FR3139677A1 - Rotating electric machine with improved cooling - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une machine électrique tournante (10) comprenant : un rotor (12) mobile en rotation autour d’un axe (X),un stator (11) disposé autour du rotor (12), etune chambre (31) de refroidissement disposée radialement autour du stator (12), délimitée entre une paroi radialement intérieure (70) et une paroi radialement extérieure (71), un fluide de refroidissement circulant dans cette chambre (31) entre une entrée (41) et une sortie (42) en fluide dans la chambre, un circuit d’entrée de fluide (51) communiquant avec l’entrée (41) et un circuit de sortie de fluide (52) communiquant avec la sortie (42), dans laquelle le circuit d’entrée en fluide (51) comprend une portion d’étranglement (55) entre une section (56) de grand diamètre (D2) et une section (57) de petit diamètre (D1) et en ce qu’un ratio (R) entre le petit et le grand diamètre (D1/D2) est compris entre 0,4 et 0,9. Figure pour l’abrégé : Fig. 3The invention relates to a rotating electric machine (10) comprising: a rotor (12) movable in rotation around an axis (X), a stator (11) arranged around the rotor (12), and a cooling chamber (31). arranged radially around the stator (12), delimited between a radially interior wall (70) and a radially exterior wall (71), a cooling fluid circulating in this chamber (31) between an inlet (41) and an outlet (42) in fluid in the chamber, a fluid inlet circuit (51) communicating with the inlet (41) and a fluid outlet circuit (52) communicating with the outlet (42), in which the inlet circuit fluid (51) comprises a constriction portion (55) between a section (56) of large diameter (D2) and a section (57) of small diameter (D1) and in that a ratio (R) between the small and the large diameter (D1/D2) is between 0.4 and 0.9. Figure for abstract: Fig. 3
Description
La présente invention porte sur une machine électrique tournante comprenant une chambre de refroidissement permettant le refroidissement d’un stator. L’invention trouve des applications avantageuses, mais non exclusives, dans le domaine des machines électriques tournantes pour un dispositif mobile à autopropulsion hybride ou électrique et, en particulier, dans le domaine des machines électriques de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec une boite de vitesses et devant être refroidies par un fluide de refroidissement.The present invention relates to a rotating electrical machine comprising a cooling chamber for cooling a stator. The invention finds advantageous, but not exclusive, applications in the field of rotating electrical machines for a mobile device with hybrid or electric self-propulsion and, in particular, in the field of high-power electrical machines capable of operating in alternator mode and in engine coupled with a gearbox and having to be cooled by a cooling fluid.
De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d’un arbre. Le rotor pourra être solidaire d’un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.In a manner known per se, rotating electrical machines comprise a stator and a rotor secured to a shaft. The rotor may be integral with a driving and/or driven shaft and may belong to a rotating electric machine in the form of an alternator, an electric motor, or a reversible machine capable of operating in both modes.
Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule ou à un train du véhicule automobile. La machine électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et/ou au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.In certain types of motor vehicle powertrains, a high-power reversible rotating electric machine is coupled to the gearbox of the vehicle or to a train of the motor vehicle. The electric machine is then able to operate in an alternator mode to supply energy in particular to the battery and/or to the vehicle's on-board network, and in an engine mode, not only to ensure the starting of the thermal engine, but also to participate in the traction of the vehicle alone or in combination with the thermal engine.
Le rotor pourra comporter un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.The rotor may include a body formed by a stack of sheets of metal sheets held in the form of a package by means of a suitable fixing system. The rotor comprises poles formed for example by permanent magnets housed in cavities formed in the magnetic mass of the rotor. Alternatively, in a so-called “salient” pole architecture, the poles are formed by coils wound around the arms of the rotor.
Par ailleurs, le stator est porté par un palier qui comporte des organes de roulement pour le montage en rotation de l’arbre de rotor. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Alternativement, dans le cas d'un bobinage de type concentrique, la machine électrique polyphasée comporte un bobinage de stator constitué par plusieurs bobines préformées montées autour des dents du stator par l'intermédiaire d'un isolant de bobine.Furthermore, the stator is carried by a bearing which includes rolling members for rotating the rotor shaft. The stator comprises a body consisting of a stack of thin sheets forming a crown, the interior face of which is provided with notches open towards the interior to receive phase windings. These windings pass through the notches and form buns projecting from either side of the stator body. The phase windings are obtained for example from a continuous wire covered with enamel or from conductive elements in the form of pins connected together by welding. Alternatively, in the case of a concentric type winding, the polyphase electric machine comprises a stator winding constituted by several preformed coils mounted around the teeth of the stator via a coil insulator.
Dans une machine électrique, l’énergie électrique est convertie en énergie cinétique ou inversement. Les pertes qui se produisent entrainent un échauffement des composants de la machine électrique pendant son fonctionnement. Afin d’éviter un échauffement excessif de ces composants, tel que le stator, un dispositif de refroidissement doit être prévu dans la machine électrique. La chaleur générée par la circulation du courant à travers le bobinage du stator peut être évacuée vers une chambre de refroidissement ménagée dans le palier dans laquelle circule un liquide caloporteur. Généralement la chambre de refroidissement s’étend dans la direction circonférentielle du stator de manière à permettre un refroidissement efficace.In an electric machine, electrical energy is converted into kinetic energy or vice versa. The losses that occur cause the components of the electrical machine to heat up during operation. In order to avoid excessive heating of these components, such as the stator, a cooling device must be provided in the electrical machine. The heat generated by the circulation of current through the stator winding can be evacuated to a cooling chamber provided in the bearing in which a heat transfer liquid circulates. Generally the cooling chamber extends in the circumferential direction of the stator so as to allow efficient cooling.
L'invention vise à proposer une machine électrique tournante avec un refroidissement amélioré sans augmenter l’espace nécessaire à la chambre de refroidissement.The invention aims to provide a rotating electric machine with improved cooling without increasing the space required for the cooling chamber.
La présente invention vise ainsi à proposer une machine électrique tournante comprenant :The present invention thus aims to provide a rotating electric machine comprising:
- un rotor mobile en rotation autour d’un axe,a movable rotor rotating around an axis,
- un stator disposé autour du rotor, eta stator arranged around the rotor, and
- une chambre de refroidissement annulaire disposée radialement autour du stator, délimitée entre une paroi radialement intérieure et une paroi radialement extérieure, un fluide de refroidissement circulant dans cette chambre entre une entrée en fluide dans la chambre et une sortie en fluide dans la chambre,an annular cooling chamber arranged radially around the stator, delimited between a radially interior wall and a radially exterior wall, a cooling fluid circulating in this chamber between a fluid inlet in the chamber and a fluid outlet in the chamber,
- un circuit d’entrée de fluide communiquant avec l’entrée en fluide et un circuit de sortie de fluide communiquant avec la sortie en fluide,a fluid inlet circuit communicating with the fluid inlet and a fluid outlet circuit communicating with the fluid outlet,
le circuit d’entrée en fluide comprend une portion d’étranglement entre une section de grand diamètre et une section de petit diamètre et en ce qu’un ratio entre le petit et le grand diamètre est compris entre 0,4 et 0,9.the fluid inlet circuit comprises a throttling portion between a large diameter section and a small diameter section and in that a ratio between the small and large diameter is between 0.4 and 0.9.
L’invention permet ainsi, grâce à la portion d’étranglement de forcer le débit de fluide à l’entrée de la chambre de refroidissement de manière suffisante et nécessaire de telle sorte à augmenter la vélocité du fluide et donc également le coefficient d’échange localement dans le circuit. En outre, l’invention permet de limiter l’augmentation de la baisse de pression. Plus la baisse de pression est élevée, plus le travail à effectuer par la pompe pour diriger le fluide dans la chambre de refroidissement sera important et plus la pompe aura donc besoin d'énergie. Le ratio de la présente invention permet ainsi d’avoir un bon compromis entre l’augmentation de la vitesse pour améliorer le refroidissement et l’augmentation de la baisse de pression.The invention thus makes it possible, thanks to the throttling portion, to force the flow of fluid at the entrance to the cooling chamber in a sufficient and necessary manner so as to increase the velocity of the fluid and therefore also the exchange coefficient. locally in the circuit. In addition, the invention makes it possible to limit the increase in pressure drop. The higher the pressure drop, the more work to be done by the pump to direct the fluid into the cooling chamber and the more energy the pump will therefore need. The ratio of the present invention thus makes it possible to have a good compromise between increasing the speed to improve cooling and increasing the pressure drop.
Dans la description et les revendications, on utilisera les termes "externe" et "interne" ainsi que les orientations "axiale" et "radiale" pour désigner, selon les définitions données dans la description, des éléments du rotor, du stator et/ou de la machine électrique. Par convention, l'orientation "radiale" est dirigée orthogonalement à l’orientation axiale. L’orientation axiale se rapporte, suivant le contexte, à l’axe de rotation du rotor, du stator et/ou de la machine électrique. L'orientation "circonférentielle" est dirigée orthogonalement à la direction axiale et orthogonalement à la direction radiale. Les termes "externe, extérieur" et "interne, intérieur" sont utilisés pour définir la position relative d'un élément par rapport à un autre, par rapport à l’axe de référence, un élément proche de l'axe est ainsi qualifié d'interne par opposition à un élément externe situé radialement en périphérie. On utilisera également les termes « avant » et « arrière » pour définir la position relative d’un élément par rapport à un autre, selon la direction par rapport à une orientation axiale déterminée par l’axe X principal de la machine électrique, « l’avant » désignant la partie située à gauche de la
Dans le cadre de la présente invention, par « portion d’étranglement », on entend définir au sens de la présente invention, une portion où la section d'écoulement se rétrécit.In the context of the present invention, by “throttling portion” is meant to define, within the meaning of the present invention, a portion where the flow section narrows.
Avantageusement, une paroi délimitant la portion d’étranglement présente une forme tronconique ou étagée. Par « tronconique », on entend désigner une diminution de section progressive alors que par « étagée », on entend définir une brusque diminution de section.Advantageously, a wall delimiting the constriction portion has a frustoconical or stepped shape. By “truncated” we mean to designate a progressive reduction in section while by “stepped” we mean to define a sudden reduction in section.
Avantageusement, une paroi délimitant la portion d’étranglement présente une forme comprenant au moins deux étages.Advantageously, a wall delimiting the constriction portion has a shape comprising at least two stages.
Avantageusement, la paroi délimitant la portion d’étranglement et présentant une forme tronconique présente une longueur comprise entre 4 et 230mm, de préférence entre 5 et 60mm.Advantageously, the wall delimiting the constriction portion and having a frustoconical shape has a length of between 4 and 230mm, preferably between 5 and 60mm.
Avantageusement, il existe un angle de pente entre la paroi délimitant la portion d’étranglement tronconique et une paroi délimitant la section de grand diamètre, ledit angle de pente étant compris entre 1 et 25°, de préférence entre 18 et 22°.Advantageously, there is an angle of slope between the wall delimiting the frustoconical constriction portion and a wall delimiting the large diameter section, said angle of slope being between 1 and 25°, preferably between 18 and 22°.
Avantageusement, l’entrée en fluide et la sortie en fluide sont angulairement décalées par rapport à l’axe de rotation du rotor, de préférence d’un angle mesuré depuis l’axe de rotation compris entre 180 et 360°.Advantageously, the fluid inlet and the fluid outlet are angularly offset relative to the axis of rotation of the rotor, preferably by an angle measured from the axis of rotation of between 180 and 360°.
Avantageusement, la chambre de refroidissement annulaire et le circuit d’entrée de fluide communiquant avec l’entrée en fluide de la chambre sont réalisés à partir de pièces différentes.Advantageously, the annular cooling chamber and the fluid inlet circuit communicating with the fluid inlet of the chamber are made from different parts.
Selon un aspect de l’invention, la machine électrique tournante consiste en un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.According to one aspect of the invention, the rotating electric machine consists of an alternator, an alternator-starter, a reversible machine or an electric motor.
La paroi radialement intérieure de la chambre peut appartenir à une jupe axiale d’un premier palier, ce premier palier comprenant également une paroi transversale s’étendant radialement.The radially interior wall of the chamber may belong to an axial skirt of a first bearing, this first bearing also comprising a transverse wall extending radially.
La paroi radialement extérieure de la chambre peut appartenir à une jupe axiale d’un deuxième palier, ce deuxième palier comprenant également une paroi transversale s’étendant radialement.The radially outer wall of the chamber may belong to an axial skirt of a second bearing, this second bearing also comprising a transverse wall extending radially.
Ces deux parois transversales peuvent délimiter axialement le logement dans lequel le stator et le rotor de la machine électrique sont reçues.These two transverse walls can axially delimit the housing in which the stator and the rotor of the electric machine are received.
Chacun de ces paliers peut porter un roulement pour le montage à rotation de l'arbre de la machine électrique tournante. Il s’agit par exemple d’un roulement à billes ou encore d’un roulement à cage.Each of these bearings can carry a bearing for rotating the shaft of the rotating electric machine. This is for example a ball bearing or a cage bearing.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.The invention will be better understood on reading the following description and examining the accompanying figures. These figures are given for illustrative purposes only but in no way limit the invention.
Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.Identical, similar or analogous elements retain the same reference from one figure to another.
La
La machine électrique tournante 10 pourra être destinée à être accouplée à une boîte de vitesses appartenant à une chaîne de traction d’un dispositif mobile à autopropulsion hybride ou électrique. Cette machine électrique 10 peut être alimentée électriquement depuis une unité de stockage d’énergie électrique via un onduleur/redresseur, cet onduleur/redresseur. La machine électrique tournante 10 est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l’énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.The rotating electric machine 10 may be intended to be coupled to a gearbox belonging to a traction chain of a mobile device with hybrid or electric self-propulsion. This electric machine 10 can be electrically powered from an electrical energy storage unit via an inverter/rectifier, this inverter/rectifier. The rotating electric machine 10 is then able to operate in an alternator mode to supply energy in particular to the battery and the on-board network of the vehicle, and in an engine mode, not only to ensure the starting of the vehicle's thermal engine, but also to participate in the traction of the vehicle alone or in combination with the thermal engine.
Dans la suite, par dispositif mobile à autopropulsion, on entend un véhicule pour transporter des marchandises ou des personnes, qui comprend son système de traction pour se déplacer tel que le moteur thermique ou électrique d’une voiture, camion, d’un vélo ou d’un objet qui se déplace avec son système de traction tel qu’un drone. Un tel dispositif mobile à autopropulsion peut en outre comprendre une conduite autonome.In the following, the term self-propelling mobile device means a vehicle for transporting goods or people, which includes its traction system for moving such as the thermal or electric engine of a car, truck, bicycle or of an object that moves with its traction system such as a drone. Such a self-propelling mobile device may further include autonomous driving.
La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 4kW et 50kW. En alternative, la puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 50kW et 200kW. Alternativement, la machine électrique 10 pourra être implantée sur un essieu du véhicule automobile, notamment un essieu arrière. Dans l’exemple considéré, la machine électrique 10 présente avantageusement une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts, et valant de préférence 48Volts. Typiquement, le couple fourni par la machine électrique est compris entre 30N.m et 150N.m. En alternative, la machine électrique 10 pourra présenter une tension de fonctionnement de plus de 60V, voire plus de 80V ou plus de 100V, notamment 300V ou plus.The power of machine 10 could be between 4kW and 50kW. Alternatively, the power of machine 10 could be between 50kW and 200kW. Alternatively, the electric machine 10 could be installed on an axle of the motor vehicle, in particular a rear axle. In the example considered, the electrical machine 10 advantageously has an operating voltage of less than 60 Volts, and preferably worth 48 Volts. Typically, the torque provided by the electric machine is between 30N.m and 150N.m. Alternatively, the electric machine 10 may have an operating voltage of more than 60V, or even more than 80V or more than 100V, in particular 300V or more.
La machine électrique tournante peut encore comprendre une poulie ou tout autre moyen de liaison vers le reste du groupe motopropulseur du véhicule tel qu’un engrenage. La machine électrique est par exemple reliée, notamment via une courroie, au vilebrequin du moteur thermique du véhicule. En variante, la machine électrique est reliée à d’autres emplacement du groupe motopropulseur, par exemple à l’entrée de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, en sortie de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, au niveau de la boîte de vitesses du point de vue du couple transitant vers les roues du véhicule, ou encore sur le train avant ou le train arrière de ce groupe motopropulseur.The rotating electric machine may also include a pulley or any other means of connection to the rest of the powertrain of the vehicle such as a gear. The electric machine is for example connected, in particular via a belt, to the crankshaft of the vehicle's thermal engine. Alternatively, the electric machine is connected to other locations of the powertrain, for example at the input of the gearbox from the point of view of the torque passing to the wheels of the vehicle, at the output of the gearbox from the point from the point of view of the torque passing towards the wheels of the vehicle, at the level of the gearbox from the point of view of the torque passing towards the wheels of the vehicle, or even on the front axle or the rear axle of this powertrain.
Le carter 15 comporte un palier avant 24 et un palier arrière 30 qui sont assemblés ensemble au moyen de vis ou par soudure par friction malaxage. Chacun des paliers comporte une portion transversale qui s’étend radialement par rapport à l’axe X. Ces portions transversales sont munies centralement d’un logement de roulement dans lequel est logé un organe de roulement pour le montage à rotation de l’arbre 9. Ces paliers 24, 30 comportent en outre une jupe axiale présentant globalement une forme tubulaire s’étendant axialement depuis la périphérie externe de la portion transversale respective.The casing 15 comprises a front bearing 24 and a rear bearing 30 which are assembled together by means of screws or by friction stir welding. Each of the bearings has a transverse portion which extends radially relative to the axis These bearings 24, 30 further comprise an axial skirt having generally a tubular shape extending axially from the external periphery of the respective transverse portion.
Les paliers 24, 30 sont de préférence en un matériau à base d’aluminium. En outre, le carter 15 comporte des moyens de fixation, non représentés, permettant le montage de la machine électrique tournante 10 dans le véhicule.The bearings 24, 30 are preferably made of an aluminum-based material. In addition, the casing 15 comprises fixing means, not shown, allowing the mounting of the rotating electrical machine 10 in the vehicle.
Le rotor 12 comporte un corps sous la forme d’un paquet de tôles pour diminuer les courants de Foucault. Des aimants permanents sont implantés dans des ouvertures du corps. Les aimants peuvent être implantés suivant une configuration en V. Alternativement, les aimants sont implantés radialement à l’intérieur des cavités, les faces en vis-à-vis de deux aimants adjacents étant de même polarité. Il s’agit alors d’une configuration à concentration de flux. Les aimants pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. Alternativement, les pôles du rotor 12 pourront être formés par des bobines.The rotor 12 has a body in the form of a pack of sheets to reduce eddy currents. Permanent magnets are implanted into openings in the body. The magnets can be installed in a V-shaped configuration. Alternatively, the magnets are installed radially inside the cavities, the opposite faces of two adjacent magnets having the same polarity. This is then a flow concentration configuration. The magnets could be made of rare earth or ferrite depending on the applications and the desired power of the machine 10. Alternatively, the poles of the rotor 12 could be formed by coils.
Le stator 11 comporte un corps 13 constitué par un paquet de tôles qu’une pluralité de bobinages 19. Le corps est formé par un empilement de feuilles de tôles indépendantes les unes des autres et maintenues sous forme de paquet au moyen d’un système de fixation adapté. Le paquet de tôles est doté d'encoches, par exemple du type semi-fermées, équipées d'isolant d'encoches pour le montage de la pluralité de bobinages 19 du stator 11. Dans l’exemple considéré, chaque bobinage 19 est alimenté via un circuit électronique de puissance électrique dédié au moyen desquels des courants de phase correspondants peuvent être générés individuellement et introduits dans les bobinages de sorte à définir une pluralité de pôles magnétiques et une pluralité de phases dans chaque paire de pôles.The stator 11 comprises a body 13 constituted by a pack of sheets with a plurality of windings 19. The body is formed by a stack of sheets of sheets independent of each other and held in the form of a pack by means of a system of suitable fixing. The pack of sheets is provided with notches, for example of the semi-closed type, equipped with notch insulator for mounting the plurality of windings 19 of the stator 11. In the example considered, each winding 19 is supplied via a dedicated electric power electronic circuit by means of which corresponding phase currents can be generated individually and introduced into the windings so as to define a plurality of magnetic poles and a plurality of phases in each pair of poles.
Le corps 13 de stator 11 est monté fretté à l’intérieur de l’un des deux paliers, le palier avant 24 dans l’exemple considéré. A cet effet, le palier 24 est chauffé à haute température jusqu’à la dilatation du matériau, puis refroidi de telle façon que la périphérie externe du corps du stator 13 soit maintenu fixe contre la périphérie interne du palier 24. La périphérie externe du corps 13 de stator 11 étant en contact intime avec la périphérie interne du palier 24 du fait de l’opération de frettage, cela permet de faciliter l’évacuation par conduction de la chaleur générée par le stator.The body 13 of stator 11 is mounted shrink-fitted inside one of the two bearings, the front bearing 24 in the example considered. For this purpose, the bearing 24 is heated to a high temperature until the material expands, then cooled in such a way that the outer periphery of the body of the stator 13 is held fixed against the inner periphery of the bearing 24. The outer periphery of the body 13 of stator 11 being in intimate contact with the internal periphery of the bearing 24 due to the shrinking operation, this makes it possible to facilitate the evacuation by conduction of the heat generated by the stator.
La machine électrique tournante 10 est refroidie principalement au moyen d’une chambre de refroidissement annulaire 31. Dans l’exemple considéré, la chambre 31 est formée par l’agencement du palier avant 24 et du palier arrière 30. La chambre 31 permet le passage d’un fluide de refroidissement à l’intérieur de la machine. Le fluide est en l’occurrence un fluide caloporteur, en particulier de l’eau ou de l’huile.The rotating electric machine 10 is cooled mainly by means of an annular cooling chamber 31. In the example considered, the chamber 31 is formed by the arrangement of the front bearing 24 and the rear bearing 30. The chamber 31 allows the passage of a cooling fluid inside the machine. The fluid in this case is a heat transfer fluid, in particular water or oil.
Plus précisément, la chambre de refroidissement 31 est disposée radialement autour du stator 12 et est délimitée entre une paroi radialement intérieure 70 et une paroi radialement extérieure 71 et dans laquelle s’écoule dans une direction circonférentielle un fluide de refroidissement. Comme cela est visible sur la
En alternative non représentée, la chambre de refroidissement 31 est délimitée entre une paroi radialement intérieure 70 du palier arrière 30 et une paroi radialement extérieure 71 du palier avant 24. Selon une autre variante, l’un des paliers 24, 30 comprend les deux jupes axiales et est fermé par l’autre palier 24, 30 comportant uniquement une portion transversale formant un couvercle pour la chambre de refroidissement 31.As an alternative not shown, the cooling chamber 31 is delimited between a radially interior wall 70 of the rear bearing 30 and a radially exterior wall 71 of the front bearing 24. According to another variant, one of the bearings 24, 30 comprises the two skirts axial and is closed by the other bearing 24, 30 comprising only a transverse portion forming a cover for the cooling chamber 31.
Dans l’exemple considéré, les paliers 24, 30 sont des pièces monoblocs. En variante l’un des paliers 24, 30 pourra être formé d’une jupe axiale distincte et assemblé avec la portion transversale respective.In the example considered, the bearings 24, 30 are single-piece parts. Alternatively, one of the bearings 24, 30 may be formed from a separate axial skirt and assembled with the respective transverse portion.
Un circuit d’entrée de fluide 51 et un circuit de sortie de fluide 52 sont en partie visibles sur la
Comme on peut le voir sur les figures 2 et 3, un fluide circule dans la chambre de refroidissement 31 entre une entrée 41 en fluide dans la chambre et une sortie 42 en fluide dans la chambre et il existe un circuit d’entrée de fluide 51 communiquant avec l’entrée en fluide 41 et un circuit de sortie de fluide 52 communiquant avec la sortie en fluide 42.As can be seen in Figures 2 and 3, a fluid circulates in the cooling chamber 31 between a fluid inlet 41 in the chamber and a fluid outlet 42 in the chamber and there is a fluid inlet circuit 51 communicating with the fluid inlet 41 and a fluid outlet circuit 52 communicating with the fluid outlet 42.
La chambre de refroidissement annulaire 31 et le circuit d’entrée de fluide 51 communiquant avec l’entrée en fluide 41 de la chambre sont réalisés à partir de pièces différentes.The annular cooling chamber 31 and the fluid inlet circuit 51 communicating with the fluid inlet 41 of the chamber are made from different parts.
Le circuit d’entrée en fluide 51 comprend une portion d’étranglement 55 entre une section 56 de grand diamètre D2 et une section 57 de petit diamètre D1. La section de petit diamètre débouche dans l’entrée en fluide 41.The fluid inlet circuit 51 comprises a throttle portion 55 between a section 56 of large diameter D2 and a section 57 of small diameter D1. The small diameter section opens into the fluid inlet 41.
Dans le cadre de la présente invention, il existe un ratio R entre le petit diamètre D1 sur le grand diamètre D2 qui est compris entre 0,4 et 0,9.In the context of the present invention, there is a ratio R between the small diameter D1 and the large diameter D2 which is between 0.4 and 0.9.
Comme on peut le voir la
En variante non représentée, la paroi 55a délimitant la portion d’étranglement 55 présente une forme comprenant au moins deux étages, c’est-à-dire qu’il existe au moins une diminution supplémentaire du diamètre interne du circuit d’entrée de fluide 51 dans lequel le diamètre passe d’un diamètre D1 à un diamètre d1, D1 étant supérieur à d1.As a variant not shown, the wall 55a delimiting the throttle portion 55 has a shape comprising at least two stages, that is to say that there is at least one additional reduction in the internal diameter of the fluid inlet circuit. 51 in which the diameter goes from a diameter D1 to a diameter d1, D1 being greater than d1.
Le tableau 1 ci-après compare le refroidissement du stator et la baisse de pression entre une machine dans laquelle le circuit en entrée de fluide ne comprend pas de portion d’étranglement (Ex C1), la machine de Ex C1 comprenant un turbulateur hélicoïdal dans le circuit en entrée de fluide (Ex C2) et enfin une machine selon l’invention dans laquelle le circuit en entrée de fluide comprend une portion d’étranglement avec un ratio R de 0.71 (I).Table 1 below compares the cooling of the stator and the pressure drop between a machine in which the fluid inlet circuit does not include a throttling portion (Ex C1), the machine of Ex C1 comprising a helical turbulator in the fluid inlet circuit (Ex C2) and finally a machine according to the invention in which the fluid inlet circuit comprises a throttling portion with a ratio R of 0.71 (I).
Les résultats du tableau montrent que pour une machine selon l’invention (I), le refroidissement des différentes parties du stator (bobinage et corps) est identique à la machine selon l’exemple comparatif 2 (Ex C2), machine comprenant un turbulateur hélicoïdal qui est moyen bien connu pour améliorer efficacement le refroidissement du stator.The results in the table show that for a machine according to the invention (I), the cooling of the different parts of the stator (winding and body) is identical to the machine according to comparative example 2 (Ex C2), machine comprising a helical turbulator which is a well-known way to effectively improve stator cooling.
On peut également observer que la chute de pression de la machine selon l’invention est réduite à 19,66 mbar à partir de 28,57 mbar par rapport à la machine Ex C2.It can also be observed that the pressure drop of the machine according to the invention is reduced to 19.66 mbar from 28.57 mbar compared to the Ex C2 machine.
L’invention permet ainsi, grâce à la portion d’étranglement d’améliorer le refroidissement tout en limitant la baisse de pression.The invention thus makes it possible, thanks to the throttling portion, to improve cooling while limiting the drop in pressure.
Dans le deuxième mode de réalisation en
La paroi 55a délimitant la portion d’étranglement 55 et présentant une forme tronconique présente une longueur L comprise entre 4 et 230mm, de préférence comprise entre 5 et 60mm.The wall 55a delimiting the constriction portion 55 and having a frustoconical shape has a length L of between 4 and 230mm, preferably between 5 and 60mm.
Dans l’exemple de la
Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.Of course, the preceding description has been given by way of example only and does not limit the field of the invention from which one would not escape by replacing the different elements with any other equivalents.
En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.Furthermore, the different features, variants, and/or embodiments of the present invention can be associated with each other in various combinations, as long as they are not incompatible or exclusive of each other.
Claims (10)
- un rotor (12) mobile en rotation autour d’un axe (X),
- un stator (11) disposé autour du rotor (12), et
- une chambre (31) de refroidissement annulaire disposée radialement autour du stator (12), délimitée entre une paroi radialement intérieure (70) et une paroi radialement extérieure (71), un fluide de refroidissement circulant dans cette chambre (31) entre une entrée (41) en fluide dans la chambre et une sortie (42) en fluide dans la chambre,
- un circuit d’entrée de fluide (51) communiquant avec l’entrée en fluide (41) et un circuit de sortie de fluide (52) communiquant avec la sortie en fluide (42),
- a rotor (12) movable in rotation around an axis (X),
- a stator (11) arranged around the rotor (12), and
- an annular cooling chamber (31) arranged radially around the stator (12), delimited between a radially interior wall (70) and a radially exterior wall (71), a cooling fluid circulating in this chamber (31) between an inlet ( 41) for fluid in the chamber and an outlet (42) for fluid in the chamber,
- a fluid inlet circuit (51) communicating with the fluid inlet (41) and a fluid outlet circuit (52) communicating with the fluid outlet (42),
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FR2209195 | 2022-09-13 |
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010104130A (en) * | 2008-10-22 | 2010-05-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | System for cooling driving system of hybrid construction equipment |
DE102013101623A1 (en) * | 2012-02-21 | 2013-08-22 | Denso Corp. | Rotating electrical machine for vehicle, has flow-adjusting sections formed in coolant channel between inlet and outlet and comprising openings for dividing of coolant flow into set of flows in circumferential direction |
FR3063780A1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-14 | Valeo Systemes De Controle Moteur | ELECTRIC COMPRESSOR WITH COOLING CIRCUIT |
CN113595329A (en) * | 2021-07-09 | 2021-11-02 | 福安市蓄发电机有限公司 | Closed cooling spin-ring water pump motor and cooling method thereof |
-
2022
- 2022-09-13 FR FR2209195A patent/FR3139677A1/en active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010104130A (en) * | 2008-10-22 | 2010-05-06 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | System for cooling driving system of hybrid construction equipment |
DE102013101623A1 (en) * | 2012-02-21 | 2013-08-22 | Denso Corp. | Rotating electrical machine for vehicle, has flow-adjusting sections formed in coolant channel between inlet and outlet and comprising openings for dividing of coolant flow into set of flows in circumferential direction |
FR3063780A1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-09-14 | Valeo Systemes De Controle Moteur | ELECTRIC COMPRESSOR WITH COOLING CIRCUIT |
CN113595329A (en) * | 2021-07-09 | 2021-11-02 | 福安市蓄发电机有限公司 | Closed cooling spin-ring water pump motor and cooling method thereof |
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