La présente invention porte sur une machine électrique tournante à refroidissement optimisé, ainsi que sur un rotor et une chaîne de traction de véhicule automobile correspondants. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur.

De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes.

Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre par exemple par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté, tel que des rivets traversant axialement le corps du rotor de part en part. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor, comme cela est décrit par exemple dans le document EP0803962. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.

Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un pont redresseur et onduleur de tension. Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule. La machine électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. Compte tenu de sa puissance importante comprise entre 10kW et 50kW, la machine électrique a tendance à s'échauffer en cours de fonctionnement. L'invention vise à optimiser le refroidissement de ce type de machine, en particulier au niveau du bobinage du stator dans lequel circule des courants de forte intensité.

A cet effet, l'invention propose une machine électrique tournante comportant:

- un stator muni d'un corps et d'un bobinage, ledit bobinage ayant des chignons s'étendant en saillie par rapport audit corps dudit stator,

- un rotor entouré par ledit stator,

- un circuit de refroidissement apte à acheminer un liquide de refroidissement vers au moins une face d'extrémité axiale dudit rotor,

caractérisée en ce que ledit rotor comporte, sur ladite face d'extrémité axiale sur laquelle arrive le liquide de refroidissement, au moins un organe de projection de liquide de refroidissement issu dudit circuit de refroidissement, ledit organe de projection étant agencé pour projeter, notamment par centrifugation, ledit liquide de refroidissement vers lesdits chignons dudit bobinage lorsque ledit rotor est en rotation. L'invention permet ainsi de s'assurer que les chignons du stator sont convenablement arrosés par le liquide de refroidissement arrivant sur la face d'extrémité du rotor. On améliore ainsi le refroidissement de la machine électrique, ce qui autorise à augmenter sa puissance et son couple massique. Selon une réalisation, le rotor comporte des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor et comportant chacune au moins un aimant permanent. Selon une réalisation, une extrémité des aimants permanents présente une forme trapézoïdale.

Selon une réalisation, ledit organe de projection est configuré pour présenter une répartition de masse compensant un balourd dudit rotor. Selon une réalisation, ledit organe de projection est agencé pour retenir axialement des aimants dudit rotor.

Selon une réalisation, ledit organe de projection comporte une plaque, notamment de forme annulaire, destinée à venir en contact contre ladite face d'extrémité axiale dudit rotor. Selon une réalisation, ledit organe de projection comporte des pales.

Selon une réalisation, lesdites pales sont raccordées à ladite plaque.

Selon une réalisation, ladite plaque et lesdites pales forment une seule et même pièce.

Selon une réalisation, lesdites pales sont réparties angulairement de manière régulière suivant une circonférence dudit organe de projection.

Selon une réalisation, au moins une pale, notamment chaque pale, présente une rampe d'attaque pour le liquide de refroidissement.

Selon une réalisation, les rampes d'attaque d'au moins deux pales présentent des hauteurs différentes de manière à projeter du liquide de refroidissement à des hauteurs différentes desdits chignons dudit bobinage. Cela permet d'homogénéiser le refroidissement du stator de la machine électrique et en outre de compenser le balourd dudit rotor.

Selon une réalisation, chaque rampe d'attaque comporte deux facettes planes inclinées l'une par rapport à l'autre en formant un angle aigu. Selon une réalisation, une intersection des deux facettes planes correspondant à une arête s'étend sensiblement suivant une direction radiale par rapport à un axe dudit organe de projection. Selon une réalisation, un sommet de certaines pales est sensiblement plan.

Selon une réalisation, au moins deux sommets présentent des hauteurs différentes du fait du retrait de matière pour compenser le balourd dudit rotor.

Selon une réalisation, ledit circuit de refroidissement est agencé pour permettre l'écoulement du liquide de refroidissement entre un carter de ladite machine et ledit stator, dans la direction d'un axe de rotation de ladite machine.

Selon une réalisation, le circuit de refroidissement est agencé pour permettre l'écoulement du liquide de refroidissement dans un alésage axial réalisé dans l'arbre du rotor et dans des conduits issus dudit alésage et débouchant vers les deux faces d'extrémité axiale du rotor.

Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement vers les deux faces d'extrémité axiale du rotor.

Selon une réalisation, le circuit de refroidissement est agencé pour permettre l'écoulement du liquide de refroidissement en vis à vis d'au moins une des deux faces d'extrémité axiale du rotor.

Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement en vis à vis d'au moins une des deux faces d'extrémité axiale du rotor.

Le circuit de refroidissement peut comporter une ouverture ménagée dans un carter de la machine, l'ouverture étant agencée pour que le liquide débouche en vis-à-vis de la face d'extrémité axiale du rotor.

L'ouverture peut être ménagée en vis-à-vis de la face d'extrémité axiale du rotor.

Selon une réalisation, chaque pale présente deux facettes latérales sensiblement planes qui sont inclinées l'une par rapport à l'autre.

Selon une réalisation, chaque pale présente un plan de symétrie passant par un axe dudit organe de projection de liquide de refroidissement.

Selon une réalisation, chaque pale présente une forme courbée. Selon une réalisation, chaque pale se situe à distance d'un pourtour externe de ladite plaque.

Selon une réalisation, chaque pale se situe à distance d'un pourtour interne de ladite plaque. Selon une réalisation, ladite plaque comporte, du côté de sa face opposée à celle portant lesdites pales, des creusures destinées à recevoir des têtes de rivets utilisés pour un assemblage dudit rotor.

Selon une réalisation, un ratio entre le nombre de pales et un diamètre externe dudit rotor exprimé en centimètres est compris entre 0.9 et 1 .4. Selon une réalisation, ledit organe de projection est rendu solidaire dudit rotor à l'aide de moyens de fixation.

Selon une réalisation, lesdits moyens de fixation sont constitués par des vis.

Selon une réalisation, ledit organe de projection est réalisé par moulage, notamment dans un matériau métallique amagnétique. Selon une réalisation, ladite machine électrique comporte deux organes de projection plaqués chacun contre une face d'extrémité dudit rotor, lesdits deux organes de projection comportant notamment un nombre identique de pales.

L'invention a également pour objet un ensemble pour chaîne de traction de véhicule automobile comportant une boîte de vitesses et une machine électrique tournante telle que précédemment définie accouplée avec ladite boîte de vitesses.

L'invention concerne en outre un rotor de machine électrique tournante, caractérisé en ce que ledit rotor comporte, sur au moins une face d'extrémité axiale, au moins un organe de projection de liquide de refroidissement issu d'un circuit de refroidissement, ledit organe de projection étant agencé pour projeter, notamment par centrifugation, ledit liquide de refroidissement lorsque ledit rotor est en rotation.

L'invention concerne enfin une machine électrique tournante comportant: - un stator muni d'un corps et d'un bobinage, ledit bobinage ayant des chignons s'étendant en saillie par rapport audit corps dudit stator,

- un rotor entouré par ledit stator et comportant des aimants permanents,

- un circuit de refroidissement apte à acheminer un liquide de refroidissement vers au moins une face d'extrémité axiale dudit rotor,

caractérisée en ce que ledit rotor comporte, sur ladite face d'extrémité axiale sur laquelle arrive le liquide de refroidissement, au moins un organe de projection de liquide de refroidissement issu dudit circuit de refroidissement, ledit organe de projection étant agencé pour projeter, notamment par centrifugation, ledit liquide de refroidissement vers lesdits chignons dudit bobinage lorsque ledit rotor est en rotation.

Tout ou partie des caractéristiques mentionnées précédemment s'applique encore à cet autre aspect de l'invention.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.

La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une machine électrique tournante selon la présente invention;

La figure 2 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention;

La figure 3 est une vue en perspective illustrant un premier mode de réalisation d'un organe de projection de liquide de refroidissement selon la présente invention;

La figure 4 est une vue en perspective illustrant un deuxième mode de réalisation d'un organe de projection de liquide de refroidissement selon la présente invention;

La figure 5 est une vue en coupe faisant apparaître la distribution de liquide de refroidissement obtenue avec l'utilisation de l'organe de projection de liquide de refroidissement de la figure 4; La figure 6 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention illustrant un troisième mode de réalisation de l'organe de projection de liquide de refroidissement.

Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.

La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 1 1 polyphasé entourant un rotor 12 d'axe X monté sur un arbre 13. Le stator

1 1 est porté par un carter 14 configuré pour porter à rotation l'arbre 13 via des roulements à billes. Le stator 1 1 de la machine 10 entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du stator 1 1 et la périphérie externe du rotor 12.

Cette machine électrique 10 pourra être accouplée à une boîte de vitesses 16 appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. La machine 10 est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique.

Plus précisément, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d'un paquet de tôles pour diminution des courants de Foucault. Des aimants permanents 20 sont implantés dans des ouvertures du corps 19. Les aimants 20 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. Alternativement, les pôles du rotor

12 pourront être formés par des bobines. Par ailleurs, le stator 1 1 comporte un corps 23 en forme de paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi-fermées, équipées d'isolant d'encoches pour le montage du bobinage 24 du stator 1 1 . Le bobinage 24 comporte un ensemble d'enroulements de phase traversant les encoches du corps 23 du stator 1 1 et formant des chignons 25 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps 23 du stator 1 1 . Les enroulements de phase sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle. Les sorties des enroulements de phase sont reliées à un pont redresseur et onduleur comportant des éléments redresseurs tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsqu'il s'agit d'une machine réversible. La machine électrique 10 est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement 28 agencé pour permettre notamment l'écoulement d'un liquide de refroidissement, en l'occurrence de l'huile, entre le carter 14 et le corps 23 du stator 1 1 , dans la direction de l'axe X. A cet effet, le circuit de refroidissement 28 comporte une pompe 29 permettant d'acheminer l'huile, dans une chambre de distribution 30 ménagée dans le carter 14, laquelle permet de faire circuler l'huile à l'intérieur de rainures 31 s'étendant axialement le long du stator 1 1 et répartis angulairement de manière régulière sur la circonférence du stator 1 1 .

L'huile circule également dans un alésage axial 32 réalisé dans l'arbre 13 du rotor 12 et dans des conduits 33 issus dudit alésage 32 ayant une orientation radiale et débouchant vers les deux faces d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement vers les deux faces d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Le circuit de refroidissement 28 fonctionne en boucle fermée, de telle façon que l'huile est prélevée par la pompe 29 dans un réservoir 39 et est récupérée après circulation dans la machine 10 dans ce réservoir 39. En variante, le liquide de refroidissement pourra prendre la forme d'une émulsion d'huile et d'eau, ou d'un mélange d'antigel et d'eau.

En outre, comme cela est bien visible sur les figures 2 et 3, le rotor 12 comporte deux organes de projection 41 de liquide de refroidissement plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Chaque organe de projection 41 est agencé pour projeter le liquide de refroidissement arrivant sur la face d'extrémité 36 correspondante vers les chignons 25 du bobinage 24 lorsque le rotor 12 est en rotation. Autrement dit, chaque organe de projection 41 permet de projeter l'huile sur les chignons 25 par centrifugation.

Avantageusement, chaque organe de projection 41 est configuré pour présenter une répartition de masse compensant un balourd du rotor 12. Chaque organe de projection 41 est également agencé pour retenir axialement les aimants 20 insérés dans les ouvertures du rotor 12.

A cet effet, chaque organe de projection 41 d'axe Y comporte une plaque 42, ici de forme annulaire d'orientation radiale, qui est destinée à venir en contact contre une face d'extrémité 36 du rotor 12. Chaque organe de projection 41 comporte également des pales 43 raccordées à la plaque 42. La plaque 42 et les pales 43 forment en l'occurrence une seule et même pièce. Cette pièce, qui pourra être obtenue par moulage, est réalisée de préférence dans un matériau métallique amagnétique, tel que de l'aluminium, En variante, la plaque 42 pourra toutefois présenter une autre forme telle qu'une forme rectangulaire ou carrée, tandis que les pales 43 pourront être rapportées et fixées sur la plaque 42 par soudage, vissage, ou toute autre technique adaptée.

Les pales 43 sont réparties angulairement de manière régulière suivant une circonférence de l'organe de projection 41 . Deux pales 43 adjacentes sont séparées entre elles par un espace 53. En l'occurrence, chaque pale 43 se situe à distance d'un pourtour externe de la plaque 42 et d'un pourtour interne de la plaque 42. Chaque pale 43 présente un plan de symétrie P1 passant par l'axe Y de l'organe de projection 41 de liquide de refroidissement.

Plus précisément, chaque pale 43 comporte une rampe d'attaque 44 pour le liquide de refroidissement s'étendant depuis la face supérieure de la plaque 42 vers un sommet 45 sensiblement plan. Chaque rampe d'attaque 44 comporte deux facettes planes 46 inclinées l'une par rapport à l'autre en formant un angle aigu. Une intersection des deux facettes 46 correspondant à une arête s'étend sensiblement suivant une direction D1 radiale par rapport à un axe Y de l'organe de projection 41 . Il est à noter qu'au moins deux sommets 45 présentent des hauteurs différentes mesurées suivant l'axe Y. Cela est dû au retrait de matière réalisé pour compenser le balourd du rotor 12.

En outre, chaque pale 43 présente également deux facettes latérales 49 sensiblement planes qui sont inclinées l'une par rapport à l'autre. Les deux facettes latérales 49 sont en outre inclinées par rapport au plan P2 dans lequel s'étend la plaque 42.

Chaque organe de projection 41 de liquide de refroidissement est rendu solidaire du rotor 12 à l'aide de moyens de fixation 51 . Ces moyens de fixation 51 sont constitués en l'occurrence par des vis destinées à traverser des ouvertures 52 de la plaque 42 réalisées dans des espaces 53 s'étendant entre deux pales 43 adjacentes, de manière à s'engager dans des trous taraudés réalisés dans le corps 19 du rotor 12.

Dans le mode de réalisation de la figure 4, l'organe de projection 41 comporte en outre au moins une surépaisseur 56 munie d'une rampe 57 ayant une hauteur inférieure à la hauteur des rampes d'attaque 44 des pales 43. Ces surépaisseurs 56 sont positionnées dans un espace 53 entre deux pales 43 adjacentes. Dans un exemple de réalisation, on prévoit, dans les espaces 53 entre deux pales 43, une alternance entre les ouvertures 52 et les surépaisseurs 56 munies de leur rampe 57.

Comme cela est visible sur la figure 5, une telle configuration permet d'homogénéiser le refroidissement du stator 1 1 de la machine électrique 10. En effet, en passant par les espaces 53 entre deux pales 43 adjacentes dépourvus de surépaisseur, le liquide de refroidissement pourra atteindre la base des chignons 25 (cf. flèche F1 ). En passant par les rampes 57 ménagées dans les surépaisseurs 56, le liquide de refroidissement pourra atteindre la partie intermédiaire des chignons 25 (cf. flèche F2). En passant par les rampes d'attaque 44 des pales 43, le liquide de refroidissement pourra atteindre la partie externe des chignons 25 (cf. flèche F3). Les deux organes de projection 41 comportent de préférence un nombre identique de pales 43. Les dimensions des deux organes de projection 41 sont sensiblement identiques. Toutefois, le diamètre interne de la plaque 42 pourra légèrement varier d'un organe de projection 41 à l'autre afin de pouvoir s'adapter à des variations locales du diamètre externe de l'arbre 13 du rotor 12.

Dans un exemple de réalisation, le nombre de pales 43 est compris entre 10 et 16 pour un diamètre extérieur rotor 12 compris entre 10.5 cm et 12 cm. On retient ainsi de préférence un ratio entre le nombre de pales 43 et un diamètre externe du rotor 12 (exprimé en centimètres) compris entre 0.9 et 1 .4.

Dans tous les cas, la plaque 42 de l'organe de projection 41 pourra comporter, du côté de sa face opposée à celle portant les pales 43, des creusures 70 (cf. figure 5) destinées à recevoir des têtes de rivets utilisés pour l'assemblage du paquet de tôles du rotor 12.

En variante, comme cela est illustré sur la figure 6, chaque pale 43 présente une hauteur sensiblement constante et des faces latérales 49' de forme courbe. Chaque pale 43 présente alors une section transversale dont la surface est croissante plus l'on s'éloigne radialement de l'axe de rotation. Les organes de projection 41 comportent chacun des plots 59 positionnés entre deux pales 43 adjacentes dont la matière pourra être retirée pour équilibrer le rotor 12. On remarque que dans ce mode de réalisation, le bobinage 24 des phases dit "concentrique" est constitué par des bobines 60 fermées sur elles- mêmes qui sont enroulées autour des dents du stator 1 1 par l'intermédiaire d'un isolant de bobine. Ces bobines 60 sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'un interconnecteur 61 .

En variante, on utilise un seul organe de projection 41 de liquide de refroidissement plaqué sur une seule des faces d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Dans ce cas, les conduits 33 du circuit de refroidissement 28 débouchent uniquement sur la face d'extrémité 36 du rotor 12 portant cet organe de projection 41 .

Alternativement, l'organe de projection 41 de liquide de refroidissement est formé par une pluralité de segments angulaires munis chacun d'au moins une pale 43 et positionnés côté à côté sur la circonférence de la face d'extrémité 36 correspondante du rotor 12. En variante, les rampes d'attaque 44 d'au moins deux pales 43 présentent des hauteurs différentes.

Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents.