FR3043509A1 - Refroidissement a huile d'un moteur electrique a rotor bobine. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un moteur électrique (1) comprenant un rotor longitudinal (2) un circuit de circulation (4) d'un liquide de refroidissement comprenant un buse de projection (41,41') du liquide de refroidissement, et un élément d'étanchéification (30) logé dans une encoche (6) du rotor (2) interdisant l'écoulement dudit liquide de refroidissement dans ladite encoche (6).

Description

Refroidissement à huile d’un moteur électrique à rotor bobiné.

La présente invention se rapporte au refroidissement à huile d’un moteur électrique à rotor bobiné.

Dans le domaine des machines électriques synchrones, on connaît différents types de rotors dont notamment les rotors à aimants et les rotors comprenant des bobinages, par exemple en cuivre.

Les rotors bobinés présentent l’avantage de pouvoir améliorer la commande du moteur en agissant à la fois sur les champs magnétiques produits par les bobinages du stator et sur les pôles générés par les bobinages du rotor.

Cependant, un inconvénient connu est que les rotors bobinés chauffent par effet joule par le passage du courant dans les bobinages.

Aussi il est nécessaire de refroidir les rotors bobinés afin de leur garantir une température de fonctionnement suffisamment basse pour ne pas endommager les pièces qui assurent son isolation électrique.

On connaît du document CN202034858 un dispositif de refroidissement d’un moteur dans lequel l’arbre de transmission du rotor est guidé par des paliers logés dans des logements formés dans le carter du moteur. Le dispositif de refroidissement comprend un circuit de circulation de liquide de refroidissement, lequel comprend pour chaque logement de palier, une buse logée dans le logement de palier et débouchant dans le moteur. La buse projette le liquide de refroidissement sur le rotor de telle sorte que le liquide se répand à l’intérieur du moteur.

Cependant compte-tenu de la forme particulière des rotors bobinés, comprenant une alternance circonférentielle de dents et d’encoches, une telle solution conduirait à emplir l’entrefer de liquide de refroidissement, ce qui aurait pour effet de perturber la rotation du rotor autour de son axe et d’ajouter des pertes de frottements non négligeables.

Aussi, il existe un besoin pour un dispositif de refroidissement d’un moteur à rotor bobiné efficace et ne perturbant pas la rotation du rotor autour de son axe.

On propose un moteur électrique comprenant un rotor longitudinal et un circuit de circulation d’un liquide de refroidissement comportant au moins une buse de projection disposée en regard d’une extrémité longitudinale du rotor.

Ledit rotor présente une alternance circonférentielle de dents et d’encoches, chaque dent recevant un bobinage longitudinal destiné à générer un pôle rotorique, et chaque bobinage définissant à chaque extrémité longitudinale du rotor une tête de bobine saillante, ledit rotor comprenant en outre, pour au moins une encoche, un élément d’étanchéification logé dans ladite encoche associée, au voisinage de ladite extrémité longitudinale en regard de la buse, ladite buse de projection étant adapté pour projeter ledit liquide de refroidissement sur lesdites têtes de bobines de ladite extrémité longitudinale, ledit élément d’étanchéification interdisant l’écoulement dudit liquide de refroidissement dans ladite encoche associée.

Ainsi, on peut projeter l’huile directement sur les têtes de bobines, ce qui assure un refroidissement efficace, sans risquer de voir l’huile s’écouler dans les encoches. En conséquence l’huile ne s’introduit pas dans l’entrefer, ce qui permet de ne pas perturber la rotation du rotor dans le stator et de ne pas ajouter de pertes de frottements supplémentaires.

Avantageusement et de manière non limitative, ledit élément d’étanchéification présente une surface transversale joignant les dents adjacentes à ladite encoche associée.

Avantageusement et de manière non limitative, ledit élément d’étanchéification comble ladite encoche associée sur toute sa longueur. De cette manière, on peut prévenir les écoulements d’huile dans l’encoche associée pour chaque extrémité de l’encoche avec un seul élément d’étanchéification.

Avantageusement et de manière non limitative, chaque dent du rotor présente une surface d’entrefer courbe et ledit élément d’étanchéification présente une surface circonférentielle externe définissant sensiblement une continuité de courbure entre les surfaces d’entrefer des dents adjacentes à ladite encoche associée. Ainsi, on peut récréer la continuité de courbure du rotor, au niveau de l’encoche, ce qui améliore en outre la rotation du rotor dans le stator, grâce à une surface presque cylindrique.

Avantageusement et de manière non limitative, l’élément d’étanchéification est fait dans un matériau amagnétique. Ainsi, on ne perturbe pas les flux électromagnétiques de fonctionnement du moteur et l’élément d’étanchéification ne subit pas d’échauffement lié aux flux électromagnétiques. Avantageusement et de manière non limitative, l’élément d’étanchéification est maintenu par au moins une couronne de maintien fixée à une extrémité longitudinale du rotor. De cette manière l’élément d’étanchéification peut être intégré dans la structure classique d’un rotor, par exemple lorsqu’une couronne de maintien permet déjà de maintenir des cales métalliques qui maintiennent les bobinages longitudinaux.

Avantageusement et de manière non limitative, l’élément d’étanchéification est traversé longitudinalement par une tige de fixation, par exemple un tirant, fixée à l’une de ses extrémités sur ladite couronne de maintien. Ainsi on peut assurer une fixation robuste de l’élément d’étanchéification, notamment lorsque le rotor tourne à grande vitesse, par exemple à des vitesses supérieures à 10.000 tours/minute.

Alternativement, on peut effectuer un maintien de l’élément d’étanchéification par d’autres moyens, par exemple par clipsage sur la calle métallique de maintien du bobinage.

Avantageusement et de manière non limitative, le circuit de circulation comprend au moins une buse en regard de chacune des extrémités longitudinales du rotor. Ainsi, on peut améliorer l’efficacité du refroidissement du rotor.

Avantageusement et de manière non limitative, chaque encoche du rotor reçoit un élément d’étanchéification. Ainsi on obtient une protection optimale contre l’écoulement d’huile dans l’entrefer.

Avantageusement et de manière non limitative, le moteur comprend un carter recevant le rotor, ladite au moins une buse de projection étant fixée sur une paroi du carter. Ainsi, on peut simplement installer un tel système de refroidissement. L’invention se rapporte aussi à un véhicule automobile comprenant un moteur dans lequel est installé un moteur tel que décrit précédemment. D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après de modes de réalisation particuliers de l’invention, donnés à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective d’un moteur selon un mode de réalisation de l’invention ; - la figure 2 est une vue d’un élément d’étanchéification du moteur selon le mode de réalisation de la figure 1, depuis une extrémité longitudinale du moteur ; - la figure 3 est un vue d’un moteur selon le mode de réalisation de la figure 1 ; - la figure 4 est une section droite d’une dent du rotor selon le mode de réalisation de la figure 1.

Par sensiblement horizontal, longitudinal ou vertical, on entend une direction/un plan formant un angle d’au plus ±20°, voire d’au plus 10° ou d’au plus 5° avec une direction/un plan horizontal, longitudinal ou vertical.

Par sensiblement parallèle, perpendiculaire ou à angle droit, on entend une direction/un angle s’écartant d’au plus ±20°, voire d’au plus 10° ou d’au plus 5° d’une direction parallèle, perpendiculaire ou d’un angle droit.

Les figures 1 à 4 se rapportant à un même mode de réalisation, elles seront commentées simultanément.

Un moteur électrique 1, ici un moteur électrique 1 synchrone, comprend un rotor longitudinal 2, monté dans un stator, non représenté.

Ici, le rotor 2 est un rotor bobiné 2.

Le rotor longitudinal 2, auquel on se référera comme étant le rotor 2, est traversé dans le sens de la longueur par un arbre de transmission 3.

Le rotor 2 est formé d’un bloc principal 7 en matériau magnétique, connu sous le terme anglo-saxon de stack 7 du rotor 2, qui peut être aussi considéré comme le cœur 7 du rotor 2.

Le stack 7 définit une alternance circonférentielle de dents 5 et d’encoches 6.

Les encoches 6 s’étendent entre deux dents 5 adjacentes, et forment un évidemment s’étendant sur toute la longueur du rotor, entre les deux dents adjacentes 5.

Pour chaque encoche 6, l’évidemment définit un angle droit 6a, présentant éventuellement un congé, au point de jonction entre les deux dents 5 adjacentes.

Les dents 5 s’étendent radialement depuis le centre du stack 7 et sur toute la longueur du rotor 2.

Chaque dent 5 présente, en référence à la figure 4, dans la direction radiale, une section étroite 5a prolongée par une section élargie 5b de forme bombée.

La section élargie 5b bombée présente une surface d’entrefer 8, à l’extrémité radiale de la dent 5. La surface d’entrefer 8 est en regard d’une surface interne du stator.

La surface d’entrefer 8 est espacée de la surface interne du stator d’une distance inférieure à 1mm.

La surface d’entrefer 8 présente une forme en arc de cercle. Le rayon de courbure de la surface d’entrefer 8 est sensiblement complémentaire du rayon de courbure de la surface interne du stator.

Chaque dent 5 reçoit un bobinage 9 longitudinal destiné à générer un pôle rotorique. Le bobinage 9 est enroulé autour de la section étroite 5a de la dent 5.

Chaque bobinage 9 définit à chaque extrémité longitudinale 21 du rotor 2 une tête de bobine 10.

Les têtes de bobines 10 sont en saillie à chaque extrémité longitudinale 21 du rotor 2.

Lors du fonctionnement du rotor 2, les bobinages chauffent sous l’effet du passage du courant électrique. En particulier, environ 30% à 40% des pertes énergétiques des bobinages dues à l’effet Joule se concentrent au niveau des têtes de bobines 10.

Pour refroidir le rotor 2, le moteur 1 comprend un circuit de circulation 4 d’un liquide de refroidissement, qu’on nomme aussi circuit de refroidissement 4.

Le liquide de refroidissement est ici de l’huile.

Cependant, l’huile peut être remplacée par tout liquide adapté pour refroidir les bobinages d’un moteur.

En particulier l’huile peut être remplacée par tout liquide de refroidissement diélectrique.

Le circuit de refroidissement 4 comprend une canalisation 42 d’amenée d’huile et pour chaque extrémité longitudinale 21 du rotor 2, deux buses de projection 41,41’ adaptées pour projeter l’huile.

Les buses de projection 41,41’ sont orientées en direction d’une extrémité longitudinale 21 du rotor 2 de manière à projeter l’huile sur les têtes de bobines 10 de l’extrémité longitudinale 21 associée.

Les deux buses 41, 41’ sont espacées l’une de l’autre dans une direction perpendiculaire à l’axe de rotation du rotor 2.

Les deux buses 41,41’ sont espacées l’une de l’autre d’une distance sensiblement égale à l’épaisseur de la section étroite 5a d’une dent 5.

De par la rotation du rotor 2 autour de son axe de rotation, toutes les têtes de bobines 10 d’une extrémité longitudinale 21 passent devant les buses 41,41’ en regard de l’extrémité longitudinale associée 21. Autrement dit, lorsque le rotor 2 est en rotation, les buses 41,41’ peuvent projeter de l’huile sur toutes les têtes de bobines 10 de l’extrémité longitudinale 21 associée.

Selon une première variante de réalisation, le circuit de refroidissement 4 comprend une seule buse 41 orientée en direction d’une extrémité longitudinale 21 du rotor 2.

Selon une deuxième variante de réalisation, le circuit de refroidissement comprend une buse 41 à chaque extrémité longitudinale du rotor 2, de manière à projeter de l’huile sur les têtes de bobines 10 à chaque extrémité longitudinale du rotor 2.

Selon une troisième variante de réalisation, le circuit de refroidissement comprend deux buses 41,41’ à une seule extrémité longitudinale du rotor 2.

Quel que soit le mode de réalisation concerné, les buses 41,41’ sont disposées en regard de l’extrémité longitudinale 21 du rotor 2 associée, de manière à être éloignée des têtes de bobines 10 d’une distance comprise entre 0.5 cm et 5 cm, et préférentiellement entre 0.7 cm et 2 cm, par exemple à 1 cm, ou toute autre valeur adaptée pour respecter les distances d’isolations minimum.

Chaque encoche 6 reçoit un élément d’étanchéification 30. L’élément d’étanchéification 30 s’étend parallèlement à l’arbre de transmission du rotor 2. L’élément d’étanchéification 30 est fait dans un matériau amagnétique, par exemple un matériau polymère. L’élément d’étanchéification 30 peut être obtenu par moulage. L’élément d’étanchéification 30 est logé dans l’encoche 6 associée, de manière à combler l’ouverture formée par l’encoche 6 associée.

En particulier, l’élément d’étanchéification 30 obstrue l’encoche 6 au voisinage d’une des extrémités longitudinales du rotor 2 en regard d’une buse de projection 41,41’, de manière à interdire la pénétration d’huile projetée par la buse 41,41’ correspondante dans l’encoche associée 6. A cet effet, l’élément d’étanchéification 30 présente une surface transversale 34 joignant les deux dents adjacentes 5 à l’encoche associée 6.

Comme dans ce mode de réalisation le circuit de refroidissement 4 comprend des buses 41,41’ à chaque extrémité longitudinale 21 du rotor 2, l’élément d’étanchéification 30 définit, pour chaque extrémité longitudinale 21 un surface transversale 34. A cet effet l’élément d’étanchéification 30 s’étend sur toute la longueur du rotor 2, les deux surfaces transversales 34 correspondant à ses extrémités longitudinales.

Cependant, dans un mode de réalisation où le circuit de refroidissement 4 comprend un ou plusieurs buses de projection 41,41’ uniquement à une extrémité longitudinale 21 du rotor 2, on peut prévoir un élément d’étanchéification 30 ne s’étendant que sur une portion de la longueur du rotor 2.

Dans un mode de réalisation alternatif, où le circuit de refroidissement 4 comprend une ou plusieurs buses de projection 41,41’ à chaque extrémité longitudinale 21 du rotor 2, on peut prévoir d’installer deux éléments d’étanchéification 30 s’étendant chacun sur une portion de la longueur d’une même encoche 6, de manière à obstruer chacune des extrémités de l’encoche 6. L’élément d’étanchéification 30 présente une surface circonférentielle 32 définissant une forme sensiblement en arc de cercle.

Ici la surface circonférentielle 32 définit une continuité de courbure entre les surfaces d’entrefer 8 des dents 5 adjacentes de l’encoche 6 associée.

Chaque extrémité longitudinale 21 du rotor 2 reçoit une couronne de maintien 50 permettant de fixer le stack 7 du rotor 2, les bobinages 9 et les éléments d’étanchéification 30 de telle sorte que lors de la rotation du rotor, tous ces éléments restent en place. A cet effet, les éléments d’étanchéification 30 présentent une ouverture longitudinale 52 traversante, dans laquelle on insère une tige de fixation 54, généralement appelée tirant 54, qui vient se fixer à chacune des ses extrémités sur la couronne de maintien 50.

De cette manière lorsque le rotor 2 tourne à grande vitesse, tous les éléments du rotor 2 peuvent être correctement maintenus en place.

On dispose les buses de projection 41,41’ à moins d’un millimètre, par exemple à 0.7mm de l’ouverture centrale de la couronne de maintien 50 de manière à projeter l’huile directement dans la couronne 50. Autrement dit, les buses de projection 41,41’ sont installées de telle sorte que leur extrémité de projection d’huile se trouve à faible distance de l’ouverture centrale de la couronne de maintien 50. Ainsi, la projection d’huile est effectuée depuis la buse de projection 41,41’ dans l’ouverture centrale de la couronne de maintien 50, ce qui permet de contenir l’huile projetée dans la couronne de maintien 50.

Le moteur 1 est enfermé dans un carter sur la paroi duquel on fixe le circuit de refroidissement 4 de manière à maintenir les buses 41,41 ’ en position pour projeter l’huile sur les têtes de bobines 10. On peut notamment prévoir des fixations du circuit de refroidissement 4 au voisinage des buses 41,41 ’ de manière à assurer une faible variation de l’orientation de la projection d’huile sur le rotor 2.

Claims (10)

1. REVENDICATIONS

   1. Moteur électrique (1) comprenant un rotor longitudinal (2) et un circuit de circulation (4) d’un liquide de refroidissement comportant au moins une buse de projection (41, 4T) disposée en regard d’une extrémité longitudinale (21) du rotor (2), caractérisé en ce que ledit rotor (2) présente une alternance circonférentielle de dents (5) et d’encoches (6), chaque dent (5) recevant un bobinage longitudinal (9) destiné à générer un pôle rotorique, et chaque bobinage (9) définissant à chaque extrémité longitudinale (21) du rotor (2) une tête de bobine (10) saillante, ledit rotor (2) comprenant en outre, pour au moins une encoche (6), un élément d’étanchéification (30) logé dans ladite encoche (6) associée, au voisinage de ladite extrémité longitudinale (21) en regard de la buse (41,4T), ladite buse de projection (41,4T) étant adapté pour projeter ledit liquide de refroidissement sur lesdites têtes de bobines (10) de ladite extrémité longitudinale (21), ledit élément d’étanchéification (30) interdisant l’écoulement dudit liquide de refroidissement dans ladite encoche (6) associée.
2. 2. Moteur électrique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément d’étanchéification (30) présente une surface transversale (34) joignant les dents (5) adjacentes à ladite encoche (6) associée.
3. 3. Moteur électrique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en que ce ledit élément d’étanchéification (30) comble ladite encoche (6) associée sur toute sa longueur.
4. 4. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque dent (5) du rotor (2) présente une surface d’entrefer (8) courbe et ledit élément d’étanchéification (30) présente une surface circonférentielle externe (32) définissant sensiblement une continuité de courbure entre les surfaces d’entrefer (8) des dents (5) adjacentes à ladite encoche (6) associée.
5. 5. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéification (30) est fait dans un matériau amagnétique.
6. 6. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéification (30) est maintenu par au moins une couronne de maintien (50) fixée à une extrémité longitudinale (21) du rotor (2).
7. 7. Moteur électrique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’élément d’étanchéification (30) est traversé longitudinalement par une tige de fixation (54) fixée à l’une de ses extrémités sur ladite couronne de maintien (50).
8. 8. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le circuit de circulation (4) comprend au moins une buse (41,41’) en regard de chacune des extrémités longitudinales (21) du rotor (2).
9. 9. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque encoche (6) du rotor (2) reçoit un élément d’étanchéification (30).
10. 10. Moteur électrique (1) selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu’il comprend un carter recevant ledit rotor (2), ladite au moins une buse de projection (41,41’) étant fixée sur une paroi du carter.