FR3134260A1 - Rotating electric machine comprising a cooling chamber - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une machine électrique tournante (10) comprenant : un stator (11) comprenant un corps (13) et un bobinage (19), un rotor (12) d’axe de rotation (X),un premier palier (24) dans lequel est monté fretté ledit corps de stator (13),un deuxième palier (30) positionné autour dudit premier palier (24) pour former une chambre de refroidissement annulaire (31) de longueur axiale (lc) et de hauteur (hc), le premier et second palier (24, 30) comprennent respectivement une première et deuxième série de nervures de turbulence (50a, 50b), chacune des nervures de turbulence (51) de la première série (50a) étant décalée circonférentiellement par rapport à chacune des nervures (51) de la deuxième série (50b), dans laquelle chaque nervure de turbulence (51) s’étend sur une longueur axiale (ln) inférieure à 50% de la longueur axiale (lc) de la chambre de refroidissement. Figure pour l’abrégé : Fig. 1The invention relates to a rotating electric machine (10) comprising: a stator (11) comprising a body (13) and a winding (19), a rotor (12) with an axis of rotation (X), a first bearing (24 ) in which said stator body (13) is shrink-mounted, a second bearing (30) positioned around said first bearing (24) to form an annular cooling chamber (31) of axial length (lc) and height (hc) , the first and second bearing (24, 30) respectively comprise a first and second series of turbulence ribs (50a, 50b), each of the turbulence ribs (51) of the first series (50a) being offset circumferentially relative to each ribs (51) of the second series (50b), in which each turbulence rib (51) extends over an axial length (ln) less than 50% of the axial length (lc) of the cooling chamber. Figure for abstract: Fig. 1
Description
La présente invention porte sur une machine électrique tournante comprenant une chambre de refroidissement ayant des nervures de turbulence 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 having turbulence ribs allowing cooling of 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.
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.
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 stator comprenant un corps et un bobinage,a stator comprising a body and a winding,
- un rotor d’axe de rotation X,a rotor with an axis of rotation
- un premier palier comprenant une première portion munie d’un logement de roulement pour le montage à rotation d’un arbre du rotor et une deuxième portion dans laquelle est monté fretté ledit corps de stator,a first bearing comprising a first portion provided with a bearing housing for rotatably mounting a rotor shaft and a second portion in which said stator body is shrink-mounted,
- un deuxième palier positionné autour dudit premier palier pour former une chambre de refroidissement annulaire de longueur axiale laet de hauteur hr, dans laquelle s’écoule dans la direction circonférentielle un fluide de refroidissement,a second bearing positioned around said first bearing to form an annular cooling chamber of axial length l a and height h r , in which a cooling fluid flows in the circumferential direction,
dans laquelle le premier et second palier comprennent respectivement une première et deuxième série de nervures de turbulence, chacune des nervures de turbulence de la première série étant décalée circonférentiellement par rapport à chacune des nervures de la deuxième série et dans laquellein which the first and second bearings respectively comprise a first and second series of turbulence ribs, each of the turbulence ribs of the first series being offset circumferentially relative to each of the ribs of the second series and in which
chaque nervure de turbulence s’étend sur une longueur axiale inférieure à 50% de la longueur axiale de la chambre de refroidissement.each turbulence rib extends over an axial length less than 50% of the axial length of the cooling chamber.
L’invention permet ainsi, par l’utilisation de deux séries de nervures de turbulence disposées de manière décalée dans la direction circonférentielle et avec un dimensionnement spécifique d’obtenir un refroidissement amélioré. Les nervures de turbulence augmentent l’efficacité du transfert thermique en transformant l’écoulement laminaire en écoulement turbulent. En outre, le fait de disposer une série de nervures sur chaque palier facilite la fabrication des paliers, en particulier lors de l’étape de démoulage qui ne nécessite pas l’utilisation de tiroirs. Leur fabrication est ainsi facilitée et moins chère.The invention thus makes it possible, through the use of two series of turbulence ribs arranged offset in the circumferential direction and with specific dimensioning, to obtain improved cooling. Turbulence ribs increase heat transfer efficiency by transforming laminar flow into turbulent flow. In addition, having a series of ribs on each bearing facilitates the manufacturing of the bearings, particularly during the demolding stage which does not require the use of drawers. Their manufacture is thus easier and cheaper.
Le fait que chaque nervure de turbulence s’étende sur une longueur axiale inférieure à 50% de la longueur axiale de la chambre de refroidissement permet également de réduire les pertes de charge entre et d’avoir un optimum entre les pertes de charge et les gains thermiques.The fact that each turbulence rib extends over an axial length less than 50% of the axial length of the cooling chamber also makes it possible to reduce the pressure losses between and to have an optimum between the pressure losses and the gains thermal.
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.In the description and the claims, we will use the terms "external" and "internal" as well as the "axial" and "radial" orientations to designate, according to the definitions given in the description, elements of the rotor, the stator and/or of the electric machine. By convention, the "radial" orientation is directed orthogonal to the axial orientation. The axial orientation relates, depending on the context, to the axis of rotation of the rotor, the stator and/or the electrical machine. The "circumferential" orientation is directed orthogonal to the axial direction and orthogonal to the radial direction. The terms "external, exterior" and "internal, interior" are used to define the relative position of one element in relation to another, in relation to the reference axis, an element close to the axis is thus qualified as 'internal as opposed to an external element located radially on the periphery.
Dans le cadre de la présente invention, par nervure de turbulence on entend décrire des nervures servant à générer une turbulence dans le liquide de refroidissement.In the context of the present invention, by turbulence rib we mean ribs used to generate turbulence in the cooling liquid.
Selon un mode de réalisation, le premier palier et/ou le deuxième palier sont réalisés dans un matériau à base d’aluminium.According to one embodiment, the first bearing and/or the second bearing are made of an aluminum-based material.
Avantageusement, la première série de nervures est intégralement décalée axialement de la deuxième série de nervures. En d’autres termes, cela implique qu’il n’existe pas de plan perpendiculaire à l’axe de rotation traversant à la fois les nervures de la première et de la deuxième série. Le parcours du fluide de refroidissement dans la chambre de refroidissement est donc moins sinueux et les pertes de charge sont réduites.Advantageously, the first series of ribs is entirely offset axially from the second series of ribs. In other words, this implies that there is no plane perpendicular to the axis of rotation crossing both the ribs of the first and the second series. The path of the cooling fluid in the cooling chamber is therefore less winding and pressure losses are reduced.
Avantageusement, chaque nervure de turbulence s’étend une longueur axiale inférieure à 25% de la longueur axiale de la chambre de refroidissement.Advantageously, each turbulence rib extends an axial length less than 25% of the axial length of the cooling chamber.
Avantageusement, toutes les nervures d’une même série sont identiques entre elles. Avantageusement, toutes les nervures de la machine électrique sont identiques entre elles. Cela permet d’avoir des pertes de charge équilibrées.Advantageously, all the ribs of the same series are identical to each other. Advantageously, all the ribs of the electric machine are identical to each other. This allows for balanced pressure losses.
Avantageusement, chaque nervure de turbulence s’étend circonférentiellement sur une distance inférieure à 35%, de préférence comprise entre 25 et 35%, de la longueur axiale de la chambre de refroidissement. Il est important que les nervures de turbulence ne s’étendent pas trop circonférentiellement afin de ne pas pénaliser l’échange thermique entre la chambre de refroidissement et le stator de la machine électrique.Advantageously, each turbulence rib extends circumferentially over a distance less than 35%, preferably between 25 and 35%, of the axial length of the cooling chamber. It is important that the turbulence ribs do not extend too circumferentially so as not to penalize the heat exchange between the cooling chamber and the stator of the electrical machine.
Avantageusement, le fluide de refroidissement est un fluide caloporteur, en particulier de l’eau ou de l’huile.Advantageously, the cooling fluid is a heat transfer fluid, in particular water or oil.
Avantageusement, au moins une nervure de chaque série, de préférence chaque nervure, présente une hauteur sensiblement égale à la hauteur de la chambre de refroidissement. Par « hauteur sensiblement égale », on entend définir deux éléments ayant une hauteur identique aux tolérances de fabrication près. Cela force le liquide de refroidissement à passer sur le côté de la nervure et non au-dessus.Advantageously, at least one rib of each series, preferably each rib, has a height substantially equal to the height of the cooling chamber. By “substantially equal height”, we mean defining two elements having an identical height within manufacturing tolerances. This forces the coolant to pass down the side of the rib and not over it.
Avantageusement, la chambre de refroidissement s’étend axialement entre une première face latérale appartenant à l’un du premier ou deuxième palier et une deuxième face latérale appartenant à l’autre du premier ou deuxième palier, chaque nervure faisant saillie axialement d’une desdites faces latérales.Advantageously, the cooling chamber extends axially between a first side face belonging to one of the first or second bearing and a second side face belonging to the other of the first or second bearing, each rib projecting axially from one of said lateral faces.
Avantageusement, au moins une nervure de chaque série, de préférence chaque nervure, présente une face concave. Par rapport à une nervure sous forme de rectangle, une nervure présentant une face concave va permettre un meilleur refroidissement dû à la turbulence crée par cette forme.Advantageously, at least one rib of each series, preferably each rib, has a concave face. Compared to a rib in the form of a rectangle, a rib with a concave face will allow better cooling due to the turbulence created by this shape.
Avantageusement, deux nervures consécutives d’une même série sont espacées d’une distance comprise entre 1,5 et 2 fois la longueur axiale de la chambre de refroidissement.Advantageously, two consecutive ribs of the same series are spaced at a distance of between 1.5 and 2 times the axial length of the cooling chamber.
Avantageusement, les nervures de chaque série sont régulièrement réparties sur la circonférence des paliers. En d’autres termes, la distance séparant deux nervures consécutives de chaque série est toujours la même.Advantageously, the ribs of each series are regularly distributed around the circumference of the bearings. In other words, the distance separating two consecutive ribs of each series is always the same.
Avantageusement, la première et deuxième partie de la chambre de refroidissement sont disposées axialement l’une à côté de l’autre.Advantageously, the first and second parts of the cooling chamber are arranged axially next to each other.
Avantageusement, la première série comporte autant de nervures que la deuxième série. En variante, le nombre de nervures de la première série est différent du nombre de nervures de la deuxième série.Advantageously, the first series has as many ribs as the second series. Alternatively, the number of ribs in the first series is different from the number of ribs in the second series.
Avantageusement, le volume d’une nervure est compris entre 0,05 et 0,20% du volume de la chambre de refroidissement.Advantageously, the volume of a rib is between 0.05 and 0.20% of the volume of the cooling chamber.
Avantageusement, la chambre de refroidissement comprend une entrée de liquide sous forme de canal dans lequel est agencé un turbulateur hélicoïdal. Le turbulateur hélicoïdal permet de générer une turbulence à l’entrée de la chambre de refroidissement en convertissant un écoulement laminaire en écoulement turbulent. De préférence, le turbulateur hélicoïdal est un ressort ou une hélice hélicoïdale ou au moins deux ressorts hélicoïdaux.Advantageously, the cooling chamber comprises a liquid inlet in the form of a channel in which a helical turbulator is arranged. The helical turbulator generates turbulence at the inlet of the cooling chamber by converting laminar flow into turbulent flow. Preferably, the helical turbulator is a spring or a helical helix or at least two helical springs.
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.
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. 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. 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.
La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 4kW et 50kW. 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 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.
Le carter 15 comporte un premier et un deuxième palier 24, 30. Le premier palier 24 comprend une première portion 25 muni d'un logement de roulement 26 dans lequel est logé un organe de roulement pour le montage à rotation de l’arbre 9. La première portion 25 s’étend radialement. Le premier palier 24 comprend une deuxième portion 27 ayant globalement la forme d’une jupe annulaire s’étendant axialement depuis la périphérie externe de la première portion 25.The casing 15 comprises a first and a second bearing 24, 30. The first bearing 24 comprises a first portion 25 provided with a bearing housing 26 in which is housed a rolling member for the rotational mounting of the shaft 9. The first portion 25 extends radially. The first bearing 24 comprises a second portion 27 having generally the shape of an annular skirt extending axially from the external periphery of the first portion 25.
Le corps 13 de stator 11 est monté fretté à l’intérieur de la deuxième portion 27 du premier palier 24. A cet effet, le premier palier 24 est chauffé à haute température jusqu’à la dilation du matériau, puis refroidi de telle façon que la périphérie externe du corps du stator 13 soit maintenu fixe contre la périphérie interne de la deuxième portion 27 du palier 24.The body 13 of stator 11 is mounted huddled inside the second portion 27 of the first bearing 24. For this purpose, the first bearing 24 is heated to a high temperature until the material expands, then cooled so that the external periphery of the body of the stator 13 is held fixed against the internal periphery of the second portion 27 of the bearing 24.
Dans l’exemple considéré, la première et la deuxième portion 25, 27 sont monoblocs, c’est-à-dire qu’elles forment une seule et même pièce. En alternative, la première et la deuxième portions 25, 27 sont deux pièces solidarisées par soudure par exemple.In the example considered, the first and second portions 25, 27 are in one piece, that is to say they form a single piece. Alternatively, the first and second portions 25, 27 are two parts joined by welding for example.
Dans l’exemple considéré, le deuxième palier 30 comprend également une première portion qui correspond à une paroi transversale et une deuxième portion qui correspond à une paroi d’orientation axiale. Les premières portions d’orientation radiale des deux paliers s’étendent donc transversalement par rapport à l’axe X. Les deuxièmes portions présentent globalement la forme d’une jupe annulaire qui s’étend axialement depuis la périphérie externe de la première portion. Les deuxièmes portions sont disposées coaxialement l’une par rapport à l’autre.In the example considered, the second bearing 30 also comprises a first portion which corresponds to a transverse wall and a second portion which corresponds to a wall of axial orientation. The first radially oriented portions of the two bearings therefore extend transversely with respect to the axis X. The second portions generally have the shape of an annular skirt which extends axially from the external periphery of the first portion. The second portions are arranged coaxially with respect to each other.
La périphérie externe du corps 13 de stator 11 étant en contact intime avec la périphérie interne de la deuxième portion 27 du premier 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 external periphery of the body 13 of stator 11 being in intimate contact with the internal periphery of the second portion 27 of the first bearing 24 due to the shrinking operation, this makes it possible to facilitate the evacuation by conduction of the heat generated by the stator.
Le premier et deuxième palier 24, 30 peuvent être fixés ensemble au moyen de vis ou par soudure par friction malaxage. De préférence, le premier palier 24 et le deuxième palier 30 sont réalisés en un matériau à base d’aluminium.The first and second bearings 24, 30 can be fixed together by means of screws or by friction stir welding. Preferably, the first bearing 24 and the second bearing 30 are made of an aluminum-based material.
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 consisting of a pack of sheets that 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.
La machine électrique tournante 10 est refroidie principalement au moyen d’une chambre de refroidissement annulaire 31 formée par l’agencement du premier et deuxième palier 24, 30. La chambre 31 permet le passage d’un liquide de refroidissement à l’intérieur de la machine. Le liquide est en l’occurrence un fluide caloporteur, en particulier de l’eau ou de l’huile. La chambre de refroidissement 31 présente une longueur axiale lcet une hauteur hc.The rotating electric machine 10 is cooled mainly by means of an annular cooling chamber 31 formed by the arrangement of the first and second bearings 24, 30. The chamber 31 allows the passage of a cooling liquid inside the machine. The liquid in this case is a heat transfer fluid, in particular water or oil. The cooling chamber 31 has an axial length l c and a height h c .
Comme cela est visible sur la
Chaque nervure de turbulence 51 de la présente invention s’étend sur une longueur axiale ln. La longueur axiale lnétant inférieure à 50%, de préférence à 25%, de la longueur axiale lcde la chambre de refroidissement 31.Each turbulence rib 51 of the present invention extends over an axial length l n . The axial length l n being less than 50%, preferably 25%, of the axial length l c of the cooling chamber 31.
Avantageusement, chaque nervure de turbulence 51 s’étend circonférentiellement sur une distance dninférieure à 35% de la longueur axiale lcde la chambre de refroidissement. De préférence la distance dnest comprise entre 25 et 35% de la longueur axiale lcde la chambre de refroidissement.Advantageously, each turbulence rib 51 extends circumferentially over a distance d n less than 35% of the axial length l c of the cooling chamber. Preferably the distance d n is between 25 and 35% of the axial length l c of the cooling chamber.
Le deuxième palier 30 comprend une entrée et une sortie de liquide de refroidissement (non visibles sur la
Dans le cadre de la présente invention et comme cela est visible en figures 1 à 4, le premier et le deuxième palier 24, 30 comprennent respectivement une première et deuxième série 50a, 50b de nervures de turbulence 51.In the context of the present invention and as can be seen in Figures 1 to 4, the first and second bearings 24, 30 respectively comprise a first and second series 50a, 50b of turbulence ribs 51.
Comme cela est visible sur la
Avantageusement, la première série de nervure 50a est intégralement décalée axialement de la deuxième série de nervures 50b. Ainsi, il n’existe aucune droite radiale fictive passant à la fois par une nervure 51 de la première série 50a et une nervure 51 de la deuxième série 50b. En d’autres termes, il n’existe pas de chevauchement radial entre les nervures 51 de la première série 50a avec celles de la deuxième série 50b.Advantageously, the first series of ribs 50a is entirely offset axially from the second series of ribs 50b. Thus, there is no fictitious radial straight line passing through both a rib 51 of the first series 50a and a rib 51 of the second series 50b. In other words, there is no radial overlap between the ribs 51 of the first series 50a with those of the second series 50b.
Avantageusement, les nervures 51 s’étendent transversalement à la direction circonférentielle du fluide de refroidissement.Advantageously, the ribs 51 extend transversely to the circumferential direction of the cooling fluid.
Avantageusement, au moins une nervure 51 de chaque série 50a, 50b, de préférence chaque nervure 51, présente une hauteur hnsensiblement égale à la hauteur hcde la chambre de refroidissement. Dans ce cas, la nervure 51 s’étend depuis la face interne jusqu’à la face externe de la chambre de refroidissement 31.Advantageously, at least one rib 51 of each series 50a, 50b, preferably each rib 51, has a height h n substantially equal to the height h c of the cooling chamber. In this case, the rib 51 extends from the internal face to the external face of the cooling chamber 31.
Dans l’exemple considéré, la chambre de refroidissement 31 s’étend axialement entre une première face latérale 28 appartenant au premier palier 24 et une deuxième face latérale 32 appartenant au deuxième palier 30. Ainsi, la longueur axiale lcde la chambre de refroidissement 31 correspond à la longueur entre la première et la deuxième face latérale 28, 32.In the example considered, the cooling chamber 31 extends axially between a first side face 28 belonging to the first bearing 24 and a second side face 32 belonging to the second bearing 30. Thus, the axial length l c of the cooling chamber 31 corresponds to the length between the first and second side faces 28, 32.
Comme cela est visible sur mes figures 2 et 3, chaque nervure 51 de la première série 50a fait saillie axialement de la première face latérale 28 et chaque nervure 51 de la deuxième série 50b fait saillie axialement de la deuxième face latérale 32.As is visible in my Figures 2 and 3, each rib 51 of the first series 50a projects axially from the first side face 28 and each rib 51 of the second series 50b projects axially from the second side face 32.
Avantageusement, au moins une nervure 51 de chaque série, de préférence chaque nervure, présente une face concave 52. La face concave 52 s’étend à partir de la face latérale du palier auquel la nervure 51 est rattachée et s’étend dans en direction de la face latérale opposée. La face concave 52 est la première partie de chaque nervure 51 avec laquelle le fluide de refroidissement va entrer en contact. Cette face concave va permettre une recirculation efficace du fluide et une amélioration du transfert de chaleur entre les différentes parois de la chambre de refroidissement et le fluide de refroidissement.Advantageously, at least one rib 51 of each series, preferably each rib, has a concave face 52. The concave face 52 extends from the side face of the bearing to which the rib 51 is attached and extends in the direction from the opposite side face. The concave face 52 is the first part of each rib 51 with which the cooling fluid will come into contact. This concave face will allow efficient recirculation of the fluid and an improvement in heat transfer between the different walls of the cooling chamber and the cooling fluid.
Le fluide de refroidissement circulant dans la chambre de refroidissement annulaire 31 va donc entrer en contact avec la face concave 52 d’une nervure 51 de la première série 50a puis entrer en contact avec la face concave 52 d’une nervure 51 de la deuxième série 50b.The cooling fluid circulating in the annular cooling chamber 31 will therefore come into contact with the concave face 52 of a rib 51 of the first series 50a then come into contact with the concave face 52 of a rib 51 of the second series 50b.
Avantageusement, deux nervures consécutives 51 d’une même série sont espacées d’une distance dacomprise entre 1,5 et 2 fois la longueur axiale lcde la chambre de refroidissement 31.Advantageously, two consecutive ribs 51 of the same series are spaced at a distance d a of between 1.5 and 2 times the axial length l c of the cooling chamber 31.
Avantageusement, les nervures 51 de chaque série sont régulièrement réparties sur la circonférence des paliers. En d’autres termes, la distance daséparant deux nervures consécutives 51 de chaque série est toujours la même.Advantageously, the ribs 51 of each series are regularly distributed over the circumference of the bearings. In other words, the distance d a separating two consecutive ribs 51 of each series is always the same.
Dans les exemples considérés toutes les nervures 51 que ce soit de la première ou de la deuxième série 50a, 50b, sont identiques entre elles.In the examples considered, all the ribs 51, whether of the first or the second series 50a, 50b, are identical to each other.
Avantageusement, la chambre de refroidissement 31 comprend une entrée de liquide sous forme de canal dans lequel est agencé un turbulateur hélicoïdal 70. Dans l’exemple considéré, le turbulateur hélicoïdal 70 est une hélice hélicoïdale.Advantageously, the cooling chamber 31 comprises a liquid inlet in the form of a channel in which a helical turbulator 70 is arranged. In the example considered, the helical turbulator 70 is a helical propeller.
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 stator (11) comprenant un corps (13) et un bobinage (19),
- un rotor (12) d’axe de rotation (X),
- un premier palier (24) comprenant une première portion (25) munie d’un logement de roulement (26) pour le montage à rotation d’un arbre (9) du rotor et une deuxième portion (27) dans laquelle est monté fretté ledit corps de stator (13),
- un deuxième palier (30) positionné autour dudit premier palier (24) pour former une chambre de refroidissement annulaire (31) de longueur axiale (lc) et de hauteur (hc), dans laquelle s’écoule dans la direction circonférentielle un fluide de refroidissement,
caractérisée en ce que chaque nervure de turbulence (51) s’étend sur une longueur axiale (ln) inférieure à 50%, de préférence 25%, de la longueur axiale (lc) de la chambre de refroidissement.Rotating electric machine (10) comprising:
- a stator (11) comprising a body (13) and a winding (19),
- a rotor (12) with an axis of rotation (X),
- a first bearing (24) comprising a first portion (25) provided with a bearing housing (26) for the rotational mounting of a shaft (9) of the rotor and a second portion (27) in which said shrunk is mounted stator body (13),
- a second bearing (30) positioned around said first bearing (24) to form an annular cooling chamber (31) of axial length (l c ) and height (h c ), in which a fluid flows in the circumferential direction cooling,
characterized in that each turbulence rib (51) extends over an axial length (lnot) less than 50%, preferably 25%, of the axial length (lvs) of the cooling chamber.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR2202801A FR3134260B1 (en) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | Rotating electric machine comprising a cooling chamber |
| PCT/EP2023/057194 WO2023186624A1 (en) | 2022-03-29 | 2023-03-21 | Rotary electric machine comprising a cooling chamber |
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|---|---|---|---|
| FR2202801 | 2022-03-29 | ||
| FR2202801A FR3134260B1 (en) | 2022-03-29 | 2022-03-29 | Rotating electric machine comprising a cooling chamber |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3134260A1 true FR3134260A1 (en) | 2023-10-06 |
| FR3134260B1 FR3134260B1 (en) | 2024-05-31 |
Family
ID=82019188
Family Applications (1)
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2022
- 2022-03-29 FR FR2202801A patent/FR3134260B1/en active Active
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2023
- 2023-03-21 WO PCT/EP2023/057194 patent/WO2023186624A1/en active Application Filing
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3134260B1 (en) | 2024-05-31 |
| WO2023186624A1 (en) | 2023-10-05 |
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