Brevet FR3154265A1 — publié le 20250418

Carter pour machine électrique tournante, machine électrique tournante et procédé de fabrication associé La présente invention concerne un carter (9) pour machine électrique tournante (1) comprenant un corps (11) comprenant une paroi latérale (11a) apte à supporter en rotation un arbre de rotor (5) de machine électrique tournante (1) par l’intermédiaire d’un premier roulement (7a) pour former un premier palier et une paroi longitudinale (11b) dont la surface intérieure est apte à porter un stator (15) de machine électrique tournante (1), dans lequel le corps (11) comprend une chambre de refroidissement (19) apte à recevoir un fluide de refroidissement, la chambre de refroidissement (19) s’étendant dans la paroi longitudinale (11b) pour refroidir le stator (15) et dans la paroi latérale (11a) pour refroidir le premier roulement (7a). Carter pour machine électrique tournante, machine électrique tournante et procédé de fabrication associé L’invention concerne un carter de machine électrique tournante et une machine électrique tournante comprenant un tel carter ainsi qu’un procédé de fabrication d’un tel carter. Les machines électriques tournantes sont largement utilisées dans l’industrie et notamment dans le domaine automobile, que ce soit pour la propulsion des véhicules électriques ou pour les différents équipements du véhicule. L’utilisation des machines électriques tournantes induit un échauffement du fait des frottements lors de la rotation à vitesse élevée du rotor ainsi que des pertes électriques. Afin de permettre un bon fonctionnement de la machine électrique tournante, il convient donc de limiter son échauffement et en particulier l’échauffement des roulements du fait de la présence de graisse qui tend à perdre ses propriétés lubrifiantes au-delà d’une certaine température de sorte qu’un échauffement important et prolongé au-delà de cette température peut conduire à un grippage de la machine électrique tournante. Limiter l’échauffement est également nécessaire du fait de la présence de composants électroniques utilisés pour la commande de la machine électrique tournante. Afin de refroidir la machine électrique tournante, il est connu d’utiliser un circuit de fluide de refroidissement disposé à proximité des zones à refroidir pour évacuer efficacement une grande partie de la chaleur produite. Cependant, un tel circuit de refroidissement peut être difficile à réaliser et à mettre en œuvre puisqu’il nécessite une étanchéité parfaite pour éviter tout risque de dégradation des composants électroniques utilisés pour la commande de la machine électrique tournante. Une telle étanchéité requiert généralement l’utilisation de joints, notamment si le circuit doit refroidir différentes parties de la machine électrique tournante, par exemple le stator et les paliers. Ces joints doivent être placés précisément lors de l’assemblage de la machine tournante et doivent être entretenus et/ou changés durant la durée de vie de la machine électrique tournante pour conserver leur étanchéité. De plus, il convient de limiter l’encombrement global de la machine électrique tournante malgré la présence du circuit de refroidissement pour faciliter son intégration, notamment dans le cas d’une utilisation dans un véhicule automobile. Il convient donc de trouver une solution permettant d’obtenir un refroidissement efficace d’une machine électrique tournante sans complexifier le procédé de fabrication de la machine électrique tournante et notamment l’assemblage des différentes pièces afin de limiter la main d’œuvre nécessaire à la fabrication et en limitant l’encombrement de la machine électrique tournante. A cet effet, la présente invention concerne un carter pour machine électrique tournante comprenant un corps comprenant une paroi latérale apte à supporter en rotation un arbre de rotor de machine électrique tournante par l’intermédiaire d’un premier roulement pour former un premier palier et une paroi longitudinale dont la surface intérieure est apte à porter un stator de machine électrique tournante, le corps comprenant une chambre de refroidissement apte à recevoir un fluide de refroidissement, la chambre de refroidissement s’étendant dans la paroi longitudinale pour refroidir le stator et dans la paroi latérale pour refroidir le premier roulement. Un tel carter permet de refroidir efficacement les différents éléments de la machine électrique tournante et en particulier le premier roulement. Selon un autre aspect de la présente invention, la chambre de refroidissement s’étend selon une forme de spirale autour du stator. Selon un autre aspect de la présente invention, la chambre de refroidissement comprend une entrée et une sortie respectivement aptes à permettre l’entrée d’un fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement et la sortie d’un fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement. L’entrée et la sortie peuvent être interverties. La chambre de refroidissement peut ne pas comprendre des joints ; La chambre pouvant être ménagée, de préférence uniquement, à l’intérieur du carter et non entre plusieurs pièces distinctes, aucun joint n’est nécessaire, joints qui peuvent imposer un sens de circulation lorsqu’ils sont unidirectionnels et/ou dissymétriques. Selon un autre aspect de la présente invention, l’entrée et la sortie de la chambre de refroidissement sont positionnées sur la paroi latérale ou sur la paroi longitudinale du corps. Selon un autre aspect de la présente invention, la paroi longitudinale comprend un décroché radial interne du côté de la paroi latérale dans lequel s’étend la chambre de refroidissement pour refroidir des chignons de stator de machine électrique tournante. Selon un autre aspect de la présente invention, la paroi latérale comprend une collerette axiale interne configurée pour recevoir le premier roulement, la chambre de refroidissement s’étendant dans la collerette axiale interne pour refroidir ledit premier roulement. Selon un autre aspect de la présente invention, le carter comprend également un capot comprenant une paroi latérale apte à supporter en rotation un arbre de rotor de machine électrique tournante par l’intermédiaire d’un deuxième roulement pour former un deuxième palier, le capot étant configuré pour être fixé au corps. Selon un autre aspect de la présente invention, le capot comprend une seconde chambre de refroidissement apte à recevoir un fluide de refroidissement pour refroidir le deuxième roulement. La seconde chambre de refroidissement peut en échange fluidique avec la chambre de refroidissement. La seconde chambre de refroidissement être indépendant de la chambre de refroidissement. La présente invention concerne également une machine électrique tournante comprenant : - un carter tel que décrit précédemment, - un stator porté par le corps de carter, - un rotor monté sur un arbre central supporté en rotation par l’intermédiaire d’un premier roulement et d’un deuxième roulement. Selon un autre aspect de la présente invention, le stator comprend une pluralité de tôles autour desquelles sont enroulées des spires d’un fil de bobinage formant des chignons aux extrémités longitudinales des tôles. La présente invention concerne un procédé de fabrication d’un carter de machine électrique tournante telle que décrite précédemment comprenant une étape de fabrication du corps dans lequel est ménagée la chambre de refroidissement, ladite étape de fabrication du corps étant basée sur une étape de fabrication additive. Selon un autre aspect de la présente invention, le corps est réalisé en aluminium. Le corps peut être réalisé en acier. Le corps peut être réalisé en plastique. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, donnée à titre d’exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés parmi lesquels : FIG. 1 représente une vue schématique en perspective et en coupe d’une machine électrique tournante selon un mode de réalisation de la présente invention ; FIG. 2 représente une vue schématique en perspective et en transparence de la machine électrique tournante de la FIG. 1 ; FIG. 3 représente une vue schématique en perspective de la chambre de refroidissement de la machine électrique tournante de la FIG. 1 ; FIG. 4 représente un organigramme des étapes de fabrication d’un carter d’une machine électrique tournante selon un mode de réalisation de la présente invention. Dans ces figures, les éléments identiques portent les mêmes références. Les réalisations suivantes sont des exemples. Bien que la description se réfère à un ou plusieurs modes de réalisation, ceci ne signifie pas nécessairement que chaque référence concerne le même mode de réalisation, ou que les caractéristiques s’appliquent seulement à un seul mode de réalisation. De simples caractéristiques de différents modes de réalisation peuvent également être combinées ou interchangées pour fournir d’autres réalisations. La présente invention concerne un carter pour machine électrique tournante (ou moteur électrique) ainsi qu’un machine électrique tournante et un procédé de fabrication d’un tel carter. La FIG. 1 représente un exemple de réalisation d’une telle machine électrique tournante 1. La machine électrique tournante 1 comprend un rotor 3 monté sur un arbre central 5 guidé en rotation par un premier palier formé par un premier roulement 7a et un deuxième palier formé par une deuxième roulement 7b. Les premier et deuxième roulements 7a, 7b sont par exemple des roulements à billes. Le premier roulement 7a et le deuxième roulement 7b sont disposés axialement de part et d’autre du rotor 3. La machine électrique tournante 1 comprend également un carter 9 destiné à renfermer le rotor 3 et le stator 15. Le carter 9 est formé par un corps 11 et un capot 13 configuré pour être fixé sur le corps 11. Le corps 11 du carter 9 comprend une paroi latérale 11a qui s’étend principalement selon une direction radiale. La paroi latérale 11a a par exemple une forme générale de disque. La paroi latérale 11a est apte à supporter en rotation l’arbre central 5 via le premier roulement 7a. La paroi latérale 11a comprend par exemple un logement configuré pour recevoir le premier roulement 7a. Le logement est par exemple formé par une collerette axiale interne 12 ménagée dans la paroi latérale 11a. La paroi latérale 11a peut également comprendre un orifice central traversant pour permettre le passage de l’arbre central 5. Le corps 11 comprend également une paroi longitudinale 11b qui s’étend principalement selon une direction axiale. La paroi longitudinale 11b a par exemple une forme générale cylindrique. Le corps 11 est configuré pour recevoir un stator 15 de la machine électrique tournante 1, en particulier la surface intérieure de la paroi longitudinale 11b est apte à porter le stator 15 de la machine électrique tournante 1. Le stator 15 comprend notamment des bobines dont les extrémités forment des chignons 17 aux extrémités longitudinales du stator 15. Le capot 13 du carter 9 comprend une paroi latérale 13a apte à supporter en rotation l’arbre 5 du rotor 3 de la machine électrique tournante 1 par l’intermédiaire du deuxième roulement 7b pour former un deuxième palier. Le capot 13 est configuré pour être fixé au corps 11, par exemple par des vis (non représentées). Le corps 11 du carter 9 comprend également une chambre de refroidissement 19. La FIG. 3 représente un exemple de profil de la chambre de refroidissement 19. La chambre de refroidissement 19 est apte à recevoir un fluide de refroidissement tel que de l’eau glycolée. La chambre de refroidissement 19 s’étend dans la paroi longitudinale 11b du corps 11, par exemple sous la forme d’une spirale, pour refroidir le stator 15. La chambre de refroidissement 19 s’étend également dans la paroi latérale 11a du corps 11, par exemple au niveau de la collerette axiale interne 12 pour refroidir le premier roulement 7a. La paroi longitudinale 11b du corps 11 peut comprendre un décroché radial interne 21 du côté de la paroi latérale 11a au niveau des chignons 17. La chambre de refroidissement 19 peut alors s’étendre dans ce décroché radial interne 21 pour refroidir les chignons 17 disposés en regard de ce décroché radial interne 21. La chambre de refroidissement 19 comprend une entrée 19a apte à permettre l’entrée du fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement 19. L’entrée 19a peut être ménagée dans la paroi latérale 11a ou dans la paroi longitudinale 11b comme représenté sur la FIG. 2 . La chambre de refroidissement 19 comprend également une sortie 19b du fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement 19. La sortie 19b peut être ménagée dans la paroi latérale 11a ou dans la paroi longitudinale 11b comme représenté sur la FIG. 2 . La chambre de refroidissement 19 comprend une unique entrée. La chambre de refroidissement 19 comprend une unique sortie. Le sens de circulation du fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement 19 entre l’entrée 19a et la sortie 19b est représenté par les flèches sur les figures 2 et 3. Ainsi, dans le cas des figures 1 à 3, la chambre de refroidissement 19 comprend une entrée 19a ménagée dans la paroi longitudinale 11b du corps 11, en particulier, dans l’extrémité de la paroi longitudinale 11b située du côté du capot 13 et du deuxième roulement 7b. L’entrée 19a est orientée axialement. L’entrée 19a et la sortie 19b ont par exemple des sections circulaires pour permettre leur connexion hydraulique à de conduits respectivement d’alimentation et d’évacuation tandis que la section du reste de la chambre de refroidissement 19 peut présenter une forme oblongue de manière à minimiser l’encombrement radial de la chambre de refroidissement 19. La chambre de refroidissement 19 s’étend à partir de l’entrée 19a sous forme d’une spirale 19c le long de la paroi longitudinale 11b du corps 11 pour refroidir le stator 15 avec une première spire 19d s’étendant à partir de l’entrée 19a. La spirale 19c s’étend jusqu’à la paroi latérale 11a du corps 11. La spirale 19c comprend par exemple six spires adjacentes les unes par rapport aux autres. Par adjacente, on entend ici que l’écart axial entre les spires est minimal, par exemple inférieur à 5mm. La chambre de refroidissement 19 s’étend également dans la paroi latérale 11a du corps 11 via un premier conduit radial 19e relié fluidiquement à une boucle 19f ménagée dans la collerette axiale interne 12 pour refroidir le premier roulement 7a puis dans un deuxième conduit radial 19g relié fluidiquement à la sortie 19b de la chambre de refroidissement 19 située sur la paroi longitudinale 11b via une spire 19h qui s’étend dans le décroché radial interne 21 pour refroidir les chignons 17 situés du côté du premier roulement 7a. Alternativement, plusieurs spires peuvent être ménagées dans le décroché radial interne. La ou les spires disposées dans le décroché radial interne 21 sont radialement plus proches que les spires de la spirale 19c ménagées dans la paroi longitudinale 11b pour refroidir le stator 15. La boucle 19f peut s’étendre sur plus de 50% du pourtour du roulement, notamment sur plus de 75%, notamment sur plus de 90% du pourtour. Le premier conduit radial 19e et le deuxième conduit radial 19g peuvent être des conduits rectilignes. Le premier conduit radial 19e et le deuxième conduit radial 19g peuvent être disposés dans une portion angulaire prédéfinie inférieure à 60 degrés, notamment inférieure à 45 degrés, notamment inférieure à 30 degrés. La sortie 19b peut être orientée radialement. La sortie 19b peut être disposée dans la paroi longitudinale 11b radialement audelà des spires de la spirale 19c qui s’étendent dans la paroi longitudinale 11b. L’angle entre les conduits radiaux 19e et 19g et les spires peut être un angle droit mais peut également être réalisé sous la forme d’un coude arrondi de manière à favoriser l’écoulement du fluide de refroidissement. De la même manière, les passages entre les différents diamètres des spires peuvent être progressifs (dans une direction non radiale) de manière à favoriser l’écoulement du fluide de refroidissement. Des coudes peuvent également être ménagés au niveau de l’entrée 10a et de la sortie 19b de la chambre de refroidissement 19 pour réaliser les changements angulaires de la chambre de refroidissement 19 pour orienter lesdites entrée 19a et sortie 19b. Cependant, l’invention ne se limite à une telle chambre de refroidissement 19 de sorte que la position de l’entrée 19a et/ou de la sortie 19b de la chambre de refroidissement 19 peut être différente. La forme de la chambre de refroidissement 19 peut également être différente et le liquide de refroidissement peut circuler de manière à refroidir les différents éléments dans un ordre différent, le liquide de refroidissement peut circuler d’abord à proximité du premier roulement 7a puis à proximité du stator 15 par exemple ou d’abord vers les chignons 17 puis vers le premier roulement 7a par exemple. Ainsi, le corps 11 du carter 9 peut être réalisé par une unique pièce dans laquelle est ménagée la chambre de refroidissement. Le corps 11 est par exemple réalisé par fabrication additive. Le corps 11 peut être réalisé en aluminium ou en matériau plastique, notamment en matériau polymère. Selon un mode de réalisation non représenté, le capot 13 du carter 9 peut également comprendre une chambre de refroidissement configurée pour recevoir un liquide de refroidissement notamment pour refroidir le deuxième roulement 7b. La chambre de refroidissement du capot peut être indépendante ou reliée fluidiquement à la chambre de refroidissement 19 du corps 11 du carter 9. La présente invention concerne également un procédé de fabrication du carter 9 et en particulier du corps 11 comprenant une étape de fabrication additive permettant d’obtenir une pièce unique pour former le corps 11, ladite pièce unique comprenant une chambre de refroidissement 19 s’étendant dans la paroi longitudinale 11b et dans la paroi latérale 11a pour permettre un refroidissement du stator 15 et du premier roulement 7a. La FIG. 4 représente un organigramme des étapes du procédé de fabrication et d’assemblage d’une machine électrique tournante telle que décrite précédemment. La première étape 101 concerne la fabrication du carter 9 et en particulier du corps 11 par fabrication additive afin d’obtenir un corps monobloc dans lequel est ménagée la chambre de refroidissement. La chambre de refroidissement 19 ainsi obtenue permet d’assurer une étanchéité sans requérir l’utilisation de joints et sans nécessiter un assemblage complexe. Le capot 13 du carter 9 peut également être obtenu par fabrication additive. La deuxième étape 102 concerne le positionnement du premier roulement 7a dans le logement formé par la collerette axiale interne 12. La troisième étape 103 concerne le positionnement du stator 15 contre la paroi longitudinale 11b dans le corps 11. La quatrième étape 104 concerne le positionnement de l’arbre central 5, du rotor 3 et du deuxième roulement 7b dans le stator 15. Alternativement, le deuxième roulement 7b peut être positionné sur le capot 13. La cinquième étape 105 concerne le positionnement et la fixation du capot 13 sur le corps 11 pour fermer le carter 9. La sixième étape 106 concerne la connexion de tuyaux d’alimentation et d’évacuation respectivement à l’entrée 19a et la sortie 19b de la chambre de refroidissement pour permettre la circulation du liquide de refroidissement. L’ordre des étapes du procédé de fabrication peut être différent de l’ordre présenté sur la FIG. 4 et certaines étapes peuvent être réalisées simultanément. Carter (9) pour machine électrique tournante (1) comprenant un corps (11) comprenant une paroi latérale (11a) apte à supporter en rotation un arbre de rotor (5) de machine électrique tournante (1) par l’intermédiaire d’un premier roulement (7a) pour former un premier palier et une paroi longitudinale (11b) dont la surface intérieure est apte à porter un stator (15) de machine électrique tournante (1), caractérisé en ce que le corps (11) comprend une chambre de refroidissement (19) apte à recevoir un fluide de refroidissement, la chambre de refroidissement (19) s’étendant dans la paroi longitudinale (11b) pour refroidir le stator (15) et dans la paroi latérale (11a) pour refroidir le premier roulement (7a). Carter (9) selon la revendication 1 dans lequel la chambre de refroidissement (19) s’étend selon une forme de spirale (19c) autour du stator (15). Carter (9) selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la chambre de refroidissement (19) comprend une entrée (19a) et une sortie (19b) respectivement aptes à permettre l’entrée d’un fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement (19) et la sortie d’un fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement (19). Carter (9) selon la revendication précédente dans lequel l’entrée (19a) et la sortie (19b) de la chambre de refroidissement (19) sont positionnées sur la paroi latérale (11a) ou sur la paroi longitudinale (11b) du corps (11). Carter (9) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la paroi longitudinale (11b) comprend un décroché radial interne (21) du côté de la paroi latérale (11a) dans lequel s’étend la chambre de refroidissement (19) pour refroidir des chignons (17) de stator (15) de machine électrique tournante (1). Carter (9) selon l’une des revendications précédentes dans lequel la paroi latérale (11a) comprend une collerette axiale interne (12) configurée pour recevoir le premier roulement (7a), la chambre de refroidissement (19) s’étendant dans la collerette axiale interne (12) pour refroidir ledit premier roulement (7a). Carter (9) selon l’une des revendications précédentes comprenant également un capot (13) comprenant une paroi latérale (13a) apte à supporter en rotation un arbre de rotor (5) de machine électrique tournante (1) par l’intermédiaire d’un deuxième roulement (7b) pour former un deuxième palier, le capot (13) étant configuré pour être fixé au corps (11). Machine électrique tournante (1) comprenant : - un carter (9) selon l’une des revendications précédentes, - un stator (15) porté par le corps (11) de carter (9), - un rotor (3) monté sur un arbre central (5) supporté en rotation par l’intermédiaire d’un premier roulement (7a) et d’un deuxième roulement (7b). Machine électrique tournante (1) selon la revendication précédente dans laquelle le stator (15) comprend une pluralité de tôles autour desquelles sont enroulées des spires d’un fil de bobinage formant des chignons (17) aux extrémités longitudinales des tôles. Procédé de fabrication d’un carter (9) de machine électrique tournante (1) selon l’une des revendications 1 à 8 comprenant une étape de fabrication du corps (11) dans lequel est ménagée la chambre de refroidissement (19), ladite étape de fabrication du corps (11) étant basée sur une étape de fabrication additive (101).