FR3125178A1 - Machine électrique tournante - Google Patents

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FR3125178A1
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longitudinal axis
rotor
stator
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Juan Wang
Ioan Deac
Radu Fratila
Hussain Nouri
Jean Baptiste Roux
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Nidec PSA Emotors SAS
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Abstract

Machine électrique tournante Machine électrique tournante (1) s’étendant suivant un axe longitudinal X, comportant un rotor (2) et un stator (3) bobiné présentant des têtes de bobines (30), le rotor (2) et le stator (3) étant disposés dans un carter (4) comportant une paroi interne, le rotor (2) comportant au moins un canal de distribution d’un fluide de refroidissement, la machine comportant au moins un dispositif de guidage (10) disposé radialement entre les têtes de bobines du stator et la paroi interne du carter, le dispositif de guidage (10) étant configuré pour orienter le fluide de refroidissement éjecté depuis le rotor, notamment par force centrifuge, sur les têtes de bobines du stator. Figure pour l’abrégé : Fig. 1

Description

Machine électrique tournante
La présente invention concerne les machines électriques tournantes, et plus particulièrement celles refroidies par une circulation d’un fluide de refroidissement, notamment de l’huile, circulant au moins partiellement par le rotor de la machine.
L’invention porte plus particulièrement sur les machines synchrones ou asynchrones, à courant alternatif. Elle concerne notamment les machines de traction ou de propulsion de véhicules automobiles électriques (Battery Electric Vehicle) et/ou hybrides (Hybrid Electric Vehicle – Plug-in Hybrid Electric Vehicle), telles que voitures individuelles, camionnettes, camions ou bus. L’invention s’applique également à des machines électriques tournantes pour des applications industrielles et/ou de production d’énergie, notamment navales, aéronautiques ou éoliennes.
Il est connu de refroidir les têtes de bobines du stator au cours du fonctionnement d’une machine électrique tournante par un fluide de refroidissement provenant du carter.
Les demandes de brevet CN 211606273, EP 3 739 731, JP 2019 161948, US 2011/0181136, JP 2018 014857, US 2011/0084561, JP2010028958, JP2020188633, et WO2021/069253 divulguent des machines électriques alimentées en fluide de refroidissement, comportant des pièces de guidage permettant d’orienter le fluide de refroidissement vers les têtes de bobines. Ces demandes ne divulguent pas que les machines électriques peuvent être alimentées en fluide de refroidissement depuis le rotor.
La demande US 2011/0298316 divulgue un élément d’agitation disposé entre l’arbre du rotor et les têtes de bobines du stator. Cet élément permet de faire remonter le fluide de refroidissement issu du rotor vers les têtes de bobines. Cette disposition rend la machine électrique complexe à fabriquer.
La demande US 2019/0260257 divulgue un élément de protection des barres d’alimentation triphasée. Une partie du fluide de refroidissement issu du carter et/ou du rotor peut passer à travers l’élément de protection et arriver sur les têtes de bobines du stator par gravité. Un tel élément ne permet pas un refroidissement efficace des têtes de bobines du stator.
Lorsqu’une machine électrique comporte une source d’alimentation en fluide de refroidissement par le rotor, le fluide a tendance à s’éloigner du rotor par l’effet de la force centrifuge. Le fluide de refroidissement se dirige alors vers la paroi interne du carter et ne participe plus au refroidissement des têtes de bobines.
Il existe un besoin pour encore améliorer le refroidissement des machines électriques tournantes refroidies par une circulation de fluide de refroidissement.
L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, grâce à une machine électrique tournante s’étendant suivant un axe longitudinal X, comportant un rotor et un stator bobiné présentant des têtes de bobines,
le rotor et le stator étant disposés dans un carter comportant une paroi interne,
le rotor comportant au moins un canal de distribution d’un fluide de refroidissement,
la machine comportant au moins un dispositif de guidage disposé radialement entre les têtes de bobines du stator et la paroi interne du carter,
le dispositif de guidage étant configuré pour orienter le fluide de refroidissement éjecté depuis le rotor, notamment par force centrifuge, sur les têtes de bobines du stator.
On considère que « disposé radialement entre » se rapporte à une position radiale. Ainsi, le dispositif de guidage est plus éloigné radialement d’un arbre du rotor que les têtes de bobines et plus proche radialement de l’arbre que la paroi interne du carter.
Une telle position radiale du dispositif de guidage permet de faciliter le montage de la machine électrique. De plus, cette position permet d’augmenter la quantité de fluide de refroidissement qui est réorienté vers les têtes de bobines.
Le stator peut comporter une masse statorique.
En revanche, le dispositif de guidage peut être décalé longitudinalement ou non par rapport aux têtes de bobines et/ou par rapport à la paroi interne du carter. Le dispositif de guidage peut être disposé longitudinalement au-delà des têtes de bobines, par exemple il peut être plus éloigné de la masse rotorique que les têtes de bobines. En variante, le dispositif de guidage peut être disposé au moins partiellement, mieux totalement, au-dessus des têtes de bobines.
La machine électrique peut comporter deux dispositifs de guidage. Chaque dispositif de guidage peut être disposé à une extrémité axiale de la machine électrique. Les deux dispositifs de guidages peuvent être symétriques l’un de l’autre par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine électrique. En variante, les deux dispositifs de guidages peuvent être asymétriques l’un de l’autre par rapport à un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine électrique.
En variante, la machine électrique peut comporter un unique dispositif de guidage.
Le dispositif de guidage peut être en contact avec la masse statorique. En variante, le dispositif de guidage peut être situé à une distanced, mesurée sur l’axe longitudinal, non nulle de la masse statorique, la distancedétant par exemple comprise entre 0 et 70 mm, mieux 2 et 60 mm, mieux 5 et 50 mm, mieux 10 et 45 mm, par exemple de l’ordre de 15 mm ou 40 mm.
Le dispositif de guidage permet de casser le jet de fluide de refroidissement qui est issu du rotor pour le réorienter vers les têtes de bobines. Le dispositif de guidage permet d’éviter l’accumulation de fluide de refroidissement près du carter. Il permet d’améliorer le refroidissement de la machine en contenant une plus grande quantité de fluide de refroidissement proche du bobinage du stator, en particulier proche des encoches, qui sont des points chauds.
Le dispositif de guidage peut être réalisé en matière plastique, par exemple il peut être réalisé dans un matériau polymère, par exemple dans l’une des matières suivantes : polyamide, notamment du nylon PA66GF30, polytétrafluoroéthylène (PTFE), polyétheréthercétone (PEEK), Polysulfure de phénylène (PPS), cette liste n’étant pas limitative.
Le fluide de refroidissement peut être un liquide, par exemple de l’eau ou de l’huile. En variante, le fluide de refroidissement peut être un gaz, par exemple de l'air.
Au moins un canal axial de distribution du fluide de refroidissement peut être formé dans la masse rotorique, ou le long de l'arbre entre la masse rotorique et l’arbre, ou dans l’arbre. Ce ou ces canaux axiaux de distribution peuvent traverser axialement au moins une partie de la masse rotorique et/ou de l’arbre. Par exemple, ce ou ces canaux axiaux de distribution peuvent traverser axialement la totalité de la longueur du rotor. En variante ils peuvent traverser au moins les deux-tiers de la longueur du rotor, ou au moins la moitié de la longueur du rotor, ou au moins le tiers de la longueur du rotor.
Ce ou ces canaux axiaux peuvent alimenter des canaux radiaux, par exemple des canaux radiaux situés dans la masse rotorique ou dans des flasques disposés aux extrémités de la masse rotorique. Le fluide de refroidissement peut être éjecté depuis le rotor, en particulier depuis la masse rotorique ou les flasques, vers les têtes de bobines par l’effet de la force centrifuge.
Le canal axial de distribution du fluide de refroidissement peut être alimenté en fluide de refroidissement au moins par le rotor.
Le rotor peut comporter des aimants permanents insérés dans la masse rotorique. Il peut comporter des aimants permanents, avec notamment des aimants surfaciques ou enterrés. Le rotor peut être à concentration de flux. Il peut comporter une ou plusieurs couches d’aimants disposées en I, en U ou en V, en une ou plusieurs rangées. Les logements des aimants permanents peuvent être réalisées entièrement par découpage dans les tôles. Chaque tôle de l’empilement de tôles peut être monobloc. Le fluide de refroidissement peut également s'écouler axialement dans les logements des aimants permanents et rejoindre les flasques.
La machine électrique peut comporter en outre une alimentation en fluide de refroidissement par le carter, le fluide de refroidissement venant du carter pouvant être orienté vers les têtes de bobines, notamment par gravité, par le dispositif de guidage.
La machine électrique peut également être refroidie par un fluide de refroidissement qui s’écoule par gravité sur les têtes de bobines depuis le carter.
La fonction du dispositif de guidage est alors double. Il permet non seulement de canaliser le jet de fluide de refroidissement issu du rotor pour le réorienter vers les têtes de bobines, mais permet également au fluide de refroidissement issu du carter de s’écouler vers les têtes des bobines. Le refroidissement de la machine électrique est ainsi amélioré. Le dispositif de guidage peut être configuré pour favoriser l’écoulement du fluide de refroidissement dans un sens, par exemple le sens depuis le carter vers les têtes de bobines, et le limiter dans un autre, par exemple le sens depuis le rotor vers la paroi interne du carter.
Le dispositif de guidage peut être de forme au moins partiellement annulaire, notamment entièrement annulaire, lorsqu’observé en section transversale, le dispositif de guidage pouvant être coaxial avec un arbre du rotor.
Le dispositif de guidage peut avoir une étendue angulaire autour de l’axe longitudinal de la machine d’au moins 45°, voire d’au moins 60°, mieux d’au moins 90°, mieux d’au moins 120°, mieux d’au moins 180°, mieux d’au moins 240°, par exemple de 360°.
Le dispositif de guidage est facile à mettre en place sur la machine électrique et ne complexifie pas la fabrication de la machine.
Le dispositif de guidage peut comporter une surface interne et une surface externe et des ouvertures ménagées entre la surface externe et la surface interne et/ou des reliefs sur la face interne.
Les ouvertures et/ou les reliefs peuvent permettre de casser le flux de fluide de refroidissement et ainsi facilite sa réorientation vers les têtes de bobines.
Le ou les reliefs peuvent être des nervures, notamment des nervures s’étendant parallèlement à l’axe longitudinal X de la machine.
En variante, les reliefs peuvent être des nervures s’étendant circonférenciellement par rapport à l’axe longitudinal X de la machine. En variante encore, les nervures peuvent s’étendre dans une direction oblique par rapport à l’axe des longitudinal X de la machine.
La partie de la surface interne du dispositif de guidage qui comporte des reliefs peut s’étendre sur au moins 20°, mieux sur au moins 30°, mieux sur au moins 45°, mieux sur au moins 60°, mieux sur au moins 90° autour de l’axe longitudinal X de la machine. La partie de la surface interne du dispositif de guidage qui comporte des reliefs peut s’étendre sur au plus 360°, mieux sur au plus 240°, mieux sur au plus 120°, mieux sur au plus 90°, mieux sur au plus 60° autour de l’axe longitudinal X de la machine.
Les ouvertures peuvent s’étendre chacune suivant un axe d’élongation L qui est oblique dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine.
L’axe d’élongation L des ouvertures peut être incliné par rapport à un plan contenant l’axe longitudinal X de la machine d’un angle compris entre -90 et +90°, mieux entre -60 et +60°, mieux entre -45 et +45°, mieux entre -30 et +30°.
Une telle inclinaison des ouvertures permet de limiter la quantité de fluide de refroidissement issu du rotor qui traverse le dispositif de guidage et en même temps permet de laisser le fluide de refroidissement issu du carter s’écouler vers les têtes de bobines.
Dans un plan contenant l’axe longitudinal X de la machine, les ouvertures peuvent s’étendre suivant un axe parallèle à l’axe longitudinal X de la machine.
Les axes d’élongations L des ouvertures peuvent être orientés dans la même direction oblique dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine.
Au moins la moitié, mieux au moins les deux-tiers, notamment tous les axes d’élongations L des ouvertures peuvent être orientés dans la même direction oblique dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine.
Au moins la moitié, mieux au moins les deux-tiers, notamment tous les axes d’élongations L des ouvertures peuvent présenter la même inclinaison par rapport à un axe radial dans un plan transversal de la machine.
Dans une variante, au moins deux ouvertures peuvent comporter des axes d’élongations L orientés dans deux directions différentes obliques dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine.
Au moins une moitié des ouvertures peut avoir des axes d’élongation L1 d’une première inclinaison par rapport à un axe radial dans un plan transversal de la machine. Le reste des ouvertures peut avoir des axes d’élongation L2 d’une deuxième inclinaison par rapport à un axe radial dans ce plan transversal de la machine. Les première et deuxième inclinaisons par rapport à un plan contenant l’axe longitudinal X de la machine peuvent être différentes. Elles peuvent notamment être opposées par rapport à un plan contenant l’axe longitudinal X de la machine.
De préférence, une ouverture ayant un axe d’élongation L1 d’une première inclinaison est entourée de part et d’autre par des ouvertures ayant un axe d’élongation L2 d’une deuxième inclinaison, différente de la première inclinaison. Il peut donc y avoir une alternance d’ouvertures ayant des axes d’élongations d’une première L1 et d’une deuxième L2 inclinaisons dans la direction circonférentielle de la machine.
Deux ouvertures peuvent être disposées en forme de V ou en forme de V tronqué. Deux ouvertures peuvent être disposées en forme de V de demi-angle au sommet compris entre 5° et 85°, mieux entre 30° et 60°, mieux entre 40° et 50°, par exemple de l’ordre de 45°. Au moins la moitié, mieux au moins les deux-tiers, notamment toutes les ouvertures peuvent être disposées en forme de V de même demi-angle au sommet. Les ouvertures peuvent être disposées en forme de V tronqué de demi-angle au sommet compris entre 5 ° et 85°, mieux entre 30 ° et 60 °, mieux entre 40° et 50°, par exemple de l’ordre de 45°. Au moins la moitié, mieux au moins les deux-tiers, notamment toutes les ouvertures peuvent être disposées en forme de V tronqué de même demi-angle au sommet. De préférence, les ouvertures peuvent être alternativement disposées en forme de V et en forme de V tronqué dans la direction circonférentielle de la machine.
Le fluide issu du carter peut s’écouler à travers les ouvertures par gravité. En revanche, la majorité du fluide de refroidissement issu du rotor ne peut pas remonter à travers les ouvertures. Cette orientation particulière des ouvertures permet donc de faciliter l’écoulement du fluide de refroidissement issu du carter et de limiter l’écoulement du fluide de refroidissement issu du rotor vers la paroi interne du carter.
Les ouvertures peuvent avoir sur la surface interne et/ou sur la surface externe une superficie par ouverture comprise entre 5 et 350 mm², mieux entre 10 et 250 mm², mieux entre 15 et 150 mm², par exemple de l’ordre de 20 mm².
Les ouvertures peuvent avoir selon l’axe longitudinal X de la machine une longueur comprise entre 2 et 50 mm, mieux entre 12 et 40 mm, par exemple de l’ordre de 22 mm.
La distance entre deux ouvertures adjacentes sur la surface interne et/ou externe du dispositif de guidage peut être constante. La distance sur la surface interne et/ou externe du dispositif de guidage entre deux ouvertures ayant des axes d’élongations de même inclinaison peut être constante. La distance entre les ouvertures sur la surface interne et/ou externe du dispositif de guidage peut être variable.
La distance entre deux ouvertures sur la surface externe du dispositif de guidage peut être égale à la distance entre deux ouvertures sur la surface interne. En variante, la distance entre deux ouvertures sur la surface externe du dispositif de guidage peut être inférieure à la distance entre deux ouvertures sur la surface interne. En variante encore, la distance entre deux ouvertures sur la surface externe du dispositif de guidage peut être supérieure à la distance entre deux ouvertures sur la surface interne.
Deux ouvertures adjacentes sur la surface externe peuvent être distantes dans une direction circonférentielle d’au plus 100 mm, mieux d’au plus 60 mm, mieux d’au plus 30 mm, mieux d’au plus 20 mm. Deux ouvertures adjacentes sur la surface externe peuvent être distantes dans une direction circonférentielle d’au moins 1 mm, mieux d’au moins 2 mm, mieux d’au moins 3 mm. Par exemple deux ouvertures adjacentes sur la surface externe peuvent être distantes dans une direction circonférentielle d’une distance de l’ordre de 4 mm ou 8 mm.
Deux ouvertures adjacentes sur la surface interne peuvent être distantes dans une direction circonférentielle d’au plus 100 mm, mieux d’au plus 60 mm, mieux d’au plus 30 mm, mieux d’au plus 20 mm. Deux ouvertures adjacentes sur la surface interne peuvent être distantes dans une direction circonférentielle d’au moins 0 mm mieux d’au moins 1 mm, mieux d’au moins 2 mm, mieux d’au moins 3 mm. Par exemple deux ouvertures adjacentes sur la surface interne peuvent être distantes dans une direction circonférentielle d’une distance de l’ordre de 0 ou 4 mm. Sur la surface interne, deux ouvertures peuvent se rejoindre et former une unique ouverture, notamment au niveau de la pointe du V formé par deux ouvertures adjacentes ayant des axes d’élongation d’inclinaison différente.
La surface totale du dispositif de guidage qui comporte des ouvertures, sans compter la surface des ouvertures, peut être comprise entre 0 et 46000 mm², mieux entre 2000 et 33000 mm², mieux entre 4000 et 20000 mm², mieux entre 6000 et 15000 mm², mieux entre 7000 et 10000 mm², par exemple de l’ordre de 7700 mm² ou 9000 mm².
Le dispositif de guidage peut comporter une partie tronconique coaxiale avec l’axe longitudinal X de la machine et orientée vers les têtes de bobines.
La partie tronconique du dispositif de guidage peut être disposée longitudinalement au-delà des têtes de bobines quand on s’éloigne de la masse statorique. Par exemple, la partie tronconique du dispositif de guidage peut être disposée longitudinalement à gauche ou à droite des têtes de bobines.
En variante, la partie tronconique du dispositif de guidage peut être disposée au moins partiellement, mieux totalement, au-dessus des têtes de bobines.
La partie tronconique du dispositif de guidage peut s’évaser lorsqu’on s’éloigne longitudinalement des têtes de bobines vers l’extérieur de la machine.
En variante, elle peut se rapprocher de l’axe longitudinal X de la machine lorsqu’on s’éloigne longitudinalement des têtes de bobines vers l’extérieur de la machine.
La surface extérieure de la partie tronconique peut présenter une inclinaison comprise entre 5 et 85°, mieux entre 10 et 60°, mieux entre 15 et 45°, par exemple de l’ordre de 30° par rapport à l’axe longitudinal X de la machine dans un plan contenant l’axe longitudinal X de la machine.
Le dispositif de guidage peut également comporter une paroi horizontale. Des ouvertures peuvent être ménagées dans la paroi horizontale. Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif de guidage peut comporter une paroi horizontale et une partie tronconique.
Le dispositif de guidage peut comporter au moins une paroi verticale s’étendant depuis la paroi interne du carter vers les têtes de bobines. Cette paroi verticale favorise la réorientation du fluide de refroidissement vers les têtes de bobines.
La paroi verticale peut être en contact avec les têtes de bobines du stator.
La hauteur de la paroi verticale dans la direction radiale peut être supérieure ou inférieure à l’écart entre les têtes de bobines et la paroi interne du carter. En variante, la hauteur de la paroi verticale dans la direction radiale peut être égale à l’écart entre les têtes de bobines et la paroi interne du carter.
La paroi verticale peut être disposée radialement à une distance non nulle des têtes de bobines du stator.
L’espace radial entre la paroi verticale et les têtes de bobines facilite l’écoulement du fluide de refroidissement le long de l’axe d’élongation de la machine.
Dans une autre variante de réalisation, le dispositif de guidage peut comporter au moins une partie grillagée. La partie grillagée peut être flexible. En variante elle peut être rigide.
La partie grillagée peut être disposée à une distanceddes têtes de bobines du stator. Cette distancedpeut être inférieure à 10 mm, mieux inférieur à 5 mm, par exemple de l’ordre de 4 mm. La partie grillagée peut être située à une distance nulle du bobinage du stator, c’est-à-dire être en contact avec le bobinage du stator. Le fait que la partie grillagée soit disposée à une faible distance du bobinage du stator permet d’orienter le fluide de refroidissement par capillarité vers les têtes de bobines. La partie grillagée permet d’attirer par capillarité le fluide de refroidissement provenant du rotor et/ou celui provenant du carter.
La partie grillagée peut présenter une inclinaison comprise entre 0° et 45°, mieux entre 5° et 30°, mieux entre 5° et 20°, par exemple de l’ordre de 10° par rapport à l’axe longitudinal X de la machine dans un plan contenant l’axe longitudinal X de la machine.
La partie grillagée peut comporter une extrémité proximale et une extrémité distale. L’extrémité proximale est située plus proche de la masse rotorique que l’extrémité distale. La partie grillagée peut se rapprocher de l’axe longitudinal X de la machine en direction de l’extrémité distale. En variante, la partie grillagée peut s’écarter de l’axe longitudinal X de la machine en direction de l’extrémité distale.
Dans une variante de réalisation, le dispositif de guidage peut comporter des moyens de fixation au carter. Le dispositif de guidage peut ainsi jouer le rôle de bride. Le dispositif de guidage peut ainsi permettre d’assurer le maintien mécanique et la fixation du stator au carter et en plus de réorienter le fluide de refroidissement issu du rotor vers les têtes de bobines.
En variante ou additionnellement, la machine peut comporter, en plus du dispositif de guidage, une bride. La bride peut être en contact avec le dispositif de guidage. En variante, la bride peut être distante du dispositif de guidage.
La bride peut comporter une surface interne et une surface externe et des ouvertures ménagées entre la surface externe et la surface interne et/ou des reliefs sur la face interne.
La bride peut avoir une longueur selon l’axe longitudinal X de la machine d’au moins 2 mm, mieux d’au moins 3 mm, par exemple de l’ordre de 4 mm. La bride peut avoir une longueur selon l’axe longitudinal X de la machine d’au plus 10 mm, mieux d’au plus 5 mm, par exemple de l’ordre de 4 mm. Une telle longueur permet à la bride de s’étendre au-dessus la partie du bobinage qui est proche de l’entrée des encoches. Dans la partie du bobinage qui est proche de l’entrée des encoches, les conducteurs électriques peuvent ne pas comporter de portions torsadées. Par conséquent, le fluide de refroidissement issu du rotor passe plus facilement entre les conducteurs. La présence d’une bride à cette position axiale permet de réorienter ce fluide de refroidissement vers les têtes de bobines et ainsi améliorer le refroidissement de la machine.
La bride peut être réalisée dans l’une des matières suivantes : aluminium, acier, inox, plastique, cette liste n’étant pas limitative.
La machine peut être utilisée comme moteur ou comme générateur. La machine peut être à reluctance. Elle peut constituer un moteur synchrone ou en variante un générateur synchrone. En variante encore, elle constitue une machine asynchrone.
La vitesse maximale de rotation de la machine peut être élevée, étant par exemple supérieure à 10 000 tr/min, mieux supérieure à 12 000 tr/min, étant par exemple de l’ordre de 14 000 tr/min à 15 000 tr/min, voire même de 20 000 tr/min ou de 24 000 tr/min ou de 25 000 tr/min. La vitesse maximale de rotation de la machine peut être inférieure à 100 000 tr/min, voire à 60 000 tr/min, voire encore inférieure à 40 000 tr/min, mieux inférieure à 30 000 tr/min.
L’invention peut convenir tout particulièrement pour des machines de forte puissance.
La machine peut comporter un seul rotor intérieur ou, en variante, un rotor intérieur et un rotor extérieur, disposés radialement de part et d’autre du stator et accouplés en rotation.
La machine peut être insérée seule dans un carter ou insérée dans un carter de boite de vitesse. Dans ce cas, elle est insérée dans un carter qui loge également une boîte de vitesse.
Les encoches peuvent être au moins partiellement fermées. Une encoche partiellement fermée permet de ménager une ouverture au niveau de l’entrefer, qui peut servir par exemple à la mise en place des conducteurs électriques pour le remplissage de l’encoche. Une encoche partiellement fermée est notamment ménagée entre deux dents qui comportent chacune des épanouissements polaires au niveau de leur extrémité libre, lesquels viennent fermer l’encoche au moins en partie.
En variante, les encoches peuvent être entièrement fermées. Par « encoche entièrement fermée », on désigne des encoches qui ne sont pas ouvertes radialement vers l’entrefer.
Dans un mode de réalisation, au moins une encoche, voire chaque encoche, peut être continûment fermée du côté de l’entrefer par un pont de matière venu d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. Toutes les encoches peuvent être fermées du côté de l’entrefer par des ponts de matière fermant les encoches. Les ponts de matière peuvent être venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche. La masse statorique est alors dépourvue de découpe entre les dents et les ponts de matière fermant les encoches, et les encoches sont alors continûment fermées du côté de l’entrefer par les ponts de matière venus d’un seul tenant avec les dents définissant l’encoche.
En outre, les encoches peuvent également être fermées du côté opposé à l’entrefer par une culasse rapportée ou d’un seul tenant avec les dents. Les encoches ne sont alors pas ouvertes radialement vers l’extérieur. La masse statorique peut être dépourvue de découpe entre les dents et la culasse.
Dans un mode de réalisation, chacune des encoches est de contour continûment fermé. Par « continûment fermé », on entend que les encoches présentent un contour fermé continu lorsqu’elles sont observées en section transversale, prise perpendiculairement à l’axe de rotation de la machine. On peut faire le tour complet de l’encoche sans rencontrer de découpe dans la masse statorique.
Le stator peut comporter des bobines disposées de manière répartie dans les encoches, ayant notamment des conducteurs électriques disposés de manière rangée dans les encoches. Par « réparti », on entend qu’au moins l’une des bobines passe successivement dans deux encoches non adjacentes.
Les conducteurs électriques peuvent ne pas être disposés dans les encoches en vrac mais de manière ordonnée. Ils sont empilés dans les encoches de manière non aléatoire, étant par exemple disposés en rangées de conducteurs électriques alignés. L’empilement des conducteurs électriques est par exemple un empilement selon un réseau hexagonal dans le cas de conducteurs électriques de section transversale circulaire.
Le stator peut comporter des conducteurs électriques logés dans les encoches. Des conducteurs électriques au moins, voir une majorité des conducteurs électriques, peuvent être en forme d'épingles, de U ou de I. L’épingle peut être en forme de U (« U-pin » en anglais) ou droite, étant en forme de I (« I-pin » en anglais).
Les conducteurs électriques peuvent ainsi former un bobinage distribué. Le bobinage peut ne pas être concentré ou bobiné sur dent.
Dans une variante de réalisation, le stator est à bobinage concentré. Le stator peut comporter des dents et des bobines disposées sur les dents. Le stator peut ainsi être bobiné sur dents, autrement dit à bobinage non réparti.
Les dents du stator peuvent comporter des épanouissements polaires. En variante, les dents du stator sont dépourvues d’épanouissements polaires.
Le stator peut comporter une carcasse extérieure entourant la culasse.
Les dents du stator peuvent être réalisées avec un empilage de tôles magnétiques, recouvertes chacune d’une résine isolante, afin de limiter les pertes par courants induits.
L’invention a également pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de refroidissement d’une machine électrique tournante telle que décrite ci-dessus, dans lequel on alimente le rotor en fluide de refroidissement, lequel est orienté par le dispositif de guidage vers les têtes de bobines du stator.
De préférence, le fluide de refroidissement peut ne pas être mis sous pression.
Dans l’invention, le fluide de refroidissement peut ne s’écouler que par l’effet de la gravité et par la force centrifuge du rotor. Il peut avantageusement ne pas être nécessaire de mettre le fluide de refroidissement sous pression.
L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, d’exemples de mise en œuvre non limitatifs de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel :
la est une vue en coupe longitudinale d’une machine électrique tournante selon l’invention,
la est une vue en perspective des pièces de guidage de la machine de la ,
la est une vue en perspective, schématique et partielle, de la machine de la ,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation,
la est une vue analogue à la de la variante de réalisation de la ,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation,
la est une vue analogue à la de la variante de réalisation de la ,
la est une vue de détail en coupe longitudinale d’une variante de réalisation,
la est une vue analogue à la de la variante de réalisation de la ,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation,
la est une vue analogue à la de la variante de la réalisation de la ,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation,
la est une vue de face d’une pièce de guidage selon un autre mode de réalisation de l’invention,
la est une vue de profil de la pièce de guidage de la ,
la est une vue analogue à la d’une variante de réalisation.

Claims (19)

  1. Machine électrique tournante (1) s’étendant suivant un axe longitudinal X, comportant un rotor (2) et un stator (3) bobiné présentant des têtes de bobines (30),
    le rotor (2) et le stator (3) étant disposés dans un carter (4) comportant une paroi interne,
    le rotor (2) comportant au moins un canal de distribution d’un fluide de refroidissement,
    la machine comportant au moins un dispositif de guidage (10) disposé radialement entre les têtes de bobines du stator et la paroi interne du carter,
    le dispositif de guidage (10) étant configuré pour orienter le fluide de refroidissement éjecté depuis le rotor, notamment par force centrifuge, sur les têtes de bobines du stator.
  2. Machine électrique selon la revendication précédente, comportant en outre une alimentation en fluide de refroidissement par le carter (4), le fluide de refroidissement venant du carter pouvant être orienté vers les têtes de bobines, notamment par gravité, par le dispositif de guidage (10).
  3. Machine électrique selon l’une des deux revendications précédentes, le dispositif de guidage (10) étant de forme au moins partiellement annulaire, notamment entièrement annulaire, lorsqu’observé en section transversale, le dispositif de guidage (10) pouvant être coaxial avec un arbre (20) du rotor.
  4. Machine électrique selon la revendication précédente, le dispositif de guidage (10) comportant une surface interne (100) et une surface externe (101) et des ouvertures (102) ménagées entre la surface externe et la surface interne et/ou des reliefs (109) sur la face interne.
  5. Machine électrique selon la revendication précédente, le ou les reliefs (109) étant des nervures, notamment des nervures s’étendant parallèlement à l’axe longitudinal X de la machine.
  6. Machine électrique selon l’une des deux revendications précédentes, les ouvertures (102) s’étendant chacune suivant un axe d’élongation L qui est oblique dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine.
  7. Machine électrique selon la revendication précédente, des axes d’élongations L des ouvertures (102) étant orientés dans la même direction oblique dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine.
  8. Machine électrique selon l’une des deux revendications précédentes, au moins deux ouvertures (102, 102’) comportant des axes d’élongations L orientés dans deux directions différentes obliques dans un plan perpendiculaire à l’axe longitudinal X de la machine.
  9. Machine électrique selon l’une des revendications 4 à 8, les ouvertures (102) ayant sur la surface interne (100) et/ou sur la surface externe (101) une superficie comprise entre 5 et 350 mm², mieux entre 10 et 250 mm², mieux entre 15 et 150 mm², par exemple de l’ordre de 20 mm².
  10. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de guidage (10) comportant une partie tronconique (103) coaxiale avec l’axe longitudinal X de la machine et orientée vers les têtes de bobines (30).
  11. Machine électrique selon la revendication précédente, la surface extérieure de la partie tronconique (103) présentant une inclinaison (i) comprise entre 5 et 85°, mieux entre 10 et 60°, mieux entre 15 et 45°, par exemple de l’ordre de 30° par rapport à l’axe longitudinal X de la machine dans un plan contenant l’axe longitudinal X de la machine.
  12. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de guidage comportant au moins une paroi verticale (106) s’étendant depuis la paroi interne du carter (4) vers les têtes de bobines (30).
  13. Machine électrique selon la revendication précédente, la paroi verticale (106) étant en contact avec les têtes de bobines (30) du stator.
  14. Machine électrique selon la revendication précédente, la paroi verticale (106) étant disposée radialement à une distance non nulle des têtes de bobines du stator (30).
  15. Machine électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de guidage comportant au moins une partie grillagée (107).
  16. Machine selon la revendication précédente, la partie grillagée (107) présentant une inclinaison comprise entre 0° et 45°, mieux entre 5° et 30°, mieux entre 5° et 20°, par exemple de l’ordre de 10° par rapport à l’axe longitudinal X de la machine dans un plan contenant l’axe longitudinal X de la machine.
  17. Machine selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif de guidage (10) comportant des moyens de fixation (108) au carter (4).
  18. Procédé de refroidissement d’une machine électrique tournante selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on alimente le rotor (2) en fluide de refroidissement, lequel est orienté par le dispositif de guidage (10) vers les têtes de bobines (30) du stator.
  19. Procédé de refroidissement selon la revendication précédente, le fluide de refroidissement n’étant pas mis sous pression.
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