WO2016132061A1 - Machine electrique tournante a refroidissement optimise - Google Patents

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WO2016132061A1
WO2016132061A1 PCT/FR2016/050351 FR2016050351W WO2016132061A1 WO 2016132061 A1 WO2016132061 A1 WO 2016132061A1 FR 2016050351 W FR2016050351 W FR 2016050351W WO 2016132061 A1 WO2016132061 A1 WO 2016132061A1
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WO
WIPO (PCT)
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rotor
electric machine
machine according
rotary electric
projection member
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/050351
Other languages
English (en)
Inventor
Khadija El Baraka
Svetislav JUGOVIC
Lilya Bouarroudj
Michel Fakes
Régis SEIDENBINDER
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K1/00—Details of the magnetic circuit
    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/32—Rotating parts of the magnetic circuit with channels or ducts for flow of cooling medium
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the present invention relates to an optimized cooling electric rotating machine, as well as to a corresponding motor vehicle rotor and traction chain.
  • the invention finds a particularly advantageous, but not exclusive, application with high power reversible electrical machines that can operate in alternator mode and in motor mode.
  • the rotating electrical machines comprise a stator and a rotor secured to a shaft.
  • the rotor may be integral with a driving shaft and / or driven and may belong to a rotating electrical machine in the form of an alternator, an electric motor, or a reversible machine that can operate in both modes.
  • the stator is mounted in a housing configured to rotate the shaft for example by means of bearings.
  • the rotor comprises a body formed by a stack of sheets of sheets held in package form by means of a suitable fastening system, such as rivets axially passing through the rotor body from one side to the other.
  • the rotor comprises poles formed for example by permanent magnets housed in cavities formed in the magnetic mass of the rotor, as described for example in document EP0803962.
  • the poles are formed by coils wound around rotor arms.
  • the stator comprises a body consisting of a stack of thin sheets forming a ring, whose inner face is provided with notches open inwardly to receive phase windings. These windings pass through the notches of the stator body and form buns protruding from both sides 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. These windings are polyphase windings connected in star or delta whose outputs are connected to a bridge rectifier and voltage inverter.
  • a reversible power machine of high power is coupled to the vehicle gearbox.
  • the electric machine is then able to operate in an alternator mode to provide, in particular, power to the battery and to the on-board vehicle network, and in a motor mode, not only to start the engine, but also to participate pulling the vehicle alone or in combination with the engine. Given its high power between 10kW and 50kW, the electric machine tends to heat up during operation.
  • the aim of the invention is to optimize the cooling of this type of machine, in particular at the level of the stator winding in which currents of high intensity circulate.
  • the invention proposes a rotating electrical machine comprising:
  • stator provided with a body and a winding, said winding having sprockets protruding with respect to said body of said stator
  • a cooling circuit capable of conveying a cooling liquid to at least one axial end face of said rotor
  • the rotor comprises, on said axial end face on which the cooling liquid arrives, at least one cooling liquid projection member issuing from said cooling circuit, said projection member being arranged for projecting, in particular by means of centrifugation, said coolant to said buns of said winding when said rotor is rotating.
  • the invention thus makes it possible to ensure that the stator bunches are properly watered by the cooling liquid arriving on the end face of the rotor. This improves the cooling of the electric machine, which allows to increase its power and its mass torque.
  • the rotor comprises cavities formed in the magnetic mass of the rotor and each having at least one permanent magnet.
  • one end of the permanent magnets has a trapezoidal shape.
  • said projection member is configured to have a mass distribution compensating for an unbalance of said rotor. According to one embodiment, said projection member is arranged to axially retain magnets of said rotor.
  • said projection member comprises a plate, in particular of annular shape, intended to come into contact with said axial end face of said rotor.
  • said projection member comprises blades.
  • said blades are connected to said plate.
  • said plate and said blades form a single piece.
  • said blades are angularly distributed regularly along a circumference of said projection member.
  • At least one blade in particular each blade, has a leading ramp for the cooling liquid.
  • the attack ramps of at least two blades have different heights so as to project coolant at different heights of said buns of said winding. This makes it possible to homogenize the cooling of the stator of the electric machine and also to compensate for the unbalance of said rotor.
  • each attack ramp has two plane facets inclined relative to each other at an acute angle. In one embodiment, an intersection of the two plane facets corresponding to an edge extends substantially in a radial direction relative to an axis of said projection member. In one embodiment, a vertex of some blades is substantially planar.
  • At least two vertices have different heights due to the removal of material to compensate for the unbalance of said rotor.
  • said cooling circuit is arranged to allow the flow of cooling liquid between a housing of said machine and said stator, in the direction of an axis of rotation of said machine.
  • the cooling circuit is arranged to allow the flow of the cooling liquid in an axial bore formed in the rotor shaft and in ducts from said bore and opening towards the two axial end faces of the rotor.
  • Such a configuration thus makes it possible to route the coolant towards the two axial end faces of the rotor.
  • the cooling circuit is arranged to allow the flow of the cooling liquid with respect to at least one of the two axial end faces of the rotor.
  • Such a configuration thus makes it possible to convey the cooling liquid with respect to at least one of the two axial end faces of the rotor.
  • the cooling circuit may include an opening in a casing of the machine, the opening being arranged so that the liquid opens out opposite the axial end face of the rotor.
  • the opening may be arranged opposite the axial end face of the rotor.
  • each blade has two substantially plane lateral facets which are inclined with respect to each other.
  • each blade has a plane of symmetry passing through an axis of said coolant projection member.
  • each blade has a curved shape. According to one embodiment, each blade is located at a distance from an outer periphery of said plate.
  • each blade is located at a distance from an inner periphery of said plate.
  • said plate comprises, on the side of its face opposite to that carrying said blades, recesses for receiving rivet heads used for an assembly of said rotor.
  • a ratio between the number of blades and an outer diameter of said rotor expressed in centimeters is between 0.9 and 1 .4.
  • said projection member is secured to said rotor by means of fixing means.
  • said fixing means consist of screws.
  • said projection member is made by molding, especially in a non-magnetic metallic material.
  • said electric machine comprises two projection members each pressed against an end face of said rotor, said two projection members including an identical number of blades.
  • the invention also relates to an assembly for a motor vehicle traction chain comprising a gearbox and a rotating electrical machine as previously defined coupled with said gearbox.
  • the invention further relates to a rotating electric machine rotor, characterized in that said rotor comprises, on at least one axial end face, at least one cooling liquid projection member from a cooling circuit, said projection member being arranged to project, in particular by centrifugation, said cooling liquid when said rotor is rotating.
  • the invention finally relates to a rotating electrical machine comprising: a stator provided with a body and a winding, said winding having sprockets protruding with respect to said body of said stator,
  • a cooling circuit capable of conveying a cooling liquid to at least one axial end face of said rotor
  • said rotor comprises, on said axial end face on which the cooling liquid arrives, at least one cooling liquid projection member issuing from said cooling circuit, said projection member being arranged for projecting, in particular by means of centrifugation, said coolant to said buns of said winding when said rotor is rotating.
  • Figure 1 is a longitudinal sectional view of a rotary electric machine according to the present invention.
  • Figure 2 is a perspective view of a rotating electrical machine according to the present invention.
  • Fig. 3 is a perspective view illustrating a first embodiment of a coolant spraying member according to the present invention
  • Fig. 4 is a perspective view illustrating a second embodiment of a coolant spraying member according to the present invention.
  • Fig. 5 is a sectional view showing the coolant distribution obtained with use of the coolant spraying member of Fig. 4;
  • Fig. 6 is a perspective view of a rotating electrical machine according to the present invention illustrating a third embodiment of the coolant spraying member.
  • FIG. 1 shows a rotating electrical machine 10 comprising a polyphase stator 1 1 surrounding an X-axis rotor 12 mounted on a shaft 13.
  • the stator 1 1 1 is carried by a housing 14 configured to rotate the shaft 13 via ball bearings.
  • the stator 1 1 of the machine 10 surrounds the rotor 12 with the presence of an air gap between the inner periphery of the stator January 1 and the outer periphery of the rotor 12.
  • This electric machine 10 can be coupled to a gearbox 16 belonging to a motor vehicle traction chain.
  • the machine 10 is then able to operate in an alternator mode to supply, in particular, power to the battery and to the vehicle electrical system, and in a motor mode, not only to start the engine of the vehicle, but also to to participate in the traction of the vehicle alone or in combination with the engine.
  • the rotor 12 comprises a body 19 in the form of a packet of plates for reducing the eddy currents.
  • Permanent magnets 20 are implanted in openings of the body 19.
  • the magnets 20 may be rare earth or ferrite depending on the applications and the desired power of the machine 10.
  • the rotor poles may be rare earth or ferrite depending on the applications and the desired power of the machine 10. Alternatively, the rotor poles
  • the stator January 1 comprises a body 23 in the form of a pack of sheets provided with notches, for example of the semi-closed type, equipped with notch insulator for mounting the winding 24 of the stator January 1.
  • the coil 24 comprises a set of phase windings passing through the notches of the body 23 of the stator January 1 and forming buns 25 projecting from either side of the body 23 of the stator January 1.
  • the phase windings are obtained here from conductive elements in the form of pins connected together for example by welding. These windings are for example three-phase windings connected in star or triangle.
  • the outputs of the phase windings are connected to a rectifier and inverter bridge comprising rectifying elements such as diodes or MOSFET type transistors, especially when it is a reversible machine.
  • the electrical machine 10 is cooled by means of a cooling circuit 28 arranged to allow in particular the flow of a coolant, in this case oil, between the casing 14 and the body 23 of the stator 1 1 , in the direction of the axis X.
  • the cooling circuit 28 comprises a pump 29 for conveying the oil, in a distribution chamber 30 formed in the casing 14, which allows to circulate the oil inside grooves 31 extending axially along the stator January 1 and angularly distributed regularly over the circumference of the stator January 1.
  • the oil also circulates in an axial bore 32 formed in the shaft 13 of the rotor 12 and in conduits 33 coming from said bore 32 having a radial orientation and opening towards the two axial end faces 36 of the rotor 12.
  • the cooling circuit 28 operates in a closed loop, so that the oil is taken by the pump 29 in a reservoir 39 and is recovered after circulation in the machine 10 in the reservoir 39.
  • the coolant may take the form of an emulsion of oil and water, or a mixture of antifreeze and water.
  • the rotor 12 comprises two cooling liquid projection members 41 each pressed against an axial end face 36 of the rotor 12.
  • Each projection member 41 is arranged to projecting the cooling liquid arriving on the corresponding end face 36 towards the buns 25 of the winding 24 when the rotor 12 is rotating.
  • each projection member 41 can project the oil on the buns 25 by centrifugation.
  • each projection member 41 is configured to have a mass distribution compensating an unbalance of the rotor 12.
  • Each projection member 41 is also arranged to retain axially the magnets 20 inserted in the openings of the rotor 12.
  • each projection member 41 of Y axis comprises a plate 42, here of annular shape of radial orientation, which is intended to come into contact with an end face 36 of the rotor 12.
  • Each projection member 41 also comprises blades 43 connected to the plate 42.
  • the plate 42 and the blades 43 form in this case a single piece.
  • This part which can be obtained by molding, is preferably made of a non-magnetic metallic material, such as aluminum.
  • the plate 42 may however have another shape such as a rectangular or square shape, while the blades 43 may be reported and fixed on the plate 42 by welding, screwing, or any other suitable technique.
  • the blades 43 are angularly distributed regularly along a circumference of the projection member 41. Two adjacent blades 43 are separated from each other by a space 53. In this case, each blade 43 is located at a distance from an outer periphery of the plate 42 and an inner periphery of the plate 42. plane of symmetry P1 passing through the Y axis of the projection member 41 of coolant.
  • each blade 43 has a leading ramp 44 for the coolant extending from the upper face of the plate 42 to a substantially plane top 45.
  • Each attack ramp 44 comprises two plane facets 46 inclined relative to each other at an acute angle. An intersection of the two facets 46 corresponding to an edge extends substantially in a direction D1 radial to an axis Y of the projection member 41. It should be noted that at least two vertices 45 have different heights measured along the Y axis. This is due to the removal of material made to compensate for the unbalance of the rotor 12.
  • each blade 43 also has two substantially plane lateral facets 49 which are inclined with respect to each other. Both Lateral facets 49 are further inclined relative to the plane P2 in which the plate 42 extends.
  • Each cooling liquid projection member 41 is secured to the rotor 12 by means of fixing means 51.
  • These fixing means 51 consist in this case of screws intended to pass through openings 52 of the plate 42 made in spaces 53 extending between two adjacent blades 43, so as to engage in threaded holes made in the body 19 of the rotor 12.
  • the projection member 41 further comprises at least one thickening 56 provided with a ramp 57 having a height less than the height of the attack ramps 44 of the blades 43.
  • These extra thicknesses 56 are positioned in a space 53 between two adjacent blades 43.
  • such a configuration makes it possible to homogenize the cooling of the stator 1 1 of the electric machine 10. Indeed, by passing through the spaces 53 between two adjacent blades 43 which are not thickened, the coolant can reach the base of the buns 25 (see arrow F1). By passing through the ramps 57 formed in the excess thicknesses 56, the coolant can reach the intermediate portion of the buns 25 (see arrow F2). By passing through the attack ramps 44 of the blades 43, the coolant can reach the outer part of the buns 25 (see arrow F3).
  • the two projection members 41 preferably comprise an identical number of blades 43. The dimensions of the two projection members 41 are substantially identical. However, the internal diameter of the plate 42 may slightly vary from one projection member 41 to the other in order to adapt to local variations in the outer diameter of the shaft 13 of the rotor 12.
  • the number of blades 43 is between 10 and 16 for a rotor outer diameter 12 of between 10.5 cm and 12 cm. We and preferably retains a ratio between the number of blades 43 and an outer diameter of the rotor 12 (expressed in centimeters) between 0.9 and 1 .4.
  • the plate 42 of the projection member 41 may comprise, on the side of its face opposite to that carrying the blades 43, recesses 70 (see Figure 5) for receiving rivet heads used for the assembly of the rotor laminations 12.
  • each blade 43 has a substantially constant height and side faces 49 'of curved shape.
  • Each blade 43 then has a cross section whose surface is increasing as one moves away radially from the axis of rotation.
  • the projection members 41 each comprise studs 59 positioned between two adjacent blades 43 whose material can be removed to balance the rotor 12.
  • the coil 24 of the so-called "concentric" phases consists of coils 60 closed on themselves which are wound around the teeth of the stator 1 1 via a coil insulator. These coils 60 are interconnected via an interconnector 61.
  • a single cooling liquid projection member 41 is applied on only one of the axial end faces 36 of the rotor 12.
  • the pipes 33 of the cooling circuit 28 open only to the end face. 36 of the rotor 12 carrying this projection member 41.
  • the coolant projection member 41 is formed by a plurality of angular segments each provided with at least one blade 43 and positioned side-by-side on the circumference of the corresponding end face 36 of the rotor 12.
  • the attack ramps 44 of at least two blades 43 have different heights.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

L'invention porte principalement sur une machine électrique tournante (10) comportant: -un stator (11) muni d'un corps (23) et d'un bobinage (24), ledit bobinage (24) ayant des chignons (25) s'étendant en saillie par rapport audit corps (23) dudit stator (11), -un rotor (12) entouré par ledit stator (11), -un circuit de refroidissement (28) apte à acheminer un liquide de refroidissement vers au moins une face d'extrémité axiale (36) dudit rotor (12), caractérisée en ce que ledit rotor (12) comporte, sur ladite face d'extrémité axiale (36) sur laquelle arrive le liquide de refroidissement, au moins un organe de projection (41) de liquide de refroidissement issu dudit circuit de refroidissement, (28) ledit organe de projection (41) étant agencé pour projeter, notamment par centrifugation, ledit liquide de refroidissement vers lesdits chignons (25) dudit bobinage (24) lorsque ledit rotor (12) est en rotation.

Description

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE A REFROIDISSEMENT OPTIMISE
La présente invention porte sur une machine électrique tournante à refroidissement optimisé, ainsi que sur un rotor et une chaîne de traction de véhicule automobile correspondants. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur.
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.
Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le corps du rotor de part en part. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor, comme cela est décrit par exemple dans le document EP0803962. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.
Par ailleurs, 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 du corps du stator 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. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un pont redresseur et onduleur de tension. 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. La machine électrique 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, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. Compte tenu de sa puissance importante comprise entre 10kW et 50kW, la machine électrique a tendance à s'échauffer en cours de fonctionnement. L'invention vise à optimiser le refroidissement de ce type de machine, en particulier au niveau du bobinage du stator dans lequel circule des courants de forte intensité.
A cet effet, l'invention propose une machine électrique tournante comportant:
- un stator muni d'un corps et d'un bobinage, ledit bobinage ayant des chignons s'étendant en saillie par rapport audit corps dudit stator,
- un rotor entouré par ledit stator,
- un circuit de refroidissement apte à acheminer un liquide de refroidissement vers au moins une face d'extrémité axiale dudit rotor,
caractérisée en ce que ledit rotor comporte, sur ladite face d'extrémité axiale sur laquelle arrive le liquide de refroidissement, au moins un organe de projection de liquide de refroidissement issu dudit circuit de refroidissement, ledit organe de projection étant agencé pour projeter, notamment par centrifugation, ledit liquide de refroidissement vers lesdits chignons dudit bobinage lorsque ledit rotor est en rotation. L'invention permet ainsi de s'assurer que les chignons du stator sont convenablement arrosés par le liquide de refroidissement arrivant sur la face d'extrémité du rotor. On améliore ainsi le refroidissement de la machine électrique, ce qui autorise à augmenter sa puissance et son couple massique. Selon une réalisation, le rotor comporte des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor et comportant chacune au moins un aimant permanent. Selon une réalisation, une extrémité des aimants permanents présente une forme trapézoïdale.
Selon une réalisation, ledit organe de projection est configuré pour présenter une répartition de masse compensant un balourd dudit rotor. Selon une réalisation, ledit organe de projection est agencé pour retenir axialement des aimants dudit rotor.
Selon une réalisation, ledit organe de projection comporte une plaque, notamment de forme annulaire, destinée à venir en contact contre ladite face d'extrémité axiale dudit rotor. Selon une réalisation, ledit organe de projection comporte des pales.
Selon une réalisation, lesdites pales sont raccordées à ladite plaque.
Selon une réalisation, ladite plaque et lesdites pales forment une seule et même pièce.
Selon une réalisation, lesdites pales sont réparties angulairement de manière régulière suivant une circonférence dudit organe de projection.
Selon une réalisation, au moins une pale, notamment chaque pale, présente une rampe d'attaque pour le liquide de refroidissement.
Selon une réalisation, les rampes d'attaque d'au moins deux pales présentent des hauteurs différentes de manière à projeter du liquide de refroidissement à des hauteurs différentes desdits chignons dudit bobinage. Cela permet d'homogénéiser le refroidissement du stator de la machine électrique et en outre de compenser le balourd dudit rotor.
Selon une réalisation, chaque rampe d'attaque comporte deux facettes planes inclinées l'une par rapport à l'autre en formant un angle aigu. Selon une réalisation, une intersection des deux facettes planes correspondant à une arête s'étend sensiblement suivant une direction radiale par rapport à un axe dudit organe de projection. Selon une réalisation, un sommet de certaines pales est sensiblement plan.
Selon une réalisation, au moins deux sommets présentent des hauteurs différentes du fait du retrait de matière pour compenser le balourd dudit rotor.
Selon une réalisation, ledit circuit de refroidissement est agencé pour permettre l'écoulement du liquide de refroidissement entre un carter de ladite machine et ledit stator, dans la direction d'un axe de rotation de ladite machine.
Selon une réalisation, le circuit de refroidissement est agencé pour permettre l'écoulement du liquide de refroidissement dans un alésage axial réalisé dans l'arbre du rotor et dans des conduits issus dudit alésage et débouchant vers les deux faces d'extrémité axiale du rotor.
Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement vers les deux faces d'extrémité axiale du rotor.
Selon une réalisation, le circuit de refroidissement est agencé pour permettre l'écoulement du liquide de refroidissement en vis à vis d'au moins une des deux faces d'extrémité axiale du rotor.
Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement en vis à vis d'au moins une des deux faces d'extrémité axiale du rotor.
Le circuit de refroidissement peut comporter une ouverture ménagée dans un carter de la machine, l'ouverture étant agencée pour que le liquide débouche en vis-à-vis de la face d'extrémité axiale du rotor.
L'ouverture peut être ménagée en vis-à-vis de la face d'extrémité axiale du rotor.
Selon une réalisation, chaque pale présente deux facettes latérales sensiblement planes qui sont inclinées l'une par rapport à l'autre.
Selon une réalisation, chaque pale présente un plan de symétrie passant par un axe dudit organe de projection de liquide de refroidissement.
Selon une réalisation, chaque pale présente une forme courbée. Selon une réalisation, chaque pale se situe à distance d'un pourtour externe de ladite plaque.
Selon une réalisation, chaque pale se situe à distance d'un pourtour interne de ladite plaque. Selon une réalisation, ladite plaque comporte, du côté de sa face opposée à celle portant lesdites pales, des creusures destinées à recevoir des têtes de rivets utilisés pour un assemblage dudit rotor.
Selon une réalisation, un ratio entre le nombre de pales et un diamètre externe dudit rotor exprimé en centimètres est compris entre 0.9 et 1 .4. Selon une réalisation, ledit organe de projection est rendu solidaire dudit rotor à l'aide de moyens de fixation.
Selon une réalisation, lesdits moyens de fixation sont constitués par des vis.
Selon une réalisation, ledit organe de projection est réalisé par moulage, notamment dans un matériau métallique amagnétique. Selon une réalisation, ladite machine électrique comporte deux organes de projection plaqués chacun contre une face d'extrémité dudit rotor, lesdits deux organes de projection comportant notamment un nombre identique de pales.
L'invention a également pour objet un ensemble pour chaîne de traction de véhicule automobile comportant une boîte de vitesses et une machine électrique tournante telle que précédemment définie accouplée avec ladite boîte de vitesses.
L'invention concerne en outre un rotor de machine électrique tournante, caractérisé en ce que ledit rotor comporte, sur au moins une face d'extrémité axiale, au moins un organe de projection de liquide de refroidissement issu d'un circuit de refroidissement, ledit organe de projection étant agencé pour projeter, notamment par centrifugation, ledit liquide de refroidissement lorsque ledit rotor est en rotation.
L'invention concerne enfin une machine électrique tournante comportant: - un stator muni d'un corps et d'un bobinage, ledit bobinage ayant des chignons s'étendant en saillie par rapport audit corps dudit stator,
- un rotor entouré par ledit stator et comportant des aimants permanents,
- un circuit de refroidissement apte à acheminer un liquide de refroidissement vers au moins une face d'extrémité axiale dudit rotor,
caractérisée en ce que ledit rotor comporte, sur ladite face d'extrémité axiale sur laquelle arrive le liquide de refroidissement, au moins un organe de projection de liquide de refroidissement issu dudit circuit de refroidissement, ledit organe de projection étant agencé pour projeter, notamment par centrifugation, ledit liquide de refroidissement vers lesdits chignons dudit bobinage lorsque ledit rotor est en rotation.
Tout ou partie des caractéristiques mentionnées précédemment s'applique encore à cet autre aspect de l'invention.
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.
La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 2 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention;
La figure 3 est une vue en perspective illustrant un premier mode de réalisation d'un organe de projection de liquide de refroidissement selon la présente invention;
La figure 4 est une vue en perspective illustrant un deuxième mode de réalisation d'un organe de projection de liquide de refroidissement selon la présente invention;
La figure 5 est une vue en coupe faisant apparaître la distribution de liquide de refroidissement obtenue avec l'utilisation de l'organe de projection de liquide de refroidissement de la figure 4; La figure 6 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention illustrant un troisième mode de réalisation de l'organe de projection de liquide de refroidissement.
Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.
La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 1 1 polyphasé entourant un rotor 12 d'axe X monté sur un arbre 13. Le stator
1 1 est porté par un carter 14 configuré pour porter à rotation l'arbre 13 via des roulements à billes. Le stator 1 1 de la machine 10 entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du stator 1 1 et la périphérie externe du rotor 12.
Cette machine électrique 10 pourra être accouplée à une boîte de vitesses 16 appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. La machine 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.
Plus précisément, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d'un paquet de tôles pour diminution des courants de Foucault. Des aimants permanents 20 sont implantés dans des ouvertures du corps 19. Les aimants 20 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. Par ailleurs, le stator 1 1 comporte un corps 23 en forme de paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi-fermées, équipées d'isolant d'encoches pour le montage du bobinage 24 du stator 1 1 . Le bobinage 24 comporte un ensemble d'enroulements de phase traversant les encoches du corps 23 du stator 1 1 et formant des chignons 25 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps 23 du stator 1 1 . Les enroulements de phase sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle. Les sorties des enroulements de phase sont reliées à un pont redresseur et onduleur comportant des éléments redresseurs tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsqu'il s'agit d'une machine réversible. La machine électrique 10 est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement 28 agencé pour permettre notamment l'écoulement d'un liquide de refroidissement, en l'occurrence de l'huile, entre le carter 14 et le corps 23 du stator 1 1 , dans la direction de l'axe X. A cet effet, le circuit de refroidissement 28 comporte une pompe 29 permettant d'acheminer l'huile, dans une chambre de distribution 30 ménagée dans le carter 14, laquelle permet de faire circuler l'huile à l'intérieur de rainures 31 s'étendant axialement le long du stator 1 1 et répartis angulairement de manière régulière sur la circonférence du stator 1 1 .
L'huile circule également dans un alésage axial 32 réalisé dans l'arbre 13 du rotor 12 et dans des conduits 33 issus dudit alésage 32 ayant une orientation radiale et débouchant vers les deux faces d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement vers les deux faces d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Le circuit de refroidissement 28 fonctionne en boucle fermée, de telle façon que l'huile est prélevée par la pompe 29 dans un réservoir 39 et est récupérée après circulation dans la machine 10 dans ce réservoir 39. En variante, le liquide de refroidissement pourra prendre la forme d'une émulsion d'huile et d'eau, ou d'un mélange d'antigel et d'eau.
En outre, comme cela est bien visible sur les figures 2 et 3, le rotor 12 comporte deux organes de projection 41 de liquide de refroidissement plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Chaque organe de projection 41 est agencé pour projeter le liquide de refroidissement arrivant sur la face d'extrémité 36 correspondante vers les chignons 25 du bobinage 24 lorsque le rotor 12 est en rotation. Autrement dit, chaque organe de projection 41 permet de projeter l'huile sur les chignons 25 par centrifugation.
Avantageusement, chaque organe de projection 41 est configuré pour présenter une répartition de masse compensant un balourd du rotor 12. Chaque organe de projection 41 est également agencé pour retenir axialement les aimants 20 insérés dans les ouvertures du rotor 12.
A cet effet, chaque organe de projection 41 d'axe Y comporte une plaque 42, ici de forme annulaire d'orientation radiale, qui est destinée à venir en contact contre une face d'extrémité 36 du rotor 12. Chaque organe de projection 41 comporte également des pales 43 raccordées à la plaque 42. La plaque 42 et les pales 43 forment en l'occurrence une seule et même pièce. Cette pièce, qui pourra être obtenue par moulage, est réalisée de préférence dans un matériau métallique amagnétique, tel que de l'aluminium, En variante, la plaque 42 pourra toutefois présenter une autre forme telle qu'une forme rectangulaire ou carrée, tandis que les pales 43 pourront être rapportées et fixées sur la plaque 42 par soudage, vissage, ou toute autre technique adaptée.
Les pales 43 sont réparties angulairement de manière régulière suivant une circonférence de l'organe de projection 41 . Deux pales 43 adjacentes sont séparées entre elles par un espace 53. En l'occurrence, chaque pale 43 se situe à distance d'un pourtour externe de la plaque 42 et d'un pourtour interne de la plaque 42. Chaque pale 43 présente un plan de symétrie P1 passant par l'axe Y de l'organe de projection 41 de liquide de refroidissement.
Plus précisément, chaque pale 43 comporte une rampe d'attaque 44 pour le liquide de refroidissement s'étendant depuis la face supérieure de la plaque 42 vers un sommet 45 sensiblement plan. Chaque rampe d'attaque 44 comporte deux facettes planes 46 inclinées l'une par rapport à l'autre en formant un angle aigu. Une intersection des deux facettes 46 correspondant à une arête s'étend sensiblement suivant une direction D1 radiale par rapport à un axe Y de l'organe de projection 41 . Il est à noter qu'au moins deux sommets 45 présentent des hauteurs différentes mesurées suivant l'axe Y. Cela est dû au retrait de matière réalisé pour compenser le balourd du rotor 12.
En outre, chaque pale 43 présente également deux facettes latérales 49 sensiblement planes qui sont inclinées l'une par rapport à l'autre. Les deux facettes latérales 49 sont en outre inclinées par rapport au plan P2 dans lequel s'étend la plaque 42.
Chaque organe de projection 41 de liquide de refroidissement est rendu solidaire du rotor 12 à l'aide de moyens de fixation 51 . Ces moyens de fixation 51 sont constitués en l'occurrence par des vis destinées à traverser des ouvertures 52 de la plaque 42 réalisées dans des espaces 53 s'étendant entre deux pales 43 adjacentes, de manière à s'engager dans des trous taraudés réalisés dans le corps 19 du rotor 12.
Dans le mode de réalisation de la figure 4, l'organe de projection 41 comporte en outre au moins une surépaisseur 56 munie d'une rampe 57 ayant une hauteur inférieure à la hauteur des rampes d'attaque 44 des pales 43. Ces surépaisseurs 56 sont positionnées dans un espace 53 entre deux pales 43 adjacentes. Dans un exemple de réalisation, on prévoit, dans les espaces 53 entre deux pales 43, une alternance entre les ouvertures 52 et les surépaisseurs 56 munies de leur rampe 57.
Comme cela est visible sur la figure 5, une telle configuration permet d'homogénéiser le refroidissement du stator 1 1 de la machine électrique 10. En effet, en passant par les espaces 53 entre deux pales 43 adjacentes dépourvus de surépaisseur, le liquide de refroidissement pourra atteindre la base des chignons 25 (cf. flèche F1 ). En passant par les rampes 57 ménagées dans les surépaisseurs 56, le liquide de refroidissement pourra atteindre la partie intermédiaire des chignons 25 (cf. flèche F2). En passant par les rampes d'attaque 44 des pales 43, le liquide de refroidissement pourra atteindre la partie externe des chignons 25 (cf. flèche F3). Les deux organes de projection 41 comportent de préférence un nombre identique de pales 43. Les dimensions des deux organes de projection 41 sont sensiblement identiques. Toutefois, le diamètre interne de la plaque 42 pourra légèrement varier d'un organe de projection 41 à l'autre afin de pouvoir s'adapter à des variations locales du diamètre externe de l'arbre 13 du rotor 12.
Dans un exemple de réalisation, le nombre de pales 43 est compris entre 10 et 16 pour un diamètre extérieur rotor 12 compris entre 10.5 cm et 12 cm. On retient ainsi de préférence un ratio entre le nombre de pales 43 et un diamètre externe du rotor 12 (exprimé en centimètres) compris entre 0.9 et 1 .4.
Dans tous les cas, la plaque 42 de l'organe de projection 41 pourra comporter, du côté de sa face opposée à celle portant les pales 43, des creusures 70 (cf. figure 5) destinées à recevoir des têtes de rivets utilisés pour l'assemblage du paquet de tôles du rotor 12.
En variante, comme cela est illustré sur la figure 6, chaque pale 43 présente une hauteur sensiblement constante et des faces latérales 49' de forme courbe. Chaque pale 43 présente alors une section transversale dont la surface est croissante plus l'on s'éloigne radialement de l'axe de rotation. Les organes de projection 41 comportent chacun des plots 59 positionnés entre deux pales 43 adjacentes dont la matière pourra être retirée pour équilibrer le rotor 12. On remarque que dans ce mode de réalisation, le bobinage 24 des phases dit "concentrique" est constitué par des bobines 60 fermées sur elles- mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator 1 1 par l'intermédiaire d'un isolant de bobine. Ces bobines 60 sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un interconnecteur 61 .
En variante, on utilise un seul organe de projection 41 de liquide de refroidissement plaqué sur une seule des faces d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Dans ce cas, les conduits 33 du circuit de refroidissement 28 débouchent uniquement sur la face d'extrémité 36 du rotor 12 portant cet organe de projection 41 .
Alternativement, l'organe de projection 41 de liquide de refroidissement est formé par une pluralité de segments angulaires munis chacun d'au moins une pale 43 et positionnés côté à côté sur la circonférence de la face d'extrémité 36 correspondante du rotor 12. En variante, les rampes d'attaque 44 d'au moins deux pales 43 présentent des hauteurs différentes.
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.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique tournante (10) comportant :
- un stator (1 1 ) muni d'un corps (23) et d'un bobinage (24), ledit bobinage (24) ayant des chignons (25) s'étendant en saillie par rapport audit corps (23) dudit stator (1 1 ),
- un rotor (12) entouré par ledit stator (1 1 ) et comportant des aimants permanents,
- un circuit de refroidissement (28) apte à acheminer un liquide de refroidissement vers au moins une face d'extrémité axiale (36) dudit rotor (12),
caractérisée en ce que ledit rotor (12) comporte, sur ladite face d'extrémité axiale (36) sur laquelle arrive le liquide de refroidissement, au moins un organe de projection (41 ) de liquide de refroidissement issu dudit circuit de refroidissement, (28) ledit organe de projection (41 ) étant agencé pour projeter, notamment par centrifugation, ledit liquide de refroidissement vers lesdits chignons (25) dudit bobinage (24) lorsque ledit rotor (12) est en rotation.
2. Machine électrique tournante selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit organe de projection (41 ) est agencé pour retenir axialement les aimants permanents dudit rotor (12).
3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit organe de projection (41 ) est configuré pour présenter une répartition de masse compensant un balourd dudit rotor (12).
4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ledit organe de projection (41 ) comporte une plaque (42), notamment de forme annulaire, destinée à venir en contact contre ladite face d'extrémité axiale (36) dudit rotor (12).
5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit organe de projection (41 ) comporte des pales (43).
6. Machine électrique selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que lesdites pales (43) sont raccordées à ladite plaque (42).
7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisée en ce ladite plaque (42) et lesdites pales (43) forment une seule et même pièce.
8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisée en ce que lesdites pales (43) sont réparties angulairement de manière régulière suivant une circonférence dudit organe de projection (41 ).
9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisée en ce qu'au moins une pale (43), notamment chaque pale (43), présente une rampe d'attaque (44) pour le liquide de refroidissement.
10. Machine électrique tournante selon la revendication 9, caractérisée en ce que les rampes d'attaque (44) d'au moins deux pales (43) présentent des hauteurs différentes de manière à projeter du liquide de refroidissement à des hauteurs différentes desdits chignons (25) dudit bobinage (24).
1 1 . Machine électrique tournante selon la revendication 9 ou 10, caractérisée en ce que chaque rampe d'attaque (44) comporte deux facettes planes (46) inclinées l'une par rapport à l'autre en formant un angle aigu.
12. Machine électrique tournante selon la revendication 1 1 , caractérisée en ce qu'une intersection des deux facettes planes (46) correspondant à une arête s'étend sensiblement suivant une direction (D1 ) radiale par rapport à un axe (Y) dudit organe de projection (41 ).
13. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 5 à 12, caractérisée en ce qu'un sommet (45) de certaines pales (43) est sensiblement plan.
14. Machine électrique tournante selon les revendications 2 et 13, caractérisée en ce qu'au moins deux sommets (45) présentent des hauteurs différentes du fait du retrait de matière pour compenser un balourd dudit rotor (12).
15. Ensemble pour chaîne de traction de véhicule automobile comportant une boîte de vitesses (16) et une machine électrique tournante (10) telle que définie selon l'une quelconque des revendications précédentes accouplée avec ladite boîte de vitesses (16).
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