FR3049127A1 - Stator a refroidissement fluide pour machine electrique. - Google Patents

Abstract

Un ensemble de stator (1) pour machine électrique à axe horizontal, comprend : - un empilement (12) de tôles aimantables et comprenant des bobinages formant à chaque extrémité axiale du stator, un chignon (2) de fils électriquement conducteurs bobinés au contact les uns des autres, - un dispositif de refroidissement pour faire s'écouler un liquide de refroidissement au contact des chignons (2), le dispositif de refroidissement comprenant une coque (4) coiffant l'extrémité axiale d'au moins un des chignons (2). La coque (4) est assemblée directement sur le chignon (2) par un premier bord annulaire (9) de la coque (4) et par un deuxième bord annulaire (19) de la coque, les deux bords étant coaxiaux au chignon (2), distants axialement de l'empilement (12) et assurant une étanchéité entre la coque (4) et la surface extérieure du chignon (2).

Description

STATOR A REFROIDISSEMENT FLUIDE POUR MACHINE ELECTRIQUE L’invention a pour objet les moteurs électriques, et plus particulièrement les systèmes de refroidissement de moteurs électriques au moyen de circulations de liquides de refroidissement. Dans le cas par exemple de moteurs électriques servant à faire avancer des véhicules automobiles, des surcroîts de puissance peuvent être requis temporairement. Pour pouvoir fournir ce surcroît de puissance sans sur-dimensionner le moteur, des systèmes de refroidissement sont proposés, afin que le moteur ne s'échauffe pas à des températures qui risqueraient par exemple de dégrader les vernis isolants couvrant les bobinages du moteur.

Une des solutions proposées consiste à faire circuler un liquide, par exemple de l’huile de refroidissement, au contact des bobinages du stator. Par exemple, le document US2012126642 propose de créer des chambres étanches autour des chignons du stator. Ces chambres étanches viennent accoster sur l’empilement de tôles traversé par les bobinages du stator, pour permettre une circulation du fluide. Cette solution nécessite une adaptation de la géométrie du carter de la machine électrique. Elle est en outre sujette à des risques de fuite d'huile dans l’entrefer entre rotor et stator. L’invention a pour but de proposer un système de refroidissement plus facile à implanter, plus efficace en terme de refroidissement, et limitant les risques de fuite d’huile dans l’entrefer. A cette fin, il est proposé un ensemble de stator pour machine électrique à axe horizontal, comprenant -un stator, le stator comprenant un empilement de tôles aimantables et comprenant des bobinages s'étendant axialement au travers de l'empilement, l'ensemble des bobinages formant à chaque extrémité axiale du stator, de part et d'autre de l'empilement, un chignon de fils électriquement conducteurs bobinés au contact les uns des autres, de manière à former au moins localement une surface extérieure continue, - un dispositif de refroidissement pour faire s'écouler un liquide de refroidissement au contact des chignons, le dispositif de refroidissement comprenant une coque coiffant l'extrémité axiale d'au moins un des chignons de manière à définir une chambre étanche de circulation de liquide, entre la coque et la surface extérieure du chignon.

La coque est assemblée directement sur le chignon par un premier bord annulaire de la coque et par un deuxième bord annulaire de la coque, les deux bords étant coaxiaux au chignon, distants axialement de l'empilement, et assurant une étanchéité entre la coque et la surface extérieure du chignon.

Avantageusement, la chambre est ainsi définie entre une portion de surface du chignon, les deux bords annulaires de la coque, et une face intérieure de la coque s'étendant en regard de la portion de surface du chignon. Ainsi, la chambre est configurée pour canaliser une lame de liquide dans la chambre de circulation, dont la paroi extérieure est la coque, et dont la paroi intérieure est la surface du chignon. L'étanchéité des jonctions annulaires est relative, c’est-à-dire qu'elle est supérieure ou égale à l'étanchéité de l'empilement des fils conducteurs formant les chignons, au sens où un débit de fuite peut s'établir entre les fils conducteurs sous l'effet de la pression de liquide.

Avantageusement, la chambre forme un anneau sensiblement vertical de circulation de liquide, comprenant à son sommet une arrivée de liquide de refroidissement dans la chambre, et comprenant en son point bas une sortie de liquide de refroidissement hors de la chambre.

La coque peut comprendre, à au moins une extrémité axiale du stator : -un anneau cylindrique interne (par exemple en matière polymère) inséré axialement dans le stator à partir de ladite extrémité, de manière à venir en contact par le premier bord annulaire avec une circonférence intérieure du chignon de ladite extrémité, de préférence sans atteindre axialement l'empilement, - une première goulotte demi-annulaire assemblée sur l'anneau interne, et assemblée le chignon, de manière à venir en contact, par le deuxième bord annulaire, avec le chignon, - une deuxième goulotte demi-annulaire assemblée sur l'anneau interne, et assemblée le chignon, de manière à venir en contact, par le deuxième bord annulaire, avec le chignon.

Chacune des goulottes demi-annulaires est en contact avec le chignon par une demi circonférence du deuxième bord annulaire, qui se distribue ainsi entre les deux goulottes.

Avantageusement, la première goulotte définit, ensemble avec l'anneau interne et avec au moins une portion de surface circonférentielle extérieure du chignon et/ou avec au moins une portion de surface d'extrémité axiale du chignon, une première moitié de la chambre de circulation.

Avantageusement, la deuxième goulotte définit, ensemble avec l'anneau interne et avec au moins une portion de surface circonférentielle extérieure du chignon et/ou avec au moins une portion de surface d'extrémité axiale du chignon, une deuxième moitié de la chambre de circulation.

Selon certains modes de réalisation, les deux goulottes demi annulaires peuvent être assemblée ensemble en plus d'être assemblées avec l'anneau

Selon un mode de réalisation avantageux, la première goulotte est placée au dessus de l'anneau, la deuxième goulotte est placée en dessous de l'anneau. La première goulotte comprend à son sommet une arrivée de liquide de refroidissement dans la chambre, la deuxième goulotte comprend en son point bas une sortie de liquide de refroidissement hors de la chambre.

Dans ce mode de réalisation, les deux goulottes peuvent éventuellement ne pas être assemblées l'une à l'autre, le liquide s'écoulant par gravité de la première goulotte dans la deuxième goulotte.

La première goulotte et la deuxième goulotte peuvent être assemblées à l'anneau de manière à former une chambre annulaire disposée sensiblement dans un plan perpendiculaire à l'axe des chignons -qui est aussi l'axe central du stator, et également l'axe de rotation du rotor lorsque le stator est en configuration assemblée dans le moteur électrique-.

Selon un mode de réalisation, la première goulotte peut être située entièrement au dessus de l'anneau et de la deuxième goulotte. Selon un autre mode de réalisation, la première goulotte et la deuxième goulotte peuvent se rejoindre selon un plan oblique, l'une portant l'arrivée de liquide, l'autre portant la sortie de liquide.

Selon encore un autre mode de réalisation, la première goulotte et la deuxième goulotte peuvent se rejoindre suivant un plan vertical, définissant à la fois l'arrivée et la sortie de liquide au niveau des zones de rencontre entre les deux goulottes. Les deux goulottes peuvent alors par exemple rester écartées l'une de l'autre en leurs points bas.

De manière avantageuse, les sections d'écoulement au niveau de l'arrivée de liquide, de la sortie de liquide, et du chemin les reliant au travers de la chambre, sont configurées pour permettre un écoulement par gravité d'une lame de liquide dans la chambre de circulation, la lame s'écoulant entre l'arrivée et la sortie de liquide au contact des chignons.

Au niveau d'au moins un des bords annulaires, par exemple entre l'anneau et la surface du chignon, la coque peut venir directement en contact avec la surface du chignon. Au niveau d'au moins un des bords annulaires, par exemple entre chaque goulotte demi annulaire et la surface du chignon, un joint annulaire déformable peut être interposé entre les deux goulottes demi annulaires/ la coque et les circonférences extérieures des chignons. Il est possible de recourir à deux bords annulaires à contact direct avec le chignon, à deux bords annulaires utilisant un joint intermédiaire, ou à une combinaison de ces deux types de bords annulaires, au d'autres types de bords annulaires étanches (bords annulaires collés...).

Le stator peut typiquement comprendre un carter entourant l'empilement, entourant les bobinages et entourant la coque. Le carter peut comprendre un canal de collecte ouvert, creusé sur une face inférieure du carter, la sortie de la chambre étant placée pour déverser le liquide de refroidissement dans le canal de collecte ouvert.

Une portion de goulotte extérieure au chignon peut comporter, en partie inférieure du chignon, une portion se rétrécissant radialement en se rapprochant du point central de la machine électrique, de manière à former une cuvette de collecte de liquide en dessous du point bas du bord annulaire de contact étanche de cette goulotte avec le chignon. De manière avantageuse, au moins une sortie de liquide est ménagée en partie inférieure de la cuvette.

Par point central de la machine électrique, on entend un point situé sensiblement au niveau de l'axe géométrique de rotation du rotor, en position axialement centrale par rapport à l'étendue axiale du rotor.

Selon un mode de réalisation, le carter peut comprendre un ou plusieurs canaux de collecte du carter disposés de manière à collecter du liquide sortant d'une ou plusieurs sorties inférieures de la chambre. Une partie au moins des canaux peut être configurée pour collecter en outre par gravité du liquide de refroidissement pouvant suinter entre les bobinages du chignon entre les bords annulaires de la chambre et l'empilement.

Avantageusement, le stator comprend une pompe et un réservoir de liquide de refroidissement, reliés respectivement, à chaque extrémité du stator, respectivement à un canal d'alimentation débouchant par une arrivée de fluide en partie supérieure d'une coque coiffant le chignon de ladite extrémité, et respectivement à au moins un canal de collecte du carter placé sous la coque, de manière à alimenter simultanément une chambre de circulation de liquide à chaque extrémité axiale du stator. Selon un mode de réalisation avantageuse, les canaux de collecte peuvent être plus rapprochés axialement l'un de l'autre au niveau de leurs connexions avec le carter, que les canaux d'alimentation.

Selon un mode de réalisation préféré, l'anneau intérieur et les goulottes demi annulaires sont moulés en matière polymère, par exemple en un matériau de la famille des polyamides.

Selon un mode de réalisation, la surface de la portion du chignon mouillée par le fluide de refroidissement circulant dans la chambre est inférieure ou égale 60% de la surface extérieure apparente du chignon, avantageusement est inférieure ou égale à 50%. Par surface extérieure apparente, on entend une surface qui pourrait être par exemple recouverte par un tissu souple à la surface du chignon. De manière avantageuse, la surface mouillée peut être comprise entre comprise entre 25% et 60% de la surface extérieure apparente du chignon. Grâce à la bonne conductivité thermique des fils du bobinage, souvent réalisés en cuivre, une faible surface de contact entre le liquide et le chignon suffit en effet à évacuer la chaleur de l'ensemble du bobinage. On peut donc limiter la surface d'échange entre le liquide de refroidissement et le chignon, et réduire ainsi le risque de fuites de liquide.

De manière avantageuse, l'épaisseur de la chambre suivant la direction perpendiculaire à la surface est chignons est réduite, afin d'imposer une vitesse de circulation du liquide élevée malgré une pression réduite d'arrivée du liquide. La pression d'arrivée du liquide est imposée pour correspondre sensiblement à la pression permettant de monter le liquide en partie supérieure de la chambre, pour ensuite laisser le liquide redescendre par gravité. La pression de liquide en partie haute de chaque chambre, lorsque la circulation de liquide est activée, peut être par exemple comprise entre lbar et 3bars de pression relative.

Typiquement, pour une machine électrique de 50 à 130 KW, la pompe, le réservoir, les sections d'arrivée d'huile et l'unité de commande de la pompe peuvent être configurés pour assurer un débit d’huile compris entre 0,5 à 1,5 litres/minute par chignon quand le système de refroidissement est activé.

Par la géométrie de la coque, on souhaite obtenir une vitesse de circulation du liquide dans la chambre comprise entre lm/s et 20m/s. Cette vitesse moyenne peut être par exemple évaluée en divisant le débit de liquide par la section de la chambre assimilée à un tuyau à deux branches, se séparant de part et d'autre de la génératrice la plus haute du chignon.

Pour ce faire, l'épaisseur de la chambre suivant la direction perpendiculaire à la surface des chignons est réduite, par exemple est inférieure ou égale à 4mm, avantageusement inférieure ou égale à 2mm. L'épaisseur de la chambre peut notamment être réduite si la section de passage totale disponible pour l'écoulement du liquide de refroidissement est suffisante par ailleurs pour assurer le débit total souhaité de liquide. L'épaisseur disponible pour la circulation de liquide entre le chignon et la coque peut être inférieure au demi-diamètre de la conduite assurant l'arrivée de liquide de refroidissement.

On exclut de la mesure de l'épaisseur de la chambre, des zones de surépaisseur locales qui pourraient être considérées comme des canaux de distribution du liquide à partir de l'arrivée de liquide. L'invention concerne également un véhicule équipé d'un moteur électrique à axe horizontal, les chignons du moteur étant baignés en fluide de refroidissement chacun sous une coque en matière polymère s'appuyant radialement sur la circonférence extérieure et sur la circonférence intérieure de chaque chignon, le liquide étant injecté en partie supérieure de la coque et ressortant en partie inférieure la coque à pression atmosphérique.

Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif de refroidissement comprend un capteur ou un estimateur de température apte à déterminer une température de chignon ou une température de bobinage, et comprend une unité de commande électronique configurée pour déclencher une circulation du fluide de refroidissement quand la température de chignon ou la température de bobinage augmente jusqu'à franchir un seuil de température. Le seuil de température peut être par exemple compris 60°C à 180°C, de manière à éviter une dégradation du vernis isolant recouvrant les fils conducteur constituant le bobinage. Le liquide de refroidissement est choisi parmi les liquides électriquement isolants, chimiquement non agressifs vis-à-vis du vernis, et supportant des températures proches de 200°C. Il existe des huiles de boîtes de vitesses satisfaisant ces critères.

Quelques buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en références aux figures annexées, sur lesquelles

La figure 1 représente une machine électrique en vue axiale équipée d’un circuit de refroidissement ;

La figure 2 représente une machine électrique en vue de dessus avec son circuit de refroidissement ; la figure 3 est une vue, en coupe simplifiée, d’une machine électrique selon l’invention, vue en coupe longitudinale dans un plan parallèle à l’axe de rotation de la machine ; les figures 4 et 5 sont des vues plus détaillées extraites de la coupe de la figure 3 ;

La figure 6 est une vue, en perspective explosée, d’une machine électrique équipée d’un dispositif de refroidissement selon l’invention.

Tel qu’illustré sur les figure 1 et 2, une machine électrique 1 d’axe de rotation XX’ comprend un rotor et un stator disposés concentriquement à l’intérieur d’un carter 11 de la machine électrique, et comprend un dispositif de refroidissement alimenté par un ensemble pompe-réservoir 22. L’ensemble pompe-réservoir 22 envoie du liquide de refroidissement par une conduite 23 sortant de la pompe, et récupère le liquide de refroidissement ressortant de la machine électrique, par une conduite de retour 25 retournant au réservoir ou retournant directement à la pompe de l’ensemble 22. La pompe de l’ensemble 22 peut être actionnée par une unité de commande électronique 21, reliée à un moyen d’estimation (non représenté) d’une température de la machine électrique. L’unité de commande électronique est avantageusement configurée pour déclencher une circulation de liquide de refroidissement quand ladite température estimée passe au-dessus d’un seuil.

Dans les modes de réalisation de l’invention illustrés sur les figures 1 et 2, la ou les conduites 23 sortant de la pompe viennent alimenter des canaux ménagés en partie supérieure du carter 11 de la machine électrique, aux extrémités axiales de ce carter 11. Le retour du liquide de refroidissement se fait également à partir des extrémités axiales du carter 11, à partir de canaux de collecte de liquide de refroidissement (non visibles sur les figures 1 et 2) ménagés en partie inférieure du carter 11, et se déversant dans la conduite 25.

La machine électrique peut être par exemple un moteur servant à faire avancer un véhicule automobile. Son axe de rotation XX’ est la plupart du temps disposé selon une direction proche de l’horizontale. La disposition décrite précédemment pour les conduites d’alimentation 23 en liquide de refroidissement, et les conduites 25 de retour de liquide de refroidissement, permet d’alimenter la machine électrique en liquide de refroidissement à une pression proche de la pression atmosphérique. La circulation de liquide de refroidissement peut en effet se faire ainsi en grande partie par gravité, en créant une légère surpression de liquide entre la partie supérieure et la partie inférieure du circuit de circulation de liquide.

Selon un mode de réalisation préféré, dans un circuit de refroidissement selon l’invention, une circulation de liquide de refroidissement est créée dans une chambre de circulation annulaire. La chambre de circulation annulaire est ménagée entre les chignons des bobinages du stator d'une part, et entre une coque (non visible sur les figures 1 et 2) d'autre part, de manière à canaliser la circulation de liquide au contact des chignons. L’arrivée de liquide se fait typiquement en partie haute des chignons, à l’extrémité axiale des chignons. Le liquide est injecté dans la chambre pour s’écouler le long d’une face d’extrémité axiale des chignons, ainsi que le long d’une portion de surface circonférentielle extérieure du chignon entre le chignon et la coque. Le liquide est récupéré, en partie inférieure du stator, par une ouverture de la coque, au niveau de la portion de paroi ceinturant la face extérieure du chignon.

Des canaux de collecte du liquide de refroidissement (désignés par la référence 14 sur les figures 3 et 5 par exemple) ménagés sur la face inférieure du carter 11, s’étendent sous l’ouverture inférieure de la coque. L’ouverture est elle-même située axialement en retrait -vers le centre de la machine- à partir de l’extrémité axiale des chignons. C’est pourquoi sur la figure 2 par exemple, les canaux d’alimentation 23 en liquide -débouchant axialement à l'extrémité des chignons- se trouvent axialement à l'extérieur des conduites de retour 25, placées en retrait sous les chignons.

Les figures 3, 4 et 5 sont des coupes axiales simplifiées d’une machine électrique équipée d'un dispositif de refroidissement selon l’invention. La machine électrique d’axe de rotation XX’ comprend un rotor 13 tournant à l’intérieur d’un stator 10 comprenant un carter 11 composé notamment d’un corps cylindrique 16 et de plaques d’extrémités 15 entourant un empilage 12 de tôles aimantables, les tôles aimantables comportant généralement des rainures dans lesquelles sont disposés des bobinages. Les bobinages dépassent axialement des extrémités de l’empilement ou «stack » en deux chignons 2. Suivant les variantes de réalisation, le corps cylindrique peut être monobloc ou en plusieurs parties, et une plaque d'extrémité ou des portions de plaques d'extrémités peuvent être intégrés à une ou plusieurs portions de corps cylindrique.

Le stator 10 comprend un dispositif de refroidissement comportant une arrivée 3 de liquide de refroidissement, alimentée par exemple par une des conduites 23 des figures 1 et 2. L'arrivée 3 communique avec une chambre annulaire de circulation de liquide 20.

Le dispositif de refroidissement comporte une ou plusieurs sorties 5 permettant au liquide de refroidissement de quitter la chambre 20. Le liquide issu des sorties 5 se déverse dans des canaux de collecte 14 ménagés sur une face inférieure du carter 11. Les canaux 14 se déversent par exemple dans les conduites 25 illustrées sur les figures 1 et 2.

Entre les arrivées 3 de liquide et les sorties 5 de liquide, est ménagée la chambre annulaire de circuit de refroidissement 20 délimitée par la face extérieure des chignons ainsi que par une coque 4 assemblée par-dessus les chignons. La coque 4 est par exemple une coque moulée en matière polymère. La coque 4 peut être formée de plusieurs portions de coque 6, 7, 8, assemblées entre elles et assemblées sur les chignons de manière à former une chambre relativement étanche autour des chignons 2. La chambre 20 s'étend entre une limite axiale extérieure, qui peut être à l'extérieur de l'extrémité axiale des chignons si la circulation de fluide est prévue pour parcourir l'extrémité axiale des chignons, et une ou deux limites axiales intérieures, correspondant aux limites de la lame de fluide sensiblement torique circulant sur les chignons, de part et d'autre, radialement vers l'extérieur et radialement vers l'intérieur, du "sommet'Vde l'extrémité axiale des chignons.

Les limites axiales intérieures de la chambre 20 de circulation de liquide de refroidissement, sont délimitées par des bords d’étanchéité annulaires, formant deux zones d’étanchéité annulaire par contact direct 19 de la coque avec le chignon, ou par l'intermédiaire d'un joint 9 interposé entre la coque et avec la surface du chignon. Les zones 9 et 19 formant étanchéité sont situées axialement à distance de l’empilement 12.

De préférence, la plus petite distance axiale -désignée par d sur la figure 4- entre l'une des zones d’étanchéité 9 et 19 et l'empilement 12, reste supérieure ou égale à 8mm.

Avantageusement, l’ensemble de la coque 4 elle-même reste axialement séparée de l’empilement 12.

Comme visible sur les figures 3 à 6, à chaque extrémité axiale du stator 10, le chignon 2 peut être coiffé d'une coque 4 obtenue par exemple en assemblant un anneau cylindrique interne 6, venant en contact avec une face sensiblement cylindrique du chignon formant une circonférence interne du chignon, et deux goulottes demi-annulaires 7 et 8. Les goulottes demi-annulaires 7 et 8 viennent entourer radialement l’extérieur du chignon 2 et accoster, à l’extrémité axiale de la chambre 20, contre l’anneau cylindrique interne 6, au niveau d’une ligne d’assemblage sensiblement étanche. L'assemblage peut se faire par exemple le long d’une ligne d’assemblage par clipsage 28 entre l’anneau 6 et chacune des goulottes 7, 8 demi annulaires. Une coque est ainsi obtenue en assemblant l’anneau 6 à une première goulotte demi-annulaire supérieure 7 visible sur la figure 4 et une deuxième goulotte demi annulaire inférieure 8 visible sur la figure 5. Les figures 4 et 5 représentent respectivement une coupe axiale d'un même chignon, respectivement en partie haute au sommet du chignon, et en partie basse au point bas du chignon.

Tel que visible par exemple sur les figures 4 et 5, la chambre annulaire 20 forme ainsi autour du chignon un espace de circulation de liquide d’épaisseur e limitée, ce qui permet d’imposer au liquide longeant le chignon, une vitesse linéaire suffisamment élevée pour limiter réchauffement, entre l'arrivée 3 et la sortie 5, du liquide s’écoulant au contact du chignon. On retrouve sur les figures 4 et 5 des éléments communs à la figure 3, les mêmes éléments étant désignés par les mêmes références. L'étanchéité de la chambre 20 est assuré par des lignes frontières d'assemblage entre les portions de coques 6, 7, 8, ainsi que par des joints assurant notamment l'étanchéité au niveau de l'arrivée de liquide et au niveau des frontières axiales de la chambre pour éviter que l'écoulement de liquide de refroidissement ne se rapproche trop de la zone d'entrefer. Les portions de coques 6, 7, 8 sont assemblées par des méthodes connues tels que clipsage, soudage thermoplastique ou collage.

On remarque, notamment sur la figure 4, un joint d’étanchéité 17 reliant au niveau de l'arrivée de liquide 3, la coque 4 à une canalisation d’arrivée ménagée dans le carter 11. On remarque également un joint 9 formant un anneau d’étanchéité courant le long de la face circonférentiellement extérieure du chignon 2. On remarque enfin une ligne ou bande d’étanchéité 19 formant un anneau d’étanchéité par contact de l’anneau cylindrique interne 6, réalisé en matière suffisamment souple, et de la face circonférentiellement intérieure du chignon 2.

Dans l’exemple illustré en figures 4 et 5, on a repéré par e la distance maximale entre la coque 4 et le chignon 2 -distance mesurée en dehors du voisinage de l’arrivée 3 de liquide, et en dehors du voisinage de la sortie 5 de liquide-. Cette épaisseur peut être avantageusement limitée à quelques millimètres, par exemple inférieure ou égale à 5 mm, de préférence inférieure ou égale à 4 mm et, dans la plupart de cas strictement inférieure à 3mm. On remarque sur la figure 4, que l’arrivée 3 de liquide s'effectue au niveau de la partie la plus haute du chignon 2, de manière à permettre de déverser le liquide au moins pour partie le long de la face supérieure du chignon. Il n'est pas nécessaire d’augmenter outre mesure la pression au dessus de la pression correspondant à cette différence de hauteur, ni d'élever le liquide sensiblement au-dessus du chignon.

La chambre 20 forme une lame de liquide qui arrose au moins une portion de la circonférence radialement extérieure du chignon et/ou arrose une portion de la face formant l’extrémité axiale du chignon. Grâce à la vitesse élevée de circulation du fluide, il suffit de baigner une partie seulement de la surface apparente du chignon, par exemple une portion de surface inférieure ou égale à 60 % de la surface extérieure apparente du chignon, ou avantageusement une surface inférieure ou égale à 50% de la surface extérieure apparente du chignon. La surface mouillée par le liquide de refroidissement est avantageusement comprise entre 25% et 60% de la surface extérieure apparente du chignon, de préférence entre 30% et 50%. Par surface extérieure apparente, on entend une surface moyennée du chignon au niveau des surfaces circonférentielles extérieure et intérieure du chignon permettant un écoulement rapide de liquide le long de cette surface (en première approximation, on peut considérer que l'étendue de cette surface est celle d'un tissu élastique tendu par-dessus les chignons, en appui sur les circonférences intérieures et extérieures des chignons).

Comme visible sur la figure 5 représentant la portion inférieure d'un chignon 2, la sortie 5 de liquide se trouve à l’aplomb d’un canal de collecte 14, ménagé sur une face intérieure du corps cylindrique 16 du carter 11. Afin de tenir compte de l’étanchéité potentiellement imparfaite des lignes de rencontre entre la coque 4 et le chignon 2, la goulotte demi-annulaire inférieure est conçue de manière à former -notamment vue en coupe axiale- une cuvette en sa partie inférieure, au fond de laquelle descend non seulement le liquide présent dans la chambre 20, mais également, au besoin, du liquide qui se serait infiltré au travers du chignon à partir des zones supérieures de la chambre 20, et qui s’écoulerait vers le bas à partir de zones d’infiltration. De telles infiltrations de liquide peuvent s'écouler aussi loin axialement que le joint annulaire 9, ou que la zone de contact annulaire étanche 19. A ce titre, il est avantageux de bénéficier au niveau de la goulotte demi annulaire inférieure 8, d’une portion 29 collectrice de suintement, s’étendant -au besoin axialement au-delà du joint 9- en direction de l’empilement 12, et se rétrécissant radialement en direction de l’empilement 12, de manière à canaliser ver la sortie 5, au besoin par l'intérieure des chignons, le liquide de refroidissement infiltré entre les fils conducteurs formant le chignon. Cette portion collectrice 29, s'étend de préférence aussi loin axialement que le joint annulaire 9, ou que la zone de contact annulaire étanche 19, et de préférence au-delà de ces deux frontières en direction de l'empilement 12.

Le système d’assemblage de l’anneau cylindrique interne 6 et des deux goulottes demi-annulaires 7 et 8 pour obtenir la coque 4, peut être mieux appréhendée sur la figure 6, qui reprend certains éléments décrits précédemment dans une vue éclatée en perspective. On peut voir sur la figure 6 l’empilement 12, les chignons 2, les câbles d’alimentation 26 des bobinages formant les chignons, ainsi que les éléments 6, 7, 8 constitutifs de la coque 4. La coque 4 vient coiffer l'extrémité des chignons 2 in insérant un anneau 6 axialement au centre du chignon, et en y adjoignant par au dessus et par en dessous, respectivement les deux goulottes demi annulaires 7 et 8. L’invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits et peut se décliner en de nombreuses variantes. On peut envisager des variantes de réalisations dans lesquelles la chambre annulaire de circulation de liquide de refroidissement s'étend seulement à l'extérieur, radialement parlant, des chignons. Même ce mode de réalisation peut se décliner en plusieurs variantes, arrosant ou pas, l'extrémité axiale des chignons.

On peut ainsi envisager des variantes de réalisation dans lesquelles la zone de contact entre le chignon et lame de liquide canalisée par la chambre 20 serait limitée à une portion de la circonférence extérieure du chignon par exemple. Selon une autre variante de réalisation la chambre 4 pourrait baigner uniquement l’extrémité axiale du chignon. L'arrivée de liquide dans la chambre se trouve avantageusement plutôt proche de l’extrémité axiale et de la circonférence extérieure du chignon. L’arrivée de liquide pourrait se faire verticalement par le haut de la chambre, mais cette configuration nécessite une énergie supérieure au niveau de la pompe 22.

La portion de surface des chignons recouverte par la chambre 20 peut varier.

Dans le dispositif de refroidissement selon l'invention, grâce à la pression réduite imposée au liquide et à la vitesse élevée obtenue du fait de l’épaisseur réduite e de la chambre, on obtient une efficacité de refroidissement élevée pour une faible consommation énergétique. On limite également les risques de fuite d’huile dans l’entrefer. En outre, ce système peut être adapté à relativement peu de frais à des géométries existantes de machine électriques.

Claims (10)

1. Revendications

   1. Ensemble de stator (1) pour machine électrique à axe horizontal, comprenant -un stator (10), le stator comprenant un empilement (12) de tôles aimantables et comprenant des bobinages s'étendant axialement au travers de l'empilement, l'ensemble des bobinages formant à chaque extrémité axiale du stator, de part et d'autre de l'empilement, un chignon (2) de fils électriquement conducteurs bobinés au contact les uns des autres, de manière à former au moins localement une surface extérieure continue, - un dispositif de refroidissement pour faire s'écouler un liquide de refroidissement au contact des chignons (2), le dispositif de refroidissement comprenant une coque (4) coiffant l'extrémité axiale d'au moins un des chignons (2) de manière à définir une chambre étanche (20) de circulation de fluide entre la coque et la surface extérieure du chignon, caractérisé en ce que la coque (4) est assemblée directement sur le chignon (2) par un premier bord annulaire (19) de la coque (4) et par un deuxième bord annulaire (9) de la coque, les deux bords étant coaxiaux au chignon (2), distants axialement de l'empilement (12) et assurant une étanchéité entre la coque (4) et la surface extérieure du chignon (2).
2. 2. Ensemble de stator selon la revendication précédente, dans lequel la chambre (20) forme un anneau sensiblement vertical de circulation de liquide, comprenant à son sommet une arrivée (3) de liquide de refroidissement dans la chambre, et comprenant en son point bas une sortie (5) de liquide de refroidissement hors de la chambre.
3. 3. Ensemble de stator selon les revendications 1 ou 2, dans lequel la coque (4) comprend, à au moins une extrémité axiale du stator : -un anneau cylindrique interne (6) inséré axialement dans le stator à partir de ladite extrémité, de manière à venir en contact par le premier bord annulaire (19) avec une circonférence intérieure du chignon (2) de ladite extrémité, - une première goulotte (7) demi-annulaire assemblée sur l'anneau interne (6), et assemblée sur le chignon (2), de manière à venir en contact, par le deuxième bord annulaire (9), avec le chignon (2), - une deuxième goulotte demi-annulaire (8) assemblée sur l'anneau interne (6), et assemblée sur le chignon (2), de manière à venir en contact, par le deuxième bord annulaire (9), avec le chignon,
4. 4. Ensemble de stator selon les revendications 2 et 3 combinées, dans lequel la première goulotte (7) est placée au dessus de l'anneau (6), la deuxième goulotte (8) est placée en dessous de l'anneau (6), la première goulotte (7) comprend à son sommet une arrivée (3) de liquide de refroidissement dans la chambre (20), la deuxième goulotte comprend en son point bas une sortie (5) de liquide de refroidissement hors de la chambre (20).
5. 5. Ensemble de stator selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, comprenant un carter (11) entourant l'empilement (12), entourant les bobinages et entourant la coque (4), le carter (11) comprenant au moins un canal de collecte (14) ouvert, creusé sur une face inférieure du carter (11), la sortie (5) de la chambre étant placée pour déverser dans le canal (14), le liquide de refroidissement sortant de la chambre (20).
6. 6. Système de stator selon la revendication précédente, dans lequel la deuxième goulotte (8) comporte en partie inférieure une portion (29) se rétrécissant radialement en se rapprochant du point central de la machine électrique, de manière à former une cuvette (27) de collecte de liquide en dessous du point bas du bord annulaire (9) de contact étanche de cette goulotte (8) avec le chignon (2).
7. 7. Système de stator selon l'une des revendications 5 ou 6, comprenant une pompe et un réservoir (22) de liquide de refroidissement, reliés à chaque extrémité du stator (10), respectivement à un canal d'alimentation (23) débouchant par une arrivée de fluide (3) en partie supérieure d'une coque (4) coiffant le chignon (2) de ladite extrémité, et respectivement à au moins un canal de collecte (14) du carter (11) placé sous la coque (4), les canaux de collecte (14) étant plus rapprochés axialement l'un de l'autre au niveau de leurs connexions avec le carter (11), que les canaux d'alimentation (23).
8. 8. Système de stator selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la surface de la portion du chignon (2) mouillée par le fluide de refroidissement circulant dans la chambre (20) est inférieure ou égale à 60% de la surface extérieure apparente du chignon (2).
9. 9. Système de stator selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, dans lequel l'épaisseur (e) disponible pour la circulation de liquide de refroidissement entre le chignon (2) et la coque (4) est strictement inférieure au demi-diamètre de la conduite assurant l'arrivée (3) de liquide de refroidissement.
10. 10. Véhicule équipé d'un moteur électrique à axe horizontal, les chignons (2) du moteur étant baignés en liquide de refroidissement chacun sous une coque (4) en matière polymère s'appuyant radialement sur la circonférence extérieure et sur la circonférence intérieure de chaque chignon (2), le liquide étant injecté en partie supérieure de la coque (4) et ressortant en partie inférieure la coque (4) à pression atmosphérique.