parties actives du rotor et du stator de la machine électrique, mais aussi le refroidissement de ces parties actives. Parmi ces parties actives, on peut notamment citer ce que l’homme de l’art appelle les chignons (ou extrémités de bobine) du stator. Ces chignons sont placés devant les deux faces radiales opposées de l’empilement de tôles (ou « lamination stack ») du stator, à l’intérieur duquel le rotor peut tourner. Afin de lubrifier et refroidir ces chignons de façon ciblée, on les entoure respectivement de deux anneaux d’extrémité (ou « end-rings ») qui sont également placés respectivement devant les deux faces radiales de l’empilement de tôles, et qui comprennent chacun une partie intermédiaire recevant l’huile et munie d’une série de trous traversants pour le passage et la répartition de cette huile reçue. Chaque partie intermédiaire d’un anneau d’extrémité doit donc être isolée de façon étanche par deux joints annulaires distants. Actuellement, l’étanchéité assurée par les deux joints annulaires de l’un des deux anneaux d’extrémité pose problème en raison des importantes variations dimensionnelles de l’empilement de tôles (typiquement +/- 3 mm suivant la direction axiale du stator). En effet, l’anneau d’extrémité posant problème comprend un premier joint annulaire qui s’appuie suivant une direction axiale du stator contre la face radiale correspondante de l’empilement de tôles, et un second joint annulaire qui s’appuie suivant cette direction axiale contre un palier ou décrochement radial défini dans la face interne du carter logeant le stator et le rotor de la machine électrique. On notera que l’appui axial du second joint annulaire contre ce palier ou décrochement radial résulte de la pression axiale qui est exercée par un couvercle d’extrémité qui est monté à étanchéité sur le carter. L’anneau d’extrémité étant réalisé dans un matériau plastique flexible pour absorber les variations dimensionnelles de l’empilement de tôles, c’est principalement sa partie intermédiaire située entre ses deux joints annulaires qui se retrouve déformée (ou incurvée) lorsque la dimension axiale de l’empilement de tôles est supérieure à une valeur moyenne prédéfinie. Or, cette situation empêche le premier joint annulaire d’assurer correctement sa fonction d’étanchéité, si bien que des fuites d’huile peuvent survenir au niveau de la face radiale concernée de l’empilement de tôles, ce qui nuit notamment au refroidissement du chignon voisin. En outre, lorsque le premier joint annulaire vieilli, le risque de fuite d’huile est accru car il durcit et perd de son élasticité. L’invention a donc notamment pour but d’améliorer la situation. Présentation de l’invention Elle propose notamment à cet effet une machine électrique comprenant un rotor monté à rotation dans un stator comportant un empilement de tôles logé dans un carter et ayant une face radiale devant laquelle est placé un anneau d’extrémité ayant une partie intermédiaire propre à recevoir de l’huile entre un premier joint annulaire s’appuyant suivant une direction axiale du stator contre cette face radiale et un second joint annulaire s’appuyant contre une face interne du carter. Cette machine électrique se caractérise par le fait que le second joint annulaire s’appuie contre la face interne du carter suivant une direction radiale qui est perpendiculaire à la direction axiale. Grâce à l’invention, lorsque la dimension axiale de l’empilement de tôles est supérieure à une valeur moyenne prédéfinie, l’intégralité du second anneau d’extrémité peut se déformer pour absorber l’importante augmentation de dimension axiale, et donc les premier et second joints annulaires peuvent assurer correctement leur fonction d’étanchéité, sans risque de fuite d’huile. La machine électrique selon l’invention peut comporter d’autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment : - dans un premier mode de réalisation, la face interne du carter peut comprendre une partie qui est parallèle à la direction axiale et sur laquelle s’appuie le second joint annulaire suivant la direction radiale ; - dans un second mode de réalisation, la face interne du carter peut comprendre une partie qui est inclinée d’un angle aigu par rapport à la direction axiale et sur laquelle s’appuie le second joint annulaire suivant la direction radiale ; - dans le second mode de réalisation, l’angle aigu peut être compris entre 1° et 10° ; - elle peut comprendre un chignon placé devant la face radiale de l’empilement de tôles et entouré par l’anneau d’extrémité. Dans ce cas, la partie intermédiaire de l’anneau d’extrémité peut comprendre des trous traversants propres à alimenter en huile ce chignon ; - elle peut comprendre un couvercle d’extrémité monté à étanchéité sur le carter et exerçant sur une extrémité de l’anneau d’extrémité, opposée à la face radiale de l’empilement de tôles, une pression suivant la direction axiale afin de presser le premier joint annulaire suivant cette direction axiale contre cette face radiale. L’invention propose également un véhicule, éventuellement de type automobile, et comprenant : - un premier circuit dans lequel circule de l’huile propre à la lubrification et à un échange de calories et connecté à un échangeur propre à induire un échange de calories entre cette huile et un fluide caloporteur circulant dans un second circuit, et - un groupe motopropulseur (ou GMP) comprenant une machine électrique du type de celle présentée ci-avant et alimentée par le premier circuit en huile issue de l’échangeur. Par exemple, ce véhicule peut aussi comprendre un onduleur propre à alimenter électriquement la machine électrique et à être refroidi par le fluide caloporteur avant qu’il ne parvienne dans l’échangeur via une partie intermédiaire du second circuit. Egalement par exemple, ce véhicule peut aussi comprendre un réducteur propre à recevoir un couple moteur délivré par la machine électrique et alimenté en huile de lubrification par le premier circuit. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à l’examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés (obtenus pour certains d’entre eux en CAO/DAO (« Conception Assistée par Ordinateur/Dessin Assisté par Ordinateur »)), sur lesquels : FIG. 1 illustre schématiquement et fonctionnellement un exemple de réalisation d’un véhicule comprenant un circuit de refroidissement et un GMP comportant un exemple de machine (motrice) électrique selon l’invention, FIG. 2 illustre schématiquement, dans une vue en perspective, une partie d’un exemple de stator d’une machine (motrice) électrique selon l’invention, FIG. 3 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe dans un plan axial et vertical, une partie d’un premier exemple de réalisation d’une machine (motrice) électrique selon l’invention, et FIG. 4 illustre schématiquement et fonctionnellement, dans une vue en coupe dans un plan axial et vertical, une partie d’un second exemple de réalisation d’une machine (motrice) électrique selon l’invention. Description détaillée de l’invention L’invention a notamment pour but de proposer une machine électrique MME à stator SM et rotor RM, alimentée en huile et à étanchéité renforcée. Dans ce qui suit, on considère, à titre d’exemple non limitatif, que la machine électrique MME est destinée à faire partie d’un groupe motopropulseur (ou GMP) d’un véhicule V, par exemple de type automobile. Mais l’invention n’est pas limitée à cette application. En effet, une machine électrique MME selon l’invention peut équiper n’importe quel système ou appareil électrique, et notamment tous les véhicules (terrestres, maritimes (ou fluviaux) ou aériens), les appareils (éventuellement électroménagers), les installations (éventuellement industrielles) et les bâtiments électrifiés. En outre, une machine électrique MME selon l’invention ne fait pas forcément partie d’un GMP, et donc n’est pas forcément propre à fournir du couple moteur. Par ailleurs, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que le véhicule V comprend un groupe motopropulseur (ou GMP) de type tout électrique (et donc dont la motricité est assurée exclusivement par une machine (motrice) électrique MME selon l’invention). Mais le GMP pourrait être de type hybride (thermique et électrique). De plus, on considère dans ce qui suit, à titre d’exemple non limitatif, que la machine (motrice) électrique MME est alimentée en énergie électrique par une batterie principale (ou « de traction » ou encore « de puissance ») BP, rechargeable pendant des phases de recharge (externes ou par récupération interne de couple). Mais la machine (motrice) électrique MME pourrait être alimentée en énergie électrique par une pile à combustible. On a schématiquement représenté sur la FIG. 1 un véhicule V comprenant un GMP électrique (et donc à machine (motrice) électrique MME selon l’invention), un onduleur OM, un réducteur RD, une batterie principale (ou de traction ou encore de puissance) BP, un calculateur de supervision CS, un premier circuit C1, et un second circuit (de refroidissement) C2. Le GMP fait partie d’une chaîne de transmission, et est, ici, purement électrique. Il comprend donc au moins une machine (motrice) électrique MME selon l’invention agencée de manière à fournir du couple moteur pour déplacer le véhicule V lorsqu’elle est alimentée électriquement, ici en tension et courant alternatifs par l’onduleur OM, à partir de l’énergie électrique continue stockée (ici) dans la batterie principale BP. Le fonctionnement du GMP est supervisé par un calculateur de supervision CS. La batterie principale BP peut, par exemple, comprendre des cellules de stockage d’énergie électrique, éventuellement électrochimiques (par exemple de type lithium-ion (ou Li-ion) ou Ni-Mh ou Ni-Cd). Egalement par exemple, la batterie principale BP peut être de type basse tension (typiquement 450 V à titre illustratif). Mais elle pourrait être de type moyenne tension ou haute tension. La machine motrice électrique MME est ici couplée, via un réducteur RD, à un arbre de transmission qui est lui-même couplé à au moins un train de roues motrices du véhicule V, de préférence via un différentiel. Par exemple, ce train peut être situé dans la partie avant du véhicule V. Mais il pourrait être situé dans la partie arrière du véhicule V. Par ailleurs, et comme illustré sur la FIG. 1 , la machine motrice électrique MME est alimentée en huile par le premier circuit C1, qui est connecté à un échangeur EC propre à induire un échange de calories entre cette huile de lubrification et un fluide caloporteur circulant dans le second circuit (de refroidissement) C2. On notera que dans l’exemple illustré non limitativement sur la FIG. 1 le premier circuit C1 alimente également en huile le réducteur RD. Mais cela n’est pas une obligation. On notera également que dans l’exemple illustré non limitativement sur la FIG. 1 le premier circuit C1 comprend aussi un réservoir RH stockant et collectant l’huile, un filtre FH, et une pompe PH aspirant dans le réservoir RH l’huile pour l’injecter, via le filtre FH, dans l’échangeur EC. Ce dernier (EC) comprend une première sortie qui alimente une partie du premier circuit C1 qui est (ici) connectée au réducteur RD pour l’alimenter en huile, et le premier circuit C1 comprend une autre partie qui interconnecte une sortie du réducteur RD à une entrée de la machine motrice électrique MME afin d’alimenter cette dernière (MME) en huile. Cette huile circule ensuite dans une autre partie du premier circuit C1 qui alimente le réservoir RH. Egalement comme illustré sur la FIG. 1 , l’onduleur OM est propre à être refroidi par le fluide caloporteur avant qu’il ne parvienne dans l’échangeur EC via une première partie intermédiaire PAI1 du second circuit C2. Par exemple, et comme illustré non limitativement sur la FIG. 1 , le second circuit C2 peut comprendre un radiateur RR installé en aval de l’échangeur EC, et propre à refroidir le fluide caloporteur. Dans ce cas, le second circuit C2 peut comprendre une seconde partie intermédiaire PAI2 interconnectant (directement ou indirectement) une seconde sortie de l’échangeur EC au radiateur RR, et encore une autre partie intermédiaire interconnectant (directement ou indirectement) une sortie du radiateur RR à une entrée de l’onduleur OM. On notera que le second circuit C2 peut être dédié au refroidissement de l’onduleur OM et de l’huile. Mais cela n’est pas obligatoire. En effet, il pourrait aussi servir au refroidissement d’au moins un autre équipement ou organe du véhicule V. Comme illustré partiellement sur les figures 3 et 4, une machine électrique MME, selon l’invention, comprend un rotor RM monté à rotation dans un stator SM et un carter CM logeant ces stator SM et rotor RM. Comme illustré au moins partiellement sur les figures 2 à 4, le stator SM comprend notamment un empilement de tôles (ou lamination stack) ET, des premier CH1 et second CH2 chignons (ou extrémités de bobine), des premier AE1 et second AE2 anneaux d’extrémité (ou end-rings), et un couvercle CE. L’empilement de tôles ET est logé dans le carter CM, comprend un logement central (et axial) dans lequel est monté à rotation le rotor RM, et a des première FR1 et seconde FR2 faces radiales opposées. On entend ici par « face radiale » une face qui est parallèle à une direction radiale dr qui est perpendiculaire à la direction axiale da du stator SM et du rotor RM. Cette direction axiale da est par ailleurs parallèle à l’axe de rotation du rotor RM. Comme illustré au moins partiellement sur les figures 2 à 4, le premier anneau d’extrémité AE1 et le premier chignon CH1 sont placés devant la première face radiale FR1, et le premier anneau d’extrémité AE1 entoure le premier chignon CH1. De même, le second anneau d’extrémité AE2 et le second chignon CH2 sont placés devant la seconde face radiale FR2, et le second anneau d’extrémité AE2 entoure le second chignon CH2. Par ailleurs, le premier anneau d’extrémité AE1 a une première partie intermédiaire PI1 qui est propre à recevoir de l’huile issue du premier circuit C1 entre un premier joint annulaire JA1’ (visible sur les figures 3 et 4) et un second joint annulaire JA2’ (visible sur la FIG. 2 ). Par exemple, l’alimentation en huile de la première partie intermédiaire PI1 peut se faire via un canal défini dans le carter CM. Le premier joint annulaire JA1’ s’appuie suivant la direction axiale da contre la première face radiale FR1 de l’empilement de tôles ET, et le second joint annulaire JA2’ s’appuie suivant la direction axiale da contre une paroi non représentée de la machine électrique MME et située à l’opposé du premier joint annulaire JA1’. La première partie intermédiaire PI1 du premier anneau d’extrémité AE1 (qui reçoit l’huile de façon étanche grâce aux premier JA1’ et second JA2’ joints annulaires) est munie d’une série de premiers trous traversants TT1 qui permettent le passage et la répartition de cette huile reçue vers le premier chignon CH1 (voir FIG. 2 ). Cela permet non seulement de lubrifier le premier chignon CH1, mais aussi de refroidir ce dernier (CH1). Le second anneau d’extrémité AE2 a une seconde partie intermédiaire PI2 qui est propre à recevoir de l’huile issue du premier circuit C1 entre un premier joint annulaire JA1 (visible sur les figures 3 et 4) et un second joint annulaire JA2 (visible sur les figures 2 à 4). Par exemple, l’alimentation en huile de la seconde partie intermédiaire PI2 peut se faire via un canal défini dans le carter CM (lequel peut aussi éventuellement alimenter la première partie intermédiaire PI1). Le premier joint annulaire JA1 s’appuie suivant la direction axiale da contre la seconde face radiale FR2 de l’empilement de tôles ET, et le second joint annulaire JA2 s’appuie contre la face interne FI du carter CM suivant la direction radiale dr (perpendiculaire à la direction axiale da). On comprendra que dans une machine électrique MME selon l’invention le second joint annulaire JA2 ne s’appuie plus contre la face interne FI du carter CM suivant la direction axiale da (au niveau d’un décrochement ou palier radial), mais suivant la direction radiale dr. Cela est particulièrement avantageux car, lorsque la dimension axiale de l’empilement de tôles ET est supérieure à une valeur moyenne prédéfinie, l’intégralité du second anneau d’extrémité AE2 peut se déformer (s’incurver) pour absorber l’importante augmentation de dimension axiale de l’empilement de tôles ET, et non pas seulement sa seconde partie intermédiaire PI2. De ce fait, les premier JA1 et second JA2 joints annulaires peuvent assurer correctement leur fonction d’étanchéité, et donc il n’y a plus de risque d’occurrence de fuite d’huile tant au niveau de la seconde face radiale FR2 de l’empilement de tôles ET que de la face interne FI du carter CM, y compris lorsque les premier JA1 et second JA2 joints annulaires vieillissent, et donc durcissent et perdent de leur élasticité. Dans un premier mode de réalisation illustré non limitativement sur la FIG. 3 , la face interne FI du carter CM peut comprendre une partie P1 qui est parallèle à la direction axiale da et sur laquelle s’appuie le second joint annulaire JA2 suivant la direction radiale dr. Dans un second mode de réalisation illustré non limitativement sur la FIG. 4 , la face interne FI du carter CM peut comprendre une partie P1 qui est inclinée d’un angle aigu par rapport à la direction axiale da et sur laquelle s’appuie le second joint annulaire JA2 suivant la direction radiale dr. Par exemple, cet angle aigu peut être compris entre 1° et 10°. A titre d’exemple illustratif, cet angle aigu peut être égal à 5°. Mais d’autres valeurs peuvent être choisies pour cet angle aigu, l’important étant qu’il n’y ait pas de décrochement ou palier radial dans toute la zone où le second joint annulaire JA2 peut potentiellement s’appuyer sur la face interne FI compte tenu des variations dimensionnelles possibles de l’empilement de tôles ET. Egalement par exemple, et comme illustré non limitativement sur les figures 2 à 4, la seconde partie intermédiaire PI2 du second anneau d’extrémité AE2 (qui reçoit l’huile de façon étanche grâce aux premier JA1 et second JA2 joints annulaires) peut être munie d’une série de seconds trous traversants TT2 qui permettent le passage et la répartition de cette huile reçue vers le second chignon CH2. Cela permet non seulement de lubrifier de façon optimale le second chignon CH2 (du fait de l’absence de fuite), mais aussi de refroidir de façon optimale ce second chignon CH2 (du fait de l’absence de fuite), et donc d’augmenter la durée de vie du stator SM. Par ailleurs, et comme illustré non limitativement sur les figures 3 et 4, le couvercle d’extrémité CE peut être monté à étanchéité (via un joint annulaire) sur le carter CM et peut exercer sur une extrémité du second anneau d’extrémité AE2, opposée à la seconde face radiale FR2, une pression suivant la direction axiale da afin de presser le premier joint annulaire JA1 suivant cette direction axiale da contre la seconde face radiale FR2. Machine électrique (MME) comprenant un rotor (RM) monté à rotation dans un stator (SM) comportant un empilement de tôles (ET) logé dans un carter (CM) et ayant une face radiale (FR2) devant laquelle est placé un anneau d’extrémité (AE2) ayant une partie intermédiaire (PI2) propre à recevoir de l’huile entre un premier joint annulaire (JA1), s’appuyant suivant une direction axiale dudit stator (SM) contre ladite face radiale (FR2), et un second joint annulaire (JA2), s’appuyant contre une face interne (FI) dudit carter (CM), caractérisé en ce que ledit second joint annulaire (JA2) s’appuie contre ladite face interne (FI) suivant une direction radiale perpendiculaire à ladite direction axiale. Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite face interne (FI) comprend une partie (P1) parallèle à ladite direction axiale et sur laquelle s’appuie ledit second joint annulaire (JA2) suivant ladite direction radiale. Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ladite face interne (FI) comprend une partie (P1) inclinée d’un angle aigu par rapport à ladite direction axiale et sur laquelle s’appuie ledit second joint annulaire (JA2) suivant ladite direction radiale. Machine électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que ledit angle aigu est compris entre 1° et 10°. Machine électrique selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu’elle comprend un chignon (CH2) placé devant ladite face radiale (FR2) de l’empilement de tôles (ET) et entouré par ledit anneau d’extrémité (AE2), et en ce que ladite partie intermédiaire (PI2) de l’anneau d’extrémité (AE2) comprend des trous traversants (TT2) propres à alimenter en huile ledit chignon (CH2). Machine électrique selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu’elle comprend un couvercle d’extrémité (CE) monté à étanchéité sur ledit carter (CM) et exerçant sur une extrémité dudit anneau d’extrémité (AE2), opposée à ladite face radiale (FR2), une pression suivant ladite direction axiale afin de presser ledit premier joint annulaire (JA1) suivant ladite direction axiale contre ladite face radiale (FR2). Véhicule (V) comprenant un groupe motopropulseur et un premier circuit (C1) i) dans lequel circule de l’huile propre à la lubrification et à un échange de calories et ii) connecté à un échangeur (EC) propre à induire un échange de calories entre ladite huile et un fluide caloporteur circulant dans un second circuit (C2), caractérisé en ce que ledit groupe motopropulseur comprend une machine électrique (MME) selon l’une des revendications 1 à 6, alimentée par ledit premier circuit (C1) en huile issue dudit échangeur (EC). Véhicule selon la revendication 7, caractérisé en ce qu’il comprend un onduleur (OM) propre à alimenter électriquement ladite machine électrique (MME) et à être refroidi par ledit fluide caloporteur avant qu’il ne parvienne dans ledit échangeur (EC) via une partie intermédiaire (PAI1) dudit second circuit (C2). Véhicule selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce qu’il comprend un réducteur (RD) propre à recevoir un couple moteur délivré par ladite machine électrique (MME) et alimenté en huile par ledit premier circuit (C1). Véhicule selon l’une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que qu’il est de type automobile.