Titre de l'invention : Carter pour machine électrique

tournante comprenant un palier plastique

[0001 ] L’invention concerne notamment une machine électrique tournante

comportant un carter comprenant au moins un palier en plastique.

[0002] L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le

domaine des machines électriques tournantes telles que les alternateurs, les alterno-démarreurs ou encore les machines réversibles ou les moteurs

électriques. On rappelle qu’une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d’une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d’autre part, comme moteur électrique par exemple pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile.

[0003] Une machine électrique tournante comprend un rotor mobile en rotation

autour d’un axe et un stator fixe entourant le rotor. En mode alternateur, lorsque le rotor est en rotation, il induit un champ magnétique au stator qui le transforme en courant électrique afin d’alimenter les consommateurs électriques du véhicule et de recharger la batterie. En mode moteur, le stator est alimenté électriquement et induit un champ magnétique entraînant le rotor en rotation. La machine électrique tournante comporte également un ensemble électronique comprenant plusieurs modules de puissance permettant de redresser le courant fourni par le stator. Ce module électronique est monté sur le carter de la machine et notamment sur un des paliers formant le carter. En outre, le carter permet de maintenir et de protéger l’ensemble formé par le stator et le rotor.

[0004] Lors du fonctionnement de la machine électrique tournante, quel que soit son mode de fonctionnement, certaines parties chauffent et peuvent être

endommagées si elles ne sont pas refroidies. Il s’agit notamment du stator, ainsi que de l’ensemble électronique.

[0005] Un circuit de refroidissement dans lequel circule avantageusement un fluide de refroidissement devra notamment être prévu au niveau des paliers du carter pour refroidir la machine. Un tel circuit de refroidissement comprend

avantageusement au moins une chambre de refroidissement, par exemple formée par deux parois s’étendant axialement autour de l’axe de la machine et appartenant chacune à un palier différent, et entre lesquelles est disposé au moins un joint assurant l’étanchéité de la chambre comme décrit dans le document FR3057414.

[0006] De telles machines électriques sont lourdes, notamment du fait du carter métallique, donc la masse globale du véhicule va augmenter. Cette augmentation de masse va donc engendrer une augmentation de la consommation de carburant d’où une augmentation de la pollution.

[0007] Suivant l’invention, le carter pour machine électrique tournante comprend un premier palier et un deuxième palier, au moins le premier palier étant en plastique, ledit premier palier comprenant une paroi transversale et une jupe s’étendant depuis la paroi transversale entre une extrémité liée à la paroi transversale et une extrémité libre, le carter comprenant également une première chambre de refroidissement, la dite première chambre de refroidissement étant logée au moins en partie dans la jupe du premier palier.

[0008] Grâce à l’invention, le palier obtenu est plus léger et moins coûteux, la

fabrication en étant simplifiée. Par ailleurs la chambre de refroidissement étant en plastique, c’est-à-dire non poreuse, on limite les problèmes de fuite. On évite également les problèmes de corrosion, et de souillage du fluide de

refroidissement.

[0009] Selon d’autres caractéristiques prises isolément ou en combinaison :

[0010] la jupe du premier palier comprend une double paroi, la première chambre de refroidissement étant logée dans la double paroi de la jupe ;

[0011 ] le carter comprend au moins un joint disposé entre les paliers pour fermer de façon étanche la première chambre de refroidissement ;

[0012] le premier palier comprend au moins un élément de renfort radial, surmoulé dans la jupe du palier;

[0013] la jupe du premier palier comprend une ouverture munie d’un manchon

adapté pour permettre le transfert de fluide entre la première chambre de refroidissement et l’extérieur à la première chambre; [0014] au moins une portion du plastique formant la jupe du premier palier est chargée en charges adaptées pour augmenter la conductivité thermique de ladite portion de plastique ;

[0015] la double paroi de la jupe du premier palier comprend une paroi intérieure et une paroi extérieure, la paroi transversale du deuxième palier étant en appui sur l’extrémité axiale libre de la jupe du premier palier, la première chambre de refroidissement étant délimitée par les parois intérieure et extérieure de la jupe du premier palier et par la paroi transversale du deuxième palier ;

[0016] le deuxième palier comprend également une jupe s’étendant depuis une paroi transversale entre une extrémité liée à la paroi transversale et une extrémité libre, la jupe du deuxième palier comprenant également une double paroi, ladite double paroi comprenant une paroi intérieure et une paroi extérieure, la première chambre de refroidissement étant délimitée par les deux parois intérieures jointes le long de leurs extrémités libres respectives et par les deux parois extérieures jointes le long de leurs extrémités libres respectives ;

[0017] le carter comprend une deuxième chambre de refroidissement, ladite

deuxième chambre étant creusée dans la paroi transversale du deuxième palier.

[0018] L’invention concerne également une machine électrique tournante d’axe X comprenant un rotor mobile en rotation autour de l’axe X, un stator fixe entourant le rotor comportant un corps, et un tel carter.

[0019] On comprend par le terme double paroi qu’il s’agit d’une première paroi

annulaire et d’une deuxième paroi annulaire reliées par au moins une de leurs extrémités axiales respectives.

[0020] 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.

[0021 ] La [Figure 1 ] est une vue en coupe longitudinale d’une machine électrique tournante comprenant un carter avec une première chambre de refroidissement selon un premier mode de réalisation de la présente invention ;

[0022] La [Figure 2] est une partie de la vue en coupe longitudinale de la machine dans le premier mode de réalisation ; [0023] La [Figure 3] est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique tournante comprenant un carter avec une première chambre de refroidissement selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ;

[0024] La [Figure 4] est une vue en perspective de la machine électrique tournante illustrant une deuxième chambre de refroidissement du carter;

[0025] Les éléments identiques, similaires ou analogues conservent les mêmes

références d’une figure à l’autre. On notera également que les différentes figures ne sont pas nécessairement à la même échelle.

[0026] Les modes de réalisation qui sont décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs ; on pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique antérieur. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s’oppose à cette combinaison sur le plan technique. Dans un tel cas, mention serait faite dans la présente description.

[0027] Dans la suite de la description, les dénominations axiales, radiales,

extérieures et intérieures se réfèrent à l’axe X traversant en son centre l’arbre 13. La direction axiale correspond à l'axe X alors que les orientations radiales correspondent à des plans concourants, et notamment perpendiculaires, à l'axe X. Pour les directions radiales, les dénominations extérieure ou intérieure s'apprécient par rapport au même axe X, la dénomination intérieure

correspondant à un élément orienté vers l’axe, ou plus proche de l’axe par rapport à un second élément, la dénomination extérieure désignant un

éloignement de l’axe. Par ailleurs, les dénominations supérieures et inférieures ainsi que dessus/dessous ou encore avant/arrière se réfèrent à la poulie. Ainsi une face supérieure ou de dessus ou avant étant une face orientée en direction de la poulie alors qu’une face inférieure ou de dessous ou arrière étant une face orientée en direction opposée de la poulie.

[0028] La figure 1 représente une machine électrique tournante 10 compacte et

polyphasée, notamment pour véhicule automobile. Cette machine électrique tournante 10 transforme de l’énergie mécanique en énergie électrique, en mode alternateur, et peut fonctionner en mode moteur pour transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine électrique tournante 10 est, par exemple, un alternateur, un alterno-démarreur, une machine réversible ou un moteur électrique.

[0029] La machine électrique tournante 10 comporte un carter 1 1. A l'intérieur de ce carter 1 1 , elle comporte, en outre, un arbre 13 monté en rotation par rapport au carter autour de l’axe X, un rotor 12 solidaire en rotation de l’arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le mouvement de rotation du rotor 12 se fait donc autour d’un axe X.

[0030] Une extrémité cannelée de l’arbre 13 permet d'assurer la liaison mécanique de la machine électrique avec un élément extérieur pour transmettre le

mouvement de rotation à l’arbre 13 ou à l’arbre 13 de transmettre son

mouvement de rotation.

[0031 ] Le rotor 12 comporte un corps sous la forme d’un paquet de tôles. Des

aimants permanents sont implantés dans des cavités du corps. Le stator 15 comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches, équipées d’isolant d’encoches pour le montage d’un bobinage électrique connecté. Le bobinage est relié électriquement à un module électronique de commande 24.

[0032] Le carter 1 1 comporte assemblés un premier palier qui sera dans la suite de la description le palier avant 16, et un deuxième palier, qui sera dans la suite de la description le palier arrière 17. L’un au moins des deux paliers est en matière plastique.

[0033] Les paliers 16, 17 sont de forme creuse et sont obtenus par exemple par moulage. Le palier pourra notamment être en thermo-plastique. En variante le palier pourra être en thermo-dur.

[0034] Un circuit de refroidissement est prévu pour refroidir la machine. Le circuit de refroidissement, permettant l'écoulement d'un fluide de refroidissement à l'intérieur de la machine 10. En l'occurrence, le fluide de refroidissement est un fluide à base d’eau contenant le cas échéant de l'antigel. En variante, le fluide de refroidissement pourra être à base d'huile. [0035] Le circuit de refroidissement comprend avantageusement une première chambre de refroidissement 49, délimitée par les paliers avant et arrière, qui permet de faire circuler le fluide autour de l’ensemble du stator 15 et du rotor 12 pour refroidir la machine.

[0036] Dans un premier mode de réalisation illustré à la figure 1 , le palier avant 16 comporte une paroi transversale 45 munie en son centre du logement de réception du roulement arrière 18 et délimitant une ouverture pour le passage de l'arbre 13. Le palier avant 16 comporte, en outre, une jupe 47 s’étendant en saillie à partir d’une périphérie externe de la paroi transversale 45. La jupe présente une forme annulaire d'orientation axiale en s’étendant vers le palier arrière 17. Le palier arrière 17 comporte également une paroi transversale 48 munie en son centre du logement de réception du roulement arrière 19. Les paliers avant et arrière sont solidarisés l’une à l’autre de sorte à former le carter contenant la machine.

[0037] Le palier arrière 17 présente par exemple uniquement une paroi transversale 48 sans extension sous forme d’une jupe. La jupe du palier avant 47 couvre le stator 15 sur toute sa hauteur et le palier arrière 17 est un couvercle sans jupe, les paliers avant et arrière ne présentent pas de surface de recouvrement autour de l’axe X.

[0038] La jupe du palier avant 47 comprend une double paroi, c’est à dire que la jupe du palier avant est formée de deux parois annulaires radialement concentriques autour de l’axe X, une paroi radialement intérieure 47a et une paroi radialement extérieure 47b, comme illustré à la figure 2. La paroi radialement intérieure 47a est positionnée en regard du bobinage et la paroi radialement extérieure 47b est positionnée en regard de l’extérieur. Chaque paroi 47a, 47b s’étend le long de l’axe X sous forme annulaire entre une extrémité reliée à la paroi transversale du palier 45 et une extrémité opposée libre. Les deux parois 47a, 47b de la double paroi sont donc reliées entre elles au niveau de la paroi transversale du palier 45. Les extrémités libres des parois intérieure et extérieure sont les extrémités non reliées entre elles et non reliées à la paroi transversale.

[0039] Dans une vue en coupe axiale, la jupe du palier avant 47 a donc une forme en U, une des branches du U étant plus proche de la machine et une des branches du U étant plus éloignée de la machine. Une telle forme de palier est notamment aisément obtenue par moulage.

[0040] La première chambre de refroidissement 49 est alors logée dans la jupe 47 du palier avant, entre les deux parois de la jupe du palier avant 47a, 47b. La paroi transversale 48 du palier arrière 17 est en appui au niveau d’une zone périphérique sur l’extrémité libre de la jupe du palier avant 16, opposée à la paroi transversale du palier avant 45. Le fluide de refroidissement circule entre les deux parois 47a, 47b de la jupe du palier. Plus précisément, la chambre de refroidissement 49 est délimitée par les parois intérieure et extérieure, et par la portion de zone périphérique de la paroi transversale du palier arrière 48.

[0041 ] Comme illustré à la figure 2, chaque extrémité libre de chaque paroi du palier avant 47a, 47b présente avantageusement une gorge 470a, 470b

respectivement, adaptée pour y loger un joint torique 51. Dans la zone

périphérique de la paroi transversale du palier arrière 48, ladite paroi transversale 48 vient en particulier en appui sur les joints toriques disposés dans les gorges précédemment mentionnées étanchéifiant la chambre de refroidissement. Plus précisément, la première chambre de refroidissement 49 comprend deux joints toriques 51 , disposés respectivement dans chacune des deux gorges présentent au niveau des extrémités libres des parois intérieure 47a et extérieure 47b. La première chambre de refroidissement 49 ainsi formée s’étend de manière à entourer le stator 15, sur environ 360 degrés, présentant donc une forme annulaire.

[0042] La fixation des paliers 16, 17 entre eux pour former la première chambre 49 pourra être réalisée au moyen d'organes de fixation, tels que des vis, traversant des oreilles trouées dépassant radialement de la jupe du palier et destinées à coopérer avec des trous taraudés correspondants ménagés dans des oreilles dépassant radialement du couvercle.

[0043] De manière analogue on pourra notamment envisager que le palier arrière comprend une double paroi et porte la première chambre de refroidissement et que le palier avant se présente sous la forme d’un couvercle (non illustré).

[0044] En variante de ce premier mode de réalisation, le palier arrière 17 comporte une jupe 50 s’étendant en saillie à partir d’une périphérie externe de la paroi transversale 48. La jupe du premier palier 47 a une hauteur selon l’axe X supérieure ou égale à la hauteur du corps du stator selon l’axe X, et la jupe du deuxième palier 50 a une hauteur selon l’axe X très inférieure à la hauteur selon l’axe X de la jupe du premier palier 47, typiquement au cinquième de la hauteur de la jupe du premier palier 47.

[0045] Dans un deuxième mode de réalisation illustré à la figure 3, les paliers avant 16 et arrière 17 comportent respectivement une paroi transversale 45, 48 et une jupe 47, 50 s’étendant en saillie à partir d’une périphérie externe de la paroi transversale 45, 48. Chaque jupe 47, 50 présente une forme annulaire

d'orientation axiale. Les jupes 47, 50 sont dirigées axialement l'une vers l'autre et sont solidarisées l’une à l’autre de sorte à former le carter contenant la machine.

[0046] Les jupes des paliers avant 47 et arrière 50 comprennent chacune une double paroi, telle que décrite dans le premier mode de réalisation. La jupe du palier arrière 50 comprend donc également deux parois radialement concentriques autour de l’axe X, intérieure et extérieure 50a, 50b. Les parois intérieure et extérieure de la double paroi 50a, 50b sont reliées entre elles au niveau de la paroi transversale 48. Les extrémités libres des parois intérieure 50a et extérieure 50b sont les extrémités non reliées entre elles et non reliées à la paroi transversale 48.

[0047] Les jupes des paliers avant et arrière 47 et 50 sont assemblées au niveau de leurs extrémités libres, sans recouvrement entre les jupes. En particulier, avantageusement, les deux parois intérieures 47a, 50a sont assemblées le long de leurs extrémités libres respectives de même que les deux parois extérieures 47b, 50b sont assemblées le long de leurs extrémités libres respectives. Le fluide de refroidissement circule dans le volume annulaire fermé ainsi délimité par lesdites quatre parois formant la première chambre de refroidissement, entourant le stator sur 360°. Des joint sont notamment prévus au niveau de la jonction entre les doubles parois 47a, 50a de même qu’entre les parois 47b, 50b de sorte à assurer l’étanchéité de la chambre.

[0048] Comme illustré à la figure 3, chaque extrémité libre de chaque paroi du palier avant 47a, 47b et chaque extrémité libre de chaque paroi du palier arrière 50a, 50b présente avantageusement une gorge 470a, 470b, 500a, 500b, respectivement, adaptée pour y loger un joint torique de sorte à étanchéifier la jonction entre les paroi 47a, 50a et entre les parois 47b, 50b.

[0049] En variante le circuit de refroidissement comprend une deuxième chambre 52 permettant de faire circuler le fluide au niveau du module électronique de commande 24.

[0050] Le module électrique de commande 24 comporte avantageusement un

dissipateur thermique 240 assurant son refroidissement sur lequel sont fixés notamment des modules de puissance permettant d'assurer une commande de la machine électrique tournante 10 en mode moteur ou en mode alternateur. Le module électrique de commande 24 est monté plaqué, via le dissipateur thermique 240, contre la face arrière de la paroi transversale 45 du palier arrière 17.

[0051 ] La deuxième chambre permet de faire circuler le fluide au niveau du module électronique de commande 24 et du dissipateur 240 afin d’évacuer les calories générées par le module électrique de commande 24.

[0052] Dans un premier mode de réalisation, illustrée à la figure 4, la deuxième

chambre 52 est creusée dans la paroi transversale 48 du palier arrière. La deuxième chambre 52 est donc délimitée par la paroi transversale du palier arrière 17, et une face d'extrémité axiale du dissipateur thermique (non visible à la figure 4), en l'occurrence la face avant. La chambre est également délimitée par un joint 520 monté serré entre le palier arrière 17 et le dissipateur thermique. Ce joint forme ainsi une paroi latérale de la chambre.

[0053] A cet effet, comme cela est illustré par la figure 4, le joint qui présente un

contour fermé définissant celui de la chambre pourra être de type torique. Le joint délimite un volume fermé en forme de C allongé et dont les extrémités sont très proches, de telle façon que la chambre s'étend circonférentiellement sur plus de 300 degrés et quasiment sur 360 degrés pour assurer le refroidissement de toute la surface du dissipateur thermique 240.

[0054] Comme on peut le voir sur la figure 4, une gorge recevant le joint est

ménagée dans la paroi transversale 48. Le joint pourra être maintenu dans la gorge lors des opérations de montage pour faciliter la réalisation de la machine électrique. [0055] Dans ce premier mode de réalisation, le dissipateur thermique 240 pourra être creusé dans la surface délimitée par le joint pour augmenter le volume de chambre. Autrement dit, le volume creusé dans l'élément est délimité par la gorge de réception du joint. L'utilisation du joint permet de n'avoir à creuser qu'une seule pièce, ce qui facilite la réalisation de la chambre. En variante, seul le palier arrière 17 est creusé.

[0056] De préférence, la deuxième chambre de refroidissement 52 est agencée pour permettre le refroidissement de condensateurs et/ou des modules de puissance du module électrique de commande. A cette fin, la deuxième chambre de refroidissement 52 passe en dessous de ces éléments. Autrement dit, il existe une superposition au moins partielle en projection axiale suivant l'axe X entre la surface projetée de ces composants et la surface projetée de la deuxième chambre de refroidissement 52.

[0057] Le dissipateur 240 pourra avantageusement comprendre des ailettes au

niveau de la face d’extrémité axiale avant du dissipateur en regard du palier arrière. De telles ailettes (non visibles en figure 4) permettent notamment un refroidissement amélioré du module électronique de commande 24, en

augmentant la surface d’échange. En particulier dans le cas où la deuxième chambre de refroidissement 52 est creusée dans la paroi transversale du palier 48, les ailettes baignent avantageusement dans le fluide de refroidissement de sorte à optimiser le refroidissement.

[0058] Dans un deuxième mode de réalisation non illustré, la deuxième chambre 52 est intégrée dans le dissipateur thermique 240, c’est-à-dire que la deuxième chambre 52 pourra être réalisée lors du moulage ou de l'usinage dudit

dissipateur 240 pour définir un volume creux à l'intérieur de celui-ci. La deuxième chambre 52 est ainsi délimitée par des faces internes du dissipateur 240.

[0059] Les deux chambres 49, 52 sont reliées entre elles par un canal intermédiaire (non illustré) permettant la circulation du fluide de refroidissement entre les deux chambres. Ce canal intermédiaire est matérialisé par un conduit de fluide reliant une ouverture dans la paroi de la deuxième chambre et une ouverture dans la paroi de la première chambre. [0060] Le fluide circule avantageusement d’abord dans la deuxième chambre 52 pour refroidir l’électronique puis autour du stator. Ainsi la deuxième chambre 52 comprend une entrée reliée à l’entrée du circuit de refroidissement et une sortie reliée au canal intermédiaire. La première chambre 49 comprend une entrée reliée au canal intermédiaire puis une sortie reliée à la sortie du circuit de refroidissement. Le fluide qui entre dans la deuxième chambre 52 via l’entrée de la deuxième chambre circule dans ladite chambre avant d’être transféré dans la première chambre 49 puis évacué via la sortie de la première chambre.

[0061 ] Plus précisément, comme illustré à la figure 2, une ouverture dans la paroi extérieure 47b de la jupe du premier palier 47 à laquelle est reliée un manchon 472 par exemple en inox par exemple moulé, forme une entrée reliée au canal intermédiaire. En variante le manchon sera emmanché ou collé. Un tube souple pourra notamment être maintenu par un collier en plastique ou en métal au niveau du manchon pour permettre l’entrée ou la sortie de fluide.

[0062] Une valve autorégulée pourra notamment être prévue au niveau du manchon d’entrée du liquide de refroidissement de la deuxième chambre vers la première chambre, pour adapter la pression de fluide de refroidissement arrivant dans la première chambre en fonction de la température du fluide ayant déjà refroidi l’électronique. Pour optimiser les échanges thermiques entre le stator et le fluide de refroidissement, la paroi intérieure de la jupe 47a, 50a à proximité du stator sera avantageusement chargée, au moins localement, par des charges augmentant la conductivité thermique du plastique. Une portion de la paroi intérieure de la jupe 47a séparant le liquide contenu dans la chambre 49 et le stator 15 sera par exemple chargée. En variante, un insert par exemple métallique est moulé dans ladite paroi intérieure de la jupe du palier 47a, 50a pour améliorer les échanges thermiques. Plus précisément, l’insert forme une portion de la paroi en regard du paquet stator, ledit insert étant moulé au niveau de son contour dans le palier plastique. La paroi intérieure de la jupe 47a, 50a comprend donc une portion métallique et une portion plastique.

[0063] Par ailleurs un élément de renfort radial 473, par exemple métallique, est avantageusement surmoulé dans la jupe du palier avant 47, de sorte à éviter les problèmes de dilatation thermique du palier avant par exemple. L’élément de renfort radial évite la déformation de la jupe du palier sous contraintes radiales.