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Title:
AXIAL-FLUX ELECTROMAGNETIC MACHINE HAVING A COOLING CIRCUIT COMMON TO THE MACHINE AND TO ITS ELECTRONIC CONTROL AND POWER MEANS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/092489
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a motor (M) or axial-flux electromagnetic generator having at least one rotor and at least one stator housed in a housing (1), the housing (1) having inside it a cooling fluid circuit and surrounding the motor (M) while allowing only an end portion of a drive shaft of the rotor to protrude therefrom, the motor (M) or the electromagnetic generator having electronic control and power means (4). The cooling circuit has a common element that cools said at least one rotor and one stator, on the one hand, and the electronic control and power means (4), on the other hand.

Inventors:
CARSALADE, Bruno (6 impasse des Grillong, Figeac, Figeac, 46100, FR)
RAVAUD, Romain (Lieudit Font Neuve, Labastide-Murat, 46240, FR)
MIHAILA, Vasile (37 avenue Philibert Delprat, Figeac, 46100, FR)
Application Number:
IB2018/001222
Publication Date:
May 16, 2019
Filing Date:
November 05, 2018
Export Citation:
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Assignee:
WHYLOT (Zone d'Activités Quercypôle 2, Cambes, 46100, FR)
International Classes:
H02K5/04; H02K5/20; H02K9/19; H02K9/22; H02K11/33; H02K16/00
Foreign References:
US20140232217A12014-08-21
US6831382B12004-12-14
US20160352173A12016-12-01
US20110101813A12011-05-05
US20160226346A12016-08-04
US20140202781A12014-07-24
US20140232217A12014-08-21
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Claims:
REVENDICATIONS

Moteur (M) ou génératrice électromagnétique avec au moins un rotor et au moins un stator logé dans un carter (1 ), le carter (1 ) présentant en interne un circuit de fluide de refroidissement et enveloppant le moteur (M) en ne laissant dépasser qu'une portion d'extrémité d'un axe d'entraînement du rotor, le moteur (M) ou la génératrice électromagnétique présentant des moyens électroniques de commande et de puissance (4), le circuit de refroidissement présentant un élément commun (3) assurant le refroidissement, d'une part, desdits au moins un rotor et un stator et, d'autre part, des moyens électroniques de commande et de puissance (4), caractérisé en ce que le moteur (M) ou la génératrice électromagnétique est à flux axial et que l'élément commun (3) est sous la forme d'une couronne de refroidissement fermant une couronne d'entrée de fluide (2) contenant le circuit de refroidissement en son intérieur en présentant une tranche portant au moins une entrée (2a) et une sortie (2b) pour le fluide de refroidissement, la couronne de refroidissement (3) formant une partie arrière du carter (1 ).

Moteur (M) selon la revendication 1 , dans lequel un capot (10) prolonge axialement le carter (1 ) en entourant et protégeant les moyens électroniques de commande et de puissance (4) du moteur (M), le carter (1 ) et le capot (10) formant un ensemble fermé regroupant en son intérieur lesdits au moins un rotor et un stator et les moyens électroniques de commande et de puissance (4).

Moteur (M) selon la revendication 2, dans lequel le capot (10) est fixé par des moyens de fixation amovible (6 à 9) sur la couronne de refroidissement (3) formant la partie arrière du carter (1 ).

Moteur (M) selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel le capot (10) recouvre au moins partiellement ou est adjacent à la couronne de refroidissement (3) en position montée du capot (10) sur le carter (1 ), le capot (10) étant percé d'alésages périphériques régulièrement répartis autour d'une circonférence du capot (10) pour le passage de moyens de solidarisation (6) du capot (10) avec une extrémité libre d'une branche d'une équerre (7) respective, une extrémité libre de l'autre branche de chaque équerre (7) présentant un moyen de solidarisation (8) avec la couronne de refroidissement (3).

Moteur (M) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les moyens électroniques de commande et de puissance (4) sont sous la forme d'une carte de circuit imprimé.

Moteur (M) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couronne de refroidissement (3) du circuit de fluide de refroidissement présente une face en vis-à-vis desdits au moins un rotor et un stator du moteur (M) et une face opposée en appui contre les moyens électroniques de commande et de puissance (4).

Moteur (M) selon les revendications 5 et 6, dans lequel la carte de circuit imprimé (4) est sous la forme d'un disque en appui contre la face opposée de la couronne de refroidissement (3), la carte de circuit imprimé (4) présentant une surface similaire ou inférieure de moins de 10% à couronne de refroidissement (3).

Moteur (M) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel une partie avant du carter (1 ) présente une couronne avant (12), la couronne avant (12) et la couronne d'entrée de fluide (2) présentant un même diamètre et entourant entre elles une portion cylindrique (1 1 ) de diamètre inférieur au diamètre des couronnes avant (1 1 ) et d'entrée de fluide (2), les couronnes avant (11 ) et d'entrée de fluide (2) étant solidarisées entre elles en étant maintenues espacées par des tiges filetées s'étendant en longueur entre les couronnes avant (1 1 ) et d'entrée de fluide (2) et disposées régulièrement espacées à proximité de la périphérie des couronnes avant (1 1 ) et d'entrée de fluide (2), une portion de chaque extrémité longitudinale de chaque tige filetée traversant une couronne (12) respective.

Moteur (M) selon la revendication précédente, dans lequel la couronne avant (12) intègre une portion d'un circuit auxiliaire de fluide de refroidissement.

10. Moteur (M) selon l'une quelconque des deux revendications précédentes, dans lequel la couronne avant (12) présente un évidement médian pour le passage de l'axe d'entraînement du rotor.

1 1. Moteur (M) selon l'une quelconque des revendications précédentes, lequel comprend au moins un rotor associé à deux stators.

Description:
MACHINE ÉLECTROMAGNÉTIQUE À FLUX AXIAL À CIRCUIT DE REFROIDISSEMENT COMMUN À LA MACHINE ET À SES MOYENS ÉLECTRONIQUES DE COMMANDE ET DE PUISSANCE

5

La présente invention concerne un moteur ou une génératrice électromagnétique à flux axial à circuit de refroidissement commun au moteur et à ses moyens électroniques de commande et de puissance.

La présente invention trouve une application avantageuse mais non

10 limitative pour un moteur électromagnétique à flux axial délivrant une forte

puissance avec une vitesse de rotation du rotor élevée, ce qui est facilité par les caractéristiques spécifiques du moteur ou de la génératrice selon la présente invention. Un tel moteur peut être utilisé, par exemple, comme moteur électromagnétique dans un véhicule automobile totalement électrique

15 ou hybride.

Avantageusement mais non limitativement, le moteur ou la génératrice électromagnétique peut comprendre au moins un rotor encadré par deux stators, ces éléments pouvant se superposer les uns par rapport aux autres en étant séparés par au moins un entrefer sur un même arbre.

20 Dans des applications à haute vitesse, il est nécessaire d'avoir une très

bonne tenue mécanique de la partie tournante, c'est-à-dire le rotor, afin d'améliorer la fiabilité du système. Il est aussi nécessaire de refroidir les éléments du moteur, notamment son ou ses rotors et son ou ses stators.

Il est connu de refroidir un moteur par un circuit de refroidissement

25 permettant la circulation d'un fluide caloporteur, fréquemment à base d'eau à

l'intérieur du moteur.

Le moteur ou la génératrice est aussi associé à des moyens électroniques de commande et de puissance qui dégagent de la chaleur et doivent aussi être fréquemment refroidis ou ventilés. Ceci implique la

30 présence d'une ventilation ou d'un circuit de refroidissement spécifique pour

ces moyens électroniques de commande et de puissance, ce qui augmente l'encombrement du moteur.

Ces moyens électroniques de commande et de puissance peuvent aussi être placés à distance du moteur et de la génératrice, ce qui nécessite

35 un câblage et complexifie l'ensemble. Quand ces moyens électroniques de commande et de puissance sont placés à proximité du moteur ou de la génératrice, ils subissent un échauffement dû au moteur et nécessitent un système de refroidissement encore plus performant, ce qui augmente le prix de l'ensemble moteur et moyens électroniques de commande et de puissance associés.

Le document US2014232217A1 , considéré comme illustrant l'état de la technique le plus proche décrit un moteur ou génératrice électromagnétique qui n'est cependant pas à flux axial avec au moins un rotor et au moins un stator logé dans un carter présentant en interne un circuit de fluide de refroidissement et enveloppant le moteur en ne laissant dépasser qu'une portion d'extrémité d'un axe d'entraînement du rotor. Le moteur ou la génératrice électromagnétique présente des moyens électroniques de commande et de puissance. Le circuit de refroidissement présente un élément commun assurant le refroidissement, d'une part, desdits au moins un rotor et un stator et, d'autre part, des moyens électroniques de commande et de puissance.

Un système de refroidissement d'un moteur à flux radial comme décrit dans ce document ne peut pas être transposé à un moteur à flux axial sans adaptation spécifique. Ces deux types de moteur ont des caractéristiques techniques différentes et subissent un échauffement qui n'est pas le même et qui ne se traite pas de manière similaire. Le problème à la base de la présente invention est de concevoir un ensemble d'un moteur ou d'une génératrice électromagnétique à flux axial avec des moyens électroniques de commande et de puissance associés qui puisse garantir une protection contre réchauffement de l'ensemble dû notamment à un ou des rotors tournant à des vitesses très élevées et aux pertes par effet Joule dans le ou les stators tout en présentant un encombrement réduit.

A cet effet, la présente invention concerne un moteur ou une génératrice électromagnétique avec au moins un rotor et au moins un stator logé dans un carter, le carter présentant en interne un circuit de fluide de refroidissement et enveloppant le moteur en ne laissant dépasser qu'une portion d'extrémité d'un axe d'entraînement du rotor, le moteur ou la génératrice électromagnétique présentant des moyens électroniques de commande et de puissance, le circuit de refroidissement présentant un élément commun assurant le refroidissement, d'une part, desdits au moins un rotor et un stator, et, d'autre part, des moyens électroniques de commande et de puissance, caractérisé en ce que le moteur ou la génératrice électromagnétique est à flux axial et que l'élément commun est sous la forme d'une couronne de refroidissement fermant une couronne d'entrée de fluide contenant le circuit de refroidissement en son intérieur en présentant une tranche portant au moins une entrée et une sortie pour le fluide de refroidissement, la couronne de refroidissement formant une partie arrière du carter.L'effet technique est de combiner les moyens de refroidissement du moteur ou de la génératrice avec les moyens de refroidissement des moyens électroniques de commande et de puissance, ce qui représente une économie de moyens, une diminution de coût et un encombrement moindre pour l'ensemble moteur et moyens électroniques. Les moyens électroniques de commande et de puissance sont proches du moteur et bénéficie de son système de refroidissement par circuit d'un fluide caloporteur.

C'est cette couronne avec entrée et sortie pour le fluide de refroidissement qui forme la partie principale du circuit de refroidissement avec le circuit formant des serpentins avantageusement enroulés en spirale ou concentriques en son intérieur.

Avantageusement, un capot prolonge axialement le carter en entourant et protégeant les moyens électroniques de commande et de puissance du moteur, le carter et le capot formant un ensemble fermé regroupant en son intérieur lesdits au moins un rotor et un stator et les moyens électroniques de commande et de puissance. Le capot est adjacent au carter, solidarisé au carter et contient les moyens électroniques de commande et de puissance. L'ensemble moteur ou génératrice et moyens électroniques de commande et de puissance est ainsi plus compact tout en protégeant bien leurs éléments associés.

Avantageusement, le capot est fixé par des moyens de fixation amovible sur la couronne de refroidissement formant la partie arrière du carter.

Avantageusement, le capot recouvre au moins partiellement ou est adjacent à la couronne de refroidissement en position montée du capot sur le carter, le capot étant percé d'alésages périphériques régulièrement répartis autour d'une circonférence du capot pour le passage de moyens de solidarisation du capot avec une extrémité libre d'une branche d'une équerre respective, une extrémité libre de l'autre branche de chaque équerre présentant un moyen de solidarisation avec la couronne de refroidissement.Avantageusement, les moyens électroniques de commande et de puissance sont sous la forme d'une carte de circuit imprimé.

Avantageusement, la couronne de refroidissement du circuit de fluide de refroidissement présente une face en vis-à-vis desdits au moins un rotor et un stator du moteur et une face opposée en appui contre les moyens électroniques de commande et de puissance.

Avantageusement, la carte de circuit imprimé est sous la forme d'un disque en appui contre la face opposée de la plaque de refroidissement, la carte de circuit imprimé présentant une surface similaire ou inférieure de moins de 10% à la couronne de refroidissement. Comme les surfaces de la plaque de refroidissement et de la carte de circuit imprimé sont sensiblement équivalentes, le refroidissement de la carte de circuit imprimé par la plaque de refroidissement est optimal.

Avantageusement, une partie avant du carter présente une couronne avant, la couronne avant et la couronne d'entrée de fluide présentant un même diamètre et entourant entre elles une portion cylindrique de diamètre inférieur au diamètre des couronnes avant et d'entrée de fluide, les couronnes avant et d'entrée de fluide étant solidarisées entre elles en étant maintenues espacées par des tiges filetées s'étendant en longueur entre les couronnes avant et d'entrée de fluide et disposées régulièrement espacées à proximitéde la périphérie des couronnes avant et d'entrée de fluide, une portion de chaque extrémité longitudinale de chaque tige filetée traversant une couronne respective.

La couronne avant, la portion cylindrique, la couronne d'entrée de fluide et la couronne de refroidissement délimitent extérieurement le carter du moteur.

Avantageusement, la couronne avant intègre une portion d'un circuit auxiliaire de fluide de refroidissement. Ceci permet un refroidissement des deux côtés du moteur ou de la génératrice. Ce circuit auxiliaire peut être indépendant ou relié au circuit de refroidissement commun aux moyens électroniques et au moteur ou à la génératrice.

Avantageusement, la couronne avant présente un évidement médian pour le passage de l'axe d'entraînement du rotor. Avantageusement, le moteur ou la génératrice électromagnétique comprend au moins un rotor associé à deux stators.

D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et au regard des dessins annexés donnés à titre d'exemples non limitatifs et sur lesquels :

- la figure 1 est une représentation schématique d'une vue en perspective d'un carter de moteur comprenant un capot logeant les moyens électroniques de commande et de puissance pour une machine électromagnétique à flux axial selon une forme de réalisation de la présente invention, un circuit de refroidissement étant intégré dans le carter en étant commun pour les éléments mécaniques et électriques du moteur et les moyens électroniques de commande et de puissance,

- la figure 2 est une représentation schématique d'une vue en éclaté d'une machine électromagnétique à flux axial selon la forme de réalisation de la présente invention montrée à la figure 1 .

Les figures sont données à titre d'exemples et ne sont pas limitatives de l'invention. Elles constituent des représentations schématiques de principe destinées à faciliter la compréhension de l'invention et ne sont pas nécessairement à l'échelle des applications pratiques. En particulier les dimensions des différentes pièces ne sont pas représentatives de la réalité.

Pour simplification, ce qui est dénommé circuit de refroidissement qualifie le circuit de refroidissement proprement dit mais aussi son enrobage, par exemple, une couronne d'entrée de fluide en tant que portion principale du circuit de refroidissement ainsi qu'une plaque de refroidissement.

En se référant aux figures 1 et 2, la présente invention concerne un moteur M ou une génératrice électromagnétique à flux axial avec au moins un rotor et au moins un stator logé dans un carter 1 .

Le carter 1 présente en interne un circuit de fluide de refroidissement et enveloppe le moteur M en ne laissant dépasser qu'une portion d'extrémité d'un axe d'entraînement du rotor. Le moteur M ou la génératrice électromagnétique présente de plus des moyens électroniques de commande et de puissance 4. Selon l'invention, le circuit de refroidissement présente un élément commun 3 assurant le refroidissement, d'une part, desdits au moins un rotor et un stator et, d'autre part, des moyens électroniques de commande et de puissance 4.

Aux figures sont montrées une entrée 2a et une sortie 2b du fluide de refroidissement dans le carter 1 . Le circuit de refroidissement est interne au carter 1. L'élément commun 3 assurant le refroidissement desdits au moins un rotor et un stator et des moyens électroniques de commande et de puissance 4 peut être sous forme d'une plaque de refroidissement, avantageusement un disque de refroidissement.

Un capot 10 peut prolonger axialement le carter 1 en entourant et protégeant les moyens électroniques de commande et de puissance 4 du moteur M. Le carter 1 et le capot 10 forment alors un ensemble fermé regroupant en son intérieur lesdits au moins un rotor et un stator et les moyens électroniques de commande et de puissance 4 séparés par l'élément commun 3 de refroidissement.

Les moyens électroniques de commande et de puissance 4 peuvent être sous la forme d'une carte de circuit imprimé 4 en formant avantageusement un disque.

Comme précédemment mentionné, le circuit de fluide de refroidissement peut comprendre une plaque de refroidissement 3 formant l'élément commun de refroidissement. La plaque de refroidissement 3 peut présenter une face en vis-à-vis desdits au moins un rotor et un stator du moteur M et une face opposée en appui contre les moyens électroniques de commande et de puissance 4.

Le circuit de fluide de refroidissement peut comprendre une portion principale 2, avantageusement sous la forme d'une couronne dite d'entrée de fluide, logeant des serpentins, la couronne d'entrée de fluide 2 étant fermée par la plaque de refroidissement 3. La plaque de refroidissement 3 peut être solidarisée par des tiges filetées 5 avec la portion principale 2, avantageusement sous la forme d'une couronne d'entrée de fluide.

Des équerres 7 ou pièces en L avec deux branches perpendiculaires l'une à l'autre peuvent être solidarisées à une extrémité d'une branche au capot 10 et à l'autre extrémité à la plaque de refroidissement 3 sur la face tournée vers les moyens électroniques de commande et de puissance 4 à la périphérie de cette face de la plaque de refroidissement 3.

La solidarisation peut être effectuée par des vis de maintien ou boulons référencées 8 quand associées à la plaque de refroidissement 3 et référencées 6 quand associées au capot 10, auquel cas les boulons 6 peuvent être associés à des écrous 9 se trouvant à l'extérieur du capot 10.

Pour simplification, une référence 7 est attribuée à une seule équerre, un seul boulon associé à la plaque de refroidissement 3 est référencé 8, de même qu'un seul boulon et un seul écrou associés au capot 10 sont référencés respectivement 6 et 9, mais ce qui est énoncé pour un élément référencé vaut pour tous les éléments similaires représentés aux figures.

La carte de circuit imprimé 4 peut être sous la forme d'un disque en appui face contre face avec la face opposée de la plaque de refroidissement 3, donc la face de la plaque de refroidissement 3 tournée vers l'intérieur du capot 10. Sans que cela soit limitatif, la carte de circuit imprimé 4 peut présenter une surface similaire ou inférieure de moins de 10% à la plaque de refroidissement 3 afin que la surface de refroidissement soit importante.

La plaque de refroidissement 3 peut être sous la forme d'une couronne de refroidissement fermant une couronne d'entrée de fluide 2 en tant que portion principale du circuit de refroidissement. La couronne d'entrée de fluide 2 peut contenir le circuit de refroidissement proprement dit en son intérieur en présentant une tranche portant au moins une entrée 2a et une sortie 2b pour le fluide de refroidissement, qui est avantageusement un liquide, de préférence à base d'eau.

Comme précédemment mentionné pour la plaque de refroidissement 3, la couronne de refroidissement 3 peut former une partie arrière du carter 1 sur laquelle le capot 10 est fixé par des moyens de solidarisation amovible 6 à 9, sous la forme des équerres 7 avec des vis de maintien ou boulons référencés 8 quand associés à la couronne de refroidissement 3 et référencés 6 quand associés au capot 10 avec dans ce cas des écrous 9.

Le capot 10 peut recouvrir la couronne de refroidissement 3 en position montée du capot 10 sur le carter 1 . Le capot 10 peut être percé d'alésages périphériques régulièrement répartis autour d'une circonférence du capot 10 pour le passage de moyens de solidarisation 6 du capot 10 avec une extrémité libre d'une branche d'une équerre 7 respective. Une extrémité libre de l'autre branche de chaque équerre 7 peut présenter un moyen de solidarisation 8 avec la couronne de refroidissement 3, les moyens de solidarisation étant sous la forme de vis ou de boulons de maintien.

Une partie avant du carter 1 peut présenter une couronne avant 12.

Dans ce cas, la couronne avant 12 et la couronne d'entrée de fluide 2 peuvent présenter un même diamètre et entourer entre elles une portion cylindrique 1 1 de diamètre inférieur au diamètre des couronnes avant et d'entrée de fluide 2.

Les couronnes avant 12 et d'entrée de fluide 2 peuvent être solidarisées entre elles en étant maintenues espacées par des tiges filetées s'étendant en longueur entre les couronnes avant 12 et d'entrée de fluide 2 et disposées régulièrement espacées à proximité de la périphérie des couronnes avant 12 et d'entrée de fluide 2.

Une portion de chaque extrémité longitudinale de chaque tige filetée peut traverser une couronne avant 12 et d'entrée de fluide 2 respective, ces tiges filetées n'étant pas montrées aux figures.

La couronne avant 12 peut intégrer une portion d'un circuit auxiliaire de fluide de refroidissement. Ce circuit auxiliaire peut être ou non raccordé au circuit de fluide de refroidissement vers l'extrémité du carter 1 adjacente au capot 10 passant par la couronne d'entrée de fluide 2.

La couronne avant 12 peut présenter un évidement médian pour le passage de l'axe d'entraînement du rotor.

Dans une forme de réalisation préférentielle de l'invention mais non limitative, le moteur M ou la génératrice électromagnétique peut comprendre au moins un rotor associé à deux stators.

Le fluide de refroidissement du circuit de refroidissement interne au carter 1 peut être refroidi dans un radiateur disposé à distance du moteur M ou de la machine électromagnétique. Pour un véhicule automobile électrique ou hybride, ce radiateur peut être un radiateur haute température ou basse température présent à la façade avant du véhicule automobile.

Le radiateur peut servir à refroidir le fluide de refroidissement d'autres éléments de la propulsion électrique comme un échangeur de chaleur associé à une batterie de traction ou d'autres éléments électroniques extérieurs au moteur M comme un onduleur. Il peut aussi servir au refroidissement d'un fluide caloporteur traversant un moteur thermique quand celui-ci est présent.