AMÉLIORÉ

La présente invention porte sur une machine électrique tournante à refroidissement amélioré. 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 accouplées avec un élément hôte tel qu'une boîte de vitesses.

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 sur des paliers 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. 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.

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 module électrique de commande. Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile assurant la transmission de la puissance mécanique du moteur thermique vers les roues du véhicule, 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. Dans certaines configurations compactes, la machine est positionnée à l'intérieur du volume délimité par le carter de la boîte de vitesses de telle façon qu'un pignon porté par l'arbre de la machine coopère avec un pignon correspondant de la boîte de vitesses.

Le document WO2014/032876 décrit la réalisation d'un conduit de refroidissement formé entre le carter et le stator. Par ailleurs, le document DE102012022453 décrit une machine électrique munie de conduits de refroidissement et d'un canal correspondant d'alimentation d'un fluide. Toutefois, la réalisation de tels canaux est difficile, dans la mesure où elle nécessite la mise en œuvre de nombreuses opérations d'usinage. En outre, les performances thermiques de la machine restent limitées.

La présente invention vise à améliorer le refroidissement d'une telle machine tout en simplifiant sa conception.

A cette fin, l'invention propose une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile hybride, ladite machine électrique tournante étant destinée à baigner dans un liquide de refroidissement contenu dans un volume interne d'un élément hôte, tel qu'une boîte de vitesses d'un véhicule automobile hybride, ladite machine électrique tournante comportant:

- un carter comprenant un palier avant et un palier arrière,

- un rotor monté sur un arbre,

- un stator comportant un corps de stator et entourant ledit rotor avec présence d'un entrefer, ledit corps de stator présentant une face externe, caractérisée en ce que ledit corps de stator est maintenu serré entre ledit palier avant et ledit palier arrière, et en ce que ledit carter présente une ouverture s'étendant entre ledit palier avant et ledit palier arrière, de sorte à laisser une portion de ladite face externe dudit corps de stator en contact avec ledit liquide de refroidissement contenu dans ledit volume interne dudit élément hôte. L'invention permet ainsi, du fait du contact direct entre la face externe du stator et le liquide de refroidissement, d'améliorer les performances de refroidissement de la machine électrique et ce avec un rendement bien supérieur à celui des machines munies de canalisations assurant uniquement une circulation interne de liquide de refroidissement. En outre, la réalisation du carter est simplifiée, dans la mesure où il est aisé de prévoir l'ouverture entre les deux paliers sans opération d'usinage supplémentaire.

Selon une réalisation, la machine électrique est un alternateur ou un alterno- démarreur de véhicule automobile.

Selon une réalisation, il existe une zone de contact entre ledit corps de stator et chacun des paliers avant et arrière, chaque zone de contact s'étendant sur tout le pourtour circonférentiel dudit corps de stator.

Ceci permet de maintenir serré le corps de stator entre le palier avant et le palier arrière. Ceci permet en outre de rendre plus robuste la machine électrique. Selon une réalisation, ladite ouverture s'étend suivant toute une circonférence dudit corps de stator.

Selon une réalisation, ladite ouverture s'étend sur au moins 30% d'une longueur axiale dudit corps de stator, de préférence sur au moins 60%, par exemple sur au moins 80% de ladite longueur axiale. Selon une réalisation, le palier avant et le palier arrière sont métalliques, par exemple réalisés en aluminium.

Ceci permet un refroidissement efficace des parties actives de la machine électrique, notamment le stator qui est refroidi à la fois par le contact mécanique entre le palier et le stator et par le contact avec le liquide de refroidissement. Selon une réalisation, ledit corps de stator est maintenu serré entre lesdits paliers avant et arrière au moyen d'organes de fixation, notamment par des tirants.

Selon une réalisation, les organes de fixation s'étendent axialement en passant radialement à l'extérieur du corps de stator et à l'extérieur du corps de rotor.

Selon une réalisation, lesdits organes de fixation s'étendent axialement et sont fixés dans des oreilles issues d'une périphérie externe des paliers avant et arrière. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte au moins un moyen d'indexage en rotation d'au moins un desdits paliers par rapport audit corps de stator.

Selon une réalisation, ledit moyen d'indexage comporte une nervure s'étendant axialement sur la face externe dudit corps de stator et destinée à coopérer par au moins une de ses extrémités avec une rainure de forme correspondante ménagée dans un des paliers.

Selon une réalisation, ledit corps de stator comporte un empilement de feuilles de tôles, chaque feuille de tôle comportant une protubérance radiale, ladite nervure étant réalisée par l'alignement axial desdites protubérances. Selon une réalisation, au moins un des paliers comporte un support de roulement disposé sur une surface radiale externe dudit palier, ledit support de roulement étant destiné à recevoir un roulement d'un arbre de l'élément hôte.

Selon une réalisation, au moins un des paliers comporte une interface de fixation pour la fixation de ladite machine électrique tournante sur ledit élément hôte.

Selon une réalisation, ledit arbre comporte un alésage central et au moins deux orifices débouchant radialement disposés axialement de part et d'autre dudit rotor pour diffuser le liquide de refroidissement à l'intérieur de ladite machine électrique tournante. Le liquide circulant à l'intérieur de la machine pourra être différent de celui refroidissant le stator.

Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte deux flasques positionnés chacun contre une face d'extrémité axiale dudit rotor, chaque flasque étant muni d'au moins un organe de projection agencé pour projeter par centrifugation le liquide de refroidissement arrivant sur la face d'extrémité correspondante vers des chignons de bobinage.

Selon une réalisation, il existe une zone de contact entre ledit corps de stator et chacun des paliers avant et arrière, chaque zone de contact s'étendant sur un pourtour circonférentiel dudit corps de stator, de sorte que le liquide de refroidissement en contact avec ladite face externe dudit corps de stator ne puisse pas pénétrer à l'intérieur de ladite machine électrique tournante.

Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un unique roulement porté par un desdits paliers. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un bobinage à épingles. Ce type de bobinage est particulièrement adapté pour des machines électriques réversibles étant donné le couple nécessaire lorsque la machine électrique est en mode moteur.

Selon une réalisation, la machine comporte un rotor à aimants enterrés. La machine est ainsi dépourvue de balai, ce qui autorise son immersion dans le bain d'huile contenu dans l'élément hôte.

L'invention a également pour objet un ensemble caractérisé en ce qu'il comporte:

- un élément hôte comportant un carter délimitant un volume interne rempli d'un liquide de refroidissement, et

- une machine électrique tournante telle que précédemment définie positionnée à l'intérieur dudit volume interne.

Selon une réalisation, l'élément hôte est une boîte de vitesses de véhicule automobile ou un réducteur de véhicule automobile. 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 perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention;

La figure 2 est une vue en perspective de la machine électrique tournante de la figure 1 sans le carter;

La figure 3 est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 4 est une représentation schématique d'un assemblage de la machine électrique tournante de la figure 1 avec une boîte de vitesses;

La figure 5 est une vue de dessus d'un stator de la machine électrique tournante selon la présente invention;

Les figures 6a et 6b sont des vues en perspective suivant différents angles du palier avant de la machine électrique tournante selon l'invention;

La figure 7 est une vue en perspective du palier arrière de la machine électrique tournante selon l'invention;

Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. Dans la suite de la description, on entend par un élément "avant", un élément situé du côté du pignon porté par l'arbre de la machine et par élément "arrière" un élément situé du côté opposé.

Les figures 1 , 2, et 3 montrent une machine électrique tournante 10 comportant un stator 1 1 polyphasé entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 d'axe X. Le stator 1 1 entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer 15 entre la périphérie interne du stator 1 1 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 1 1 est monté dans un carter 14 muni d'un palier avant 17 et d'un palier arrière 18 dont la configuration est décrite plus en détails ci-après.

Cette machine électrique 10 est destinée à être accouplée à une boîte de vitesses 16 bien visible en figure 4 appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. La machine 10 est 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. La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 15kW et 50kW.

Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 2, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d'un paquet de tôles. Des aimants permanents 20 sont implantés dans des cavités 21 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. La machine 10 est ainsi dépourvue de balai, ce qui autorise son immersion dans le bain d'huile contenu dans la boîte de vitesses 16, comme cela est expliqué ci-après. Par ailleurs, le stator 1 1 comporte un corps 23 constitué par un paquet de tôles ainsi qu'un bobinage 24. Le corps 23 est formé par un empilement de feuilles de tôles 82 indépendantes les unes des autres et maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. La configuration d'un tel corps 23 est appelé "paquet de tôles rondes" par opposition à un corps 23 obtenu par l'usinage d'une feuille continue enroulée en forme d'hélice pour obtenir les différentes couches de tôles du paquet.

Comme cela est illustré par la figure 5, le corps 23 est délimité par une face cylindrique interne 25, une face cylindrique externe 26, ainsi que par deux faces d'extrémité axiale 27, 28 (cf. figure 2). Ce corps 23 est muni de dents 31 s'étendant depuis une périphérie interne d'une culasse annulaire 32 et délimitant deux à deux des encoches 33 pour le montage du bobinage 24 du stator 1 1 . Ainsi, deux encoches 33 successives sont séparées par une dent 31 .

Les encoches 33 débouchent axialement dans les faces d'extrémité 27, 28 et radialement dans la face cylindrique interne 25 du corps de stator 23. L'isolation entre les faces internes des encoches 33 et le bobinage 24 pourra par exemple être réalisée au moyen de papier isolant. Le bobinage 24 comporte un ensemble d'enroulements de phase traversant les encoches 33 et formant des chignons 36, 37 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps de stator 23 (cf. figure 2). Les enroulements de phase sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliés entre eux 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 module électrique de commande.

La machine électrique 10 est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement 41 montré sur la figure 3 permettant l'écoulement d'un liquide de refroidissement, en l'occurrence de l'huile, à l'intérieur de la machine 10. A cet effet, le circuit de refroidissement 41 comporte une pompe 42 acheminant l'huile dans un alésage axial central 43 réalisé dans l'arbre 13 et vers au moins deux orifices 44 débouchant radialement et disposés axialement de part et d'autre du rotor 12 pour diffuser le liquide de refroidissement à l'intérieur de la machine 10.

Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement vers les deux faces d'extrémité axiale du rotor 12. Le circuit de refroidissement 41 fonctionne en boucle fermée, de telle façon que l'huile est prélevée par la pompe 42 dans un réservoir 45 et est récupérée après circulation dans la machine 10 dans ce réservoir 45. Le réservoir 45 pourra correspondre au volume d'huile contenu dans la boîte de vitesses 16 comme cela est expliqué ci-après.

En outre, le rotor 12 comporte deux flasques 48 plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale du rotor 12. Ces flasques 48 assurent une retenue axiale des aimants 20 à l'intérieur des cavités 21 et servent également à équilibrer le rotor 12. Chaque flasque 48 pourra être muni avantageusement d'au moins un organe de projection 49, constitué par une pale, agencé pour projeter par centrifugation le liquide de refroidissement arrivant sur la face d'extrémité correspondante vers les chignons du bobinage 36, 37.

Comme on peut le voir sur la figure 2, la machine 10 est positionnée à l'intérieur du volume 52 délimité par un carter 53 de la boîte de vitesses 16 rempli par du liquide de refroidissement 54. En l'occurrence, le liquide de refroidissement 54 est constitué par de l'huile utilisée pour la lubrification des différents composants mécaniques de la boîte de vitesses 16 et pour réaliser le refroidissement de la machine électrique 10. Le volume 52 de liquide de refroidissement entoure au moins en partie la machine électrique 10. En l'occurrence, le liquide 54 contenu dans la boîte de vitesses 16 est utilisé pour refroidir intérieurement la machine 10 via le circuit de refroidissement 41 . Toutefois, en variante, un liquide différent de celui contenu dans la boîte de vitesses pourrait être utilisé pour le refroidissement interne de la machine 10. La machine électrique 10 est disposée dans le volume 52, de telle façon que le pignon 57 porté par l'arbre 13 coopère avec un pignon 58 correspondant de la boîte de vitesses 16. A cet effet, le palier avant 17 est muni d'une ouverture 60 pour autoriser le passage de l'arbre 13. Le palier arrière 18 porte un roulement 61 , tel qu'un roulement à billes ou à aiguilles pour le montage à rotation de l'arbre 13. En l'occurrence, le roulement 61 est monté dans un manchon annulaire 63 visible sur la figure 7 et est en appui contre un fond 64 issu d'une périphérie interne du manchon 63.

En outre, l'extrémité libre de l'arbre 13 dépassant du carter 14 de la machine électrique 10 est montée rotative via un roulement 62 porté par le carter 53 de la boîte de vitesses 16 (cf. figure 2). Ainsi, la machine 10 comporte un seul roulement 61 , ce qui facilite le montage de la machine 10 à l'intérieur de la boîte de vitesses 16 et limite les risques d'hyperstatisme de l'ensemble.

Par ailleurs, le corps de stator 19 est maintenu serré entre le palier avant 17 et le palier arrière 18 bien visibles en figure 1 . Le carter 14 présente une ouverture 65 s'étendant entre le palier avant 17 et le palier arrière 18, de sorte à laisser une portion de la face externe 26 du corps de stator 23 en contact avec le liquide de refroidissement 54 contenu dans le volume interne 52 du carter 53. De préférence, l'ouverture 65 s'étend suivant toute la circonférence du corps de stator 23 et sur une longueur L1 égale à au moins 30% de la longueur axiale L2 du corps de stator 23, de préférence au moins 60%, par exemple au moins 80% de la longueur L2. Autrement dit, la somme des longueurs axiales des paliers avant L3 et arrière L4 est inférieure à la longueur axiale totale L5 de la machine électrique 10. En l'occurrence, le corps de stator 23 est maintenu serré par des organes de fixation 67, notamment par des tirants. Ces tirants 67 s'étendent axialement et coopèrent avec des oreilles 68 issues de la périphérie externe des paliers avant 17 et arrière 18 montrés sur les figures 1 , 6a, 6b, et 7. Le palier avant 17 pourra comporter un support de roulement 71 disposé sur une surface radiale externe du palier avant 17. Ce support de roulement 71 , formé par une paroi annulaire s'étendant en saillie par rapport à la surface externe du palier avant 17, est destiné à recevoir un roulement (non représenté) d'un arbre de la boîte de vitesses 16. Afin d'assurer le montage dans l'élément hôte, le palier avant 17 comporte une interface de fixation 72 pour la fixation de la machine 10 sur la boîte de vitesses 16. A cet effet, l'interface de fixation 72 comporte une pluralité d'oreilles 75 en saillie issues de la périphérie externe du palier avant 17. Les oreilles 75 sont trouées pour autoriser le passage de vis de fixation (non représentées) destinées à coopérer avec des alésages taraudés réalisés dans des parois du carter 53 de la boîte de vitesses 16.

De préférence, on prévoit un moyen d'indexage 78 en rotation des paliers 17, 18 par rapport au corps de stator 23. Cela permet d'assurer un positionnement sous contrôle d'une cible magnétique par rapport à un capteur correspondant, par exemple du type à effet Hall. Le moyen d'indexage 78 est constitué en l'occurrence par une pluralité de nervures 79 s'étendant axialement sur la face externe 26 du corps de stator 23 et destinée à coopérer par leurs extrémités avec des rainures 80 de forme correspondante ménagées dans les paliers 17 et 18. A cet effet, comme on peut le voir sur la figure 2, chaque feuille de tôle 82 du corps de stator 23 comporte une pluralité de protubérances radiales 83. Chaque nervure 79 est réalisée par l'alignement axial des protubérances 83 correspondantes. En variante, l'indexage en rotation est assuré entre le corps de stator 23 et un seul des paliers 17 ou 18. En outre, il sera possible de prévoir une seule nervure 79 pour assurer l'indexage en rotation d'un des paliers 17, 18 ou des deux paliers 17, 18. Avantageusement, comme cela est visible sur la figure 3, il existe une zone de contact 86 entre le corps de stator 23 et chacun des paliers avant 17 et arrière 18, chaque zone de contact 86 s'étendant sur le pourtour circonférentiel du corps de stator 23, de sorte que le liquide de refroidissement 54 en contact avec la face externe 26 du corps de stator 23 ne puisse pas pénétrer à l'intérieur de la machine 10.

En variante, le support de roulement 71 est ménagé sur le palier arrière 18. Alternativement, le palier arrière 18 comporte au moins une interface de fixation 72 pour la fixation de la machine 10 sur l'élément hôte 16. En variante, le roulement unique 61 est porté par le palier avant 17. En variante, l'élément hôte n'est pas une boîte de vitesses mais un embrayage avec lequel est accouplée la machine électrique 10. En variante, la machine 10 est dépourvue de circuit de refroidissement interne 41 , le refroidissement étant assuré alors uniquement par la mise en contact du stator 23 avec le liquide de refroidissement contenu dans l'élément hôte.

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.