FR3108003A1

FR3108003A1 - Moteur électrique équipé d’un circuit de refroidissement

Info

Publication number: FR3108003A1
Application number: FR2002192A
Authority: FR
Inventors: Cédric Ledieu
Original assignee: Novares France SAS
Current assignee: Novares France SAS
Priority date: 2020-03-04
Filing date: 2020-03-04
Publication date: 2021-09-10
Anticipated expiration: 2040-03-04
Also published as: US20230012821A1; CN115298936A; WO2021176158A1; FR3108003B1; EP4115501A1

Abstract

L’invention concerne un moteur électrique (1) comprenant un rotor (11) monté sur un arbre (12), un stator (13) disposé autour du rotor (11), un palier avant (14) et un palier arrière (15) reliés entre eux par des moyens de fixation (21), lesdits paliers avant et arrière (14, 15) formant une cavité interne dans laquelle sont logés le rotor (11) et le stator (13), caractérisé en ce que le moteur électrique (1) comprend en outre un couvercle d’isolation thermique (20) en forme de cloche recouvrant totalement le palier arrière (15) et une partie (142) du palier avant (14) s’étendant axialement depuis une face d’extrémité (141) dudit palier avant (14), le couvercle d’isolation thermique (20) formant avec le palier avant (14) au moins un canal interne (9) de circulation de liquide à l’intérieur duquel circule un liquide de refroidissement. Figure 2

Description

Moteur électrique équipé d’un circuit de refroidissement

L’invention concerne un moteur électrique agencé pour permettre une meilleure évacuation de la chaleur générée lors de son fonctionnement.

De manière générale, les moteurs électriques actuels comportent un rotor solidaire d’un arbre et un stator qui entoure le rotor. Le stator est monté dans un carter qui comporte des roulements pour le montage en rotation de l’arbre. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de tôles ou roues polaires (claw pole) maintenues sous forme de paquet au moyen d’un système de fixation adapté. Le corps du rotor comporte des cavités internes logeant des aimants permanents. Le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue de dents délimitant deux à deux une pluralité d’encoches ouvertes vers l’intérieur du corps de stator et destinées à recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements de phase traversent les encoches du corps de stator et forment des chignons faisant saillie de part et d’autre du corps de stator. Les enroulements de phase peuvent par exemple être constitués d’une pluralité de segments de conducteur en forme de U, les extrémités libres de deux segments adjacents étant reliées entre elles par soudage.

Dans le rotor, le paquet de tôles est enserré axialement entre un flasque avant et un flasque arrière montés coaxialement à l’arbre. Chaque flasque a globalement la forme d’un disque s’étendant dans un plan radial perpendiculaire à l’axe de l’arbre. Chaque flasque comporte un orifice central pour le montage coaxial sur l’arbre et plusieurs trous traversants destinés à recevoir des vis de fixation traversant axialement l’ensemble du paquet de tôles, lesdites vis étant solidarisées aux flasques au moyen d’écrous. Les flasques avant et arrière sont généralement formés d’un matériau amagnétique, conducteur de chaleur, par exemple un métal.

Le carter comporte généralement des paliers avant et arrière assemblés ensemble. Les paliers définissent une cavité interne dans laquelle sont logés le rotor et le stator. Chacun des paliers porte centralement un roulement à bille pour le montage en rotation de l’arbre du rotor.

Lors du fonctionnement du moteur, le courant circulant à travers les enroulements de phase du stator génère une chaleur importante qui doit être évacuée. Pour refroidir le stator, il existe actuellement plusieurs solutions. L’une de ces solutions consiste à faire circuler de l’huile à travers l’arbre du rotor et à faire circuler ensuite cette huile le long du corps de stator de telle sorte qu’elle soit en contact avec les chignons des enroulements de phase. Une telle solution nécessite toutefois de prévoir de nombreuses modifications au niveau de la structure du moteur, ce qui la rend difficile à mettre en œuvre, et, donc, relativement couteuse. Une autre solution existante consiste à prévoir un circuit de refroidissement à l’intérieur du palier avec lequel est fretté le stator, un liquide de refroidissement circulant à l’intérieur du circuit de refroidissement permettant d’évacuer la chaleur générée par le stator via le palier. Cette solution présente toutefois l’inconvénient d’être relativement onéreuse et complexe à mettre en œuvre du fait de l’utilisation de paliers spécifiques incorporant un circuit de refroidissement en interne.

L’invention vise donc à proposer un moteur électrique agencé pour permettre une meilleure évacuation de la chaleur générée lors de son fonctionnement et ne présentant pas les inconvénients des solutions existantes décrites précédemment.

A cet effet, l’invention concerne un moteur électrique comprenantun rotor monté sur un arbre, un stator disposé autour du rotor, un palier avant et un palier arrière reliés entre eux par des moyens de fixation, lesdits paliers avant et arrière formant une cavité interne dans laquelle sont logés le rotor et le stator, caractérisé en ce que le moteur électrique comprend en outre un couvercle d’isolation thermique en forme de cloche recouvrant totalement le palier arrière et une partie du palier avant s’étendant axialement depuis une face d’extrémité dudit palier avant, le couvercle d’isolation thermique formant avec le palier avant au moins un canal interne de circulation de liquide à l’intérieur duquel circule un liquide de refroidissement.

Ainsi configuré, le moteur de l’invention pourra être refroidi de manière plus efficace du fait de la circulation d’un liquide de refroidissement autour d’une partie du palier avant qui est en contact direct avec les éléments générateurs de chaleur du moteur électrique. Par ailleurs, le couvercle d’isolation thermique possédant un conductivité thermique faible, le liquide de refroidissement n’extraira que la chaleur issue du palier avant et pas celle en provenance de l’extérieur. Un meilleur rendement énergétique du circuit de refroidissement pourra ainsi être obtenu.

Selon d’autres caractéristiques, le moteur de l’invention comporte une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes considérées seules ou en combinaison:

- le liquide de refroidissement est choisi parmi l’eau, le glycol et une huile.

- le couvercle d’isolation thermique est constitué d’un matériau plastique à faible conductivité thermique.

- le matériau constitutif du couvercle d’isolation thermique est choisi parmi une matière silicone, un polyuréthane minéral, une mousse à base de polyuréthane et une mousse à base de polyamide.

- le couvercle d’isolation phonique se présente sous la forme d’une structure formée de trois couches, à savoir deux couches externes en matière plastique et une couche interne en mousse.

- le couvercle d’isolation thermique est séparé de la partie du palier avant s’étendant axialement par des éléments d’étanchéité.

- les éléments d’étanchéité sont constitués par des joints d’étanchéité annulaires logés au moins partiellement à l’intérieur de rainures annulaires formées à la périphérie de la partie du palier avant s’étendant axialement.

- le canal interne de circulation de liquide possède une forme sensiblement cylindrique dont l’axe est parallèle à l’axe défini par l’arbre du rotor.

- le couvercle d’isolation thermique est équipé d’au moins une tubulure d’entrée de liquide et d’au moins une tubulure de sortie de liquide, lesdites tubulures d’entrée et de sortie communiquant fluidiquement avec le canal interne de circulation de liquide.

- les paliers avant et arrière sont en métal.

- le palier avant est en aluminium.

- le palier arrière est en acier.

- les moyens de fixation sont des vis.

L’invention sera davantage comprise à la lecture de la description non limitative qui va suivre, faite en référence aux figures ci-annexées.

est une vue en perspective éclatée d’un moteur électrique selon un mode particulier de réalisation de l’invention,

est une vue en coupe longitudinale du moteur de la figure 1.

Les figures 1 et 2 représentent un moteur électrique 1 selon l’invention comprenant deux parties, respectivement une première partie 10 et une deuxième partie 20, reliées ensemble, notamment au moyen de vis 21, la deuxième partie 20 logeant et recouvrant presque intégralement la première partie 10.

La première partie 10 comprend un carter dans lequel sont logés un rotor 11 solidaire en rotation d’un arbre 12 et un stator 13 annulaire qui entoure le rotor 11 de manière coaxiale à l’arbre 12. Le carter comprend notamment un palier avant 14 et un palier arrière 15 connectés l’un à l’autre au moyen de vis 16. Les paliers 14, 15 sont de forme creuse et portent chacun centralement un roulement à billes respectivement 17 et 18 pour le montage en rotation de l’arbre 12. Des chignons 19 font saillie axialement de part et d’autre du corps de stator 13 et sont logés dans l’espace intermédiaire séparant le stator 13 des paliers respectifs 14, 15. Les paliers avant et arrière 14, 15 seront avantageusement constitués de métal. Dans une configuration avantageuse de l’invention, le palier avant 14 sera en aluminium, tandis que le palier arrière 15 sera en acier.

Dans le mode de réalisation représenté, le rotor 11 comprend un corps formé par un paquet de tôles 2 réalisé dans un matériau ferromagnétique, notamment en acier, ainsi qu’une pluralité d’aimants permanents 3 destinés à être logés dans une pluralité de cavités internes formées à l’intérieur du paquet de tôles 2, chaque cavité interne logeant un aimant permanent 3. Le paquet de tôles 2 est monté coaxialement sur l’arbre 12 monté rotatif autour d’un axe X. L’arbre 12 pourra être emmanché en force à l’intérieur d’une ouverture centrale du paquet de tôles 2 de manière à lier en rotation le corps du rotor avec l’arbre 12.

Le paquet de tôles 2 est formé d’un empilement axial de tôles qui s’étendent dans un plan radial perpendiculaire à l’axe X de l’arbre 12. Une pluralité de trous de fixation (non représentés) sont réalisés dans le paquet de tôles 2 pour permettre le passage de boulons de fixation 4 des tôles du paquet. Ces trous de fixation sont traversants de sorte qu’il est possible de faire passer à l’intérieur de chaque trou un boulon 4. Une première extrémité des boulons 4 est en appui contre la face externe d’un flasque d’extrémité avant 5, tandis que l’autre extrémité des boulons est en appui contre la face externe d’un flasque d’extrémité arrière 6. Ainsi, le paquet de tôles 2 est enserré axialement entre le flasque d’extrémité avant 5 et le flasque d’extrémité arrière6. Ces flasques 5, 6 permettent d’assurer un équilibrage du rotor 11 tout en permettant un bon maintien des aimants 3 à l’intérieur de leur cavité respective. L’équilibrage peut être effectué par ajout ou retrait de matière. Le retrait de matière peut être effectué par usinage, tandis que l’ajout de matière peut être effectué en implantant des éléments dans des ouvertures prévues à cet effet et réparties suivant la circonférence des flasques 5, 6.

La deuxième partie 20 du moteur 1 consiste en un couvercle en forme de cloche qui, dans la position montée du moteur représentée sur la figure 2, recouvre totalement le palier arrière 15 et une partie cylindrique 142 du palier avant 14 qui s’étend axialement depuis une face d’extrémité 141 dudit palier avant 14, ladite face 141 possédant la forme d’un disque aligné dans un plan perpendiculaire à l’axe X de l’arbre 12. Le couvercle 20 repose au niveau d’un bord d’extrémité 24 sur un épaulement 143 défini par la face d’extrémité 141.

Le couvercle 20 possède une forme sensiblement complémentaire à celle de la partie cylindrique 142 du palier avant 14 de sorte que, dans la position montée du moteur, cette partie 142 est en contact étanche avec la paroi interne 25 du couvercle 20, l’étanchéité étant assurée par deux joints d’étanchéité 8 de forme annulaire qui sont logés à l’intérieur de deux rainures annulaires 7 formées à la périphérie de la partie 142. Les rainures 7 sont disposées de part et d’autre d’une zone annulaire 144 de plus faible épaisseur de la partie 142. La zone annulaire 144 forme avec la paroi interne 25 du couvercle 20 un canal interne 9 de circulation de liquide, ledit canal 9 possédant une forme sensiblement cylindrique dont l’axe est parallèle à l’axe X défini par l’arbre 12 du rotor 11. Le canal 9 permet ainsi la circulation d’un liquide de refroidissement, comme par exemple de l’eau, du glycol ou une huile, autour de la partie cylindrique 142 du palier 14. Ainsi, lors du fonctionnement du moteur 1, la chaleur dégagée par le stator 13 et transmise au palier avant 14 pourra être directement transférée au liquide de refroidissement circulant dans le canal interne 9. Un refroidissement plus rapide du stator 13 pourra ainsi être obtenue. Le transfert de chaleur vers le liquide de refroidissement est encore amélioré dans le cas où le palier avant 14 est constitué d’un matériau possédant une conductivité thermique élevée, comme l’aluminium par exemple, et le couvercle 20 est constitué d’un matériau à faible conductivité thermique, comme une matière plastique par exemple. L’alimentation en liquide de refroidissement se fera au travers d’une tubulure d’entrée de liquide 22 formée à la périphérie du couvercle 20, ladite tubulure d’entrée 22 débouchant dans le canal interne 9. La sortie du liquide de refroidissement se fera au travers d’une tubulure de sortie de liquide 23 formée à la périphérie du couvercle 20, ladite tubulure de sortie 23 débouchant également dans le canal interne9.

Le couvercle 20 pourra par ailleurs posséder la propriété additionnelle d’atténuer les bruits générés par le moteur 1. A cet effet, il sera avantageusement constitué d’un matériau plastique possédant des capacités accrues d’absorption acoustique. En particulier, le couvercle 20 pourra avantageusement être formé d’une matière silicone, d’un matériau polymère à base de polyuréthane minéral, d’une mousse à base de polyuréthane, d’une mousse à base de polyamide. Il pourra également posséder une structure complexe formée de trois couches, à savoir deux couches externes en matière plastique et une couche interne en mousse. Ainsi configuré, le couvercle 20 permettra d’absorber les bruits, à la fois mécaniques et magnétiques, générés par le moteur 1 lors de son fonctionnement.

L’invention n’est évidemment pas limitée à la configuration de l’invention telle que décrite précédemment.

Claims

Moteur électrique (1) comprenantun rotor (11) monté sur un arbre (12), un stator (13) disposé autour du rotor (11), un palier avant (14) et un palier arrière (15) reliés entre eux par des moyens de fixation (21), lesdits paliers avant et arrière (14, 15) formant une cavité interne dans laquelle sont logés le rotor (11) et le stator (13), caractérisé en ce que le moteur électrique (1) comprend en outre un couvercle d’isolation thermique (20) en forme de cloche recouvrant totalement le palier arrière (15) et une partie (142) du palier avant (14) s’étendant axialement depuis une face d’extrémité (141) dudit palier avant (14), le couvercle d’isolation thermique (20) formant avec le palier avant (14) au moins un canal interne (9) de circulation de liquide à l’intérieur duquel circule un liquide de refroidissement.
Moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liquide de refroidissement est choisi parmi l’eau, le glycol et une huile.
Moteur (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le couvercle d’isolation thermique (20) est constitué d’un matériau plastique à faible conductivité thermique.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau constitutif du couvercle d’isolation thermique (20) est choisi parmi une matière silicone, un polyuréthane minéral, une mousse à base de polyuréthane et une mousse à base de polyamide.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle d’isolation phonique (20) se présente sous la forme d’une structure formée de trois couches, à savoir deux couches externes en matière plastique et une couche interne en mousse.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle d’isolation thermique (20) est séparé de la partie (142) du palier avant (14) s’étendant axialement par des éléments d’étanchéité (8).
Moteur (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que les éléments d’étanchéité sont constitués par des joints d’étanchéité (8) annulaires logés au moins partiellement à l’intérieur de rainures annulaires (7) formées à la périphérie de la partie (142) du palier avant (14) s’étendant axialement.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le canal interne (9) de circulation de liquide possède une forme sensiblement cylindrique dont l’axe est parallèle à l’axe (X) défini par l’arbre (12) du rotor (11).
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le couvercle d’isolation thermique (20) est équipé d’au moins une tubulure d’entrée (22) de liquide et d’au moins une tubulure de sortie (23) de liquide, lesdites tubulures d’entrée et de sortie (22, 23) communiquant fluidiquement avec le canal interne (9) de circulation de liquide.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les paliers avant et arrière (14, 15) sont en métal.
Moteur (1) selon la revendication 10, caractérisé en ce que le palier avant (14) est en aluminium.
Moteur (1) selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que le palier arrière (15) est en acier.
Moteur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de fixation sont des vis (21).