Titre de l'invention : Carter pour machine électrique, machine électrique, circuit de refroidissement, véhicule et procédé de refroidissement associés

[0001] La présente invention concerne le refroidissement de machines électriques.

[0002] La présente invention concerne plus particulièrement un carter pour machine électrique, une machine électrique équipée d’un tel carter, un circuit de refroidissement et un procédé de refroidissement d’une telle machine, et un véhicule automobile électrique équipé d’une telle machine électrique.

[0003] Généralement un véhicule automobile électrique comprend un moteur électrique et un circuit de refroidissement du moteur dans lequel circule un fluide de refroidissement.

[0004] Le circuit comprend un réservoir de stockage du fluide de refroidissement ou bâche, par exemple de l’huile, et une pompe pour faire circuler le fluide dans le circuit.

[0005] Le réservoir est généralement disposé au fond du carter de sorte que l’huile est stockée sous le moteur électrique.

[0006] L’huile est généralement visqueuse à basse température (-20 °C).

[0007] La pompe est généralement rapportée sur le carter au-dessus du réservoir et comprend une conduite reliée à une crépine d’aspiration.

[0008] La pompe est dimensionnée pour aspirer l’huile visqueuse depuis le fond du carter et refouler l’huile au-dessus du moteur.

[0009] Afin d’aspirer et refouler l’huile visqueuse, la pompe développe une puissance d’aspiration importante entraînant une consommation d’énergie importante pour son alimentation.

[0010] En outre, l’encombrement d’une telle pompe et l’encombrement du réservoir sont généralement importants.

[0011] Il est donc proposé de pallier tout ou partie des inconvénients précités.

[0012] Au vu de ce qui précède, l’invention a pour objet un carter pour machine électrique, comportant une bâche à huile disposée sur une partie inférieure du carter opposée à une partie supérieure du carter.

[0013] Une pompe à huile est disposée entre la bâche à huile et la partie inférieure, la bâche à huile comprenant une section en entonnoir orientée de sorte que la section la plus faible est reliée à une entrée d’aspiration de la pompe à huile et la section la plus grande est configurée pour recueillir de l’huile ruisselant dans le carter.

[0014] L’invention a également pour objet une machine électrique comprenant un carter tel que défini précédemment et un rotor, le rotor étant disposé dans le carter de sorte que l’huile contenue dans la bâche à huile est projetée dans le carter par le rotor en rotation.

[0015] De préférence, la machine électrique comporte en outre un stator logeant le rotor et comprenant des bobines statoriques, le stator étant disposé dans le carter de sorte que lorsque le rotor est à l’arrêt, l’huile contenue dans la bâche à huile recouvre au moins partiellement une partie des bobines statoriques.

[0016] L’invention a également pour objet un circuit de refroidissement comprenant une machine électrique telle que définie précédemment, et au moins un orifice relié à un conduit d’alimentation en huile et disposé dans la partie supérieure du stator située dans la partie supérieure du carter, le conduit d’alimentation étant reliée à une sortie de refoulement de la pompe à huile de sorte que l’huile refoulée par la pompe à huile s’écoule sur le rotor.

[0017] Avantageusement, le carter comprend deux paliers maintenant le rotor dans le carter, chaque palier comprenant un orifice de lubrification disposé dans la partie supérieure du carter et relié au conduit d’alimentation.

[0018] De préférence, le circuit de refroidissement comprend en outre un échangeur de chaleur comportant un circuit primaire reliant la sortie de refoulement de la pompe à huile au conduit d’alimentation, et comportant un circuit secondaire destiné à être relié à un deuxième circuit de refroidissement.

[0019] L’invention a également pour objet un véhicule automobile électrique comprenant un circuit de refroidissement tel que défini précédemment, et un deuxième circuit de refroidissement, le deuxième circuit de refroidissement comprenant un radiateur de refroidissement, une pompe de refroidissement, une vanne et au moins un composant électrique, une sortie du radiateur étant reliée à une première entrée de la vanne, une sortie de la vanne étant reliée à une entrée d’aspiration de la pompe de refroidissement, une sortie de refoulement de la pompe de refroidissement étant reliée à une entrée de refroidissement du composant, une sortie de refroidissement du composant étant reliée à une entrée du circuit secondaire de l’échangeur de chaleur, une sortie du circuit secondaire de l’échangeur de chaleur étant reliée à une entrée du radiateur et à une deuxième entrée de la vanne, la vanne étant configurée de sorte que tant que la température d’un fluide mis en circulation par la pompe de refroidissement dans le deuxième circuit de refroidissement est inférieure à une température de consigne, le fluide s’écoule par la deuxième entrée et la sortie de la vanne de sorte que le fluide ne s’écoule pas à travers le radiateur, et de sorte que dès que la température du fluide est supérieure ou égale à la température de consigne, le fluide s’écoule à travers le radiateur, la première entrée de la vanne et la sortie de la vanne.

[0020] De préférence, la vanne comprend une vanne thermostatique.

[0021] L’invention a encore pour objet un procédé de refroidissement d’une machine électrique telle que définie précédemment, la bâche à huile étant remplie d’huile, comportant :

[0022] - la mise en rotation du rotor de sorte que le rotor projette l’huile contenue dans la bâche à huile à l’intérieur du carter, et

[0023] - l’activation de la pompe à huile dès que la température de l’huile est supérieure ou égale à une température de commande de sorte que l’huile s’écoule sur le rotor.

[0024] De préférence, si l’huile de la bâche à huile recouvre au moins partiellement une partie des bobines statoriques lorsque le rotor est à l’arrêt, le procédé comprend antérieurement à la mise en rotation du rotor, l’alimentation des bobines statoriques pour chauffer l’huile contenue dans la bâche d’huile.

[0025] D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :

[0026] [Fig.l] illustre schématiquement un véhicule automobile électrique selon l’invention

[0027] [Fig.2] illustre schématiquement un exemple de réalisation d’une machine électrique selon l’invention ;

[0028] [Fig.3] illustre schématiquement un exemple de réalisation d’une bâche à huile selon l’invention ;

[0029] [Fig.4] illustre schématiquement un exemple d’un procédé de refroidissement de la machine électrique selon l’invention ; et

[0030] [Fig.5] illustre schématiquement un exemple d’étape de démarrage du véhicule automobile électrique selon l’invention.

[0031] La [Fig.l] illustre un véhicule automobile 1 comportant un premier de circuit 2 de refroidissement et un deuxième circuit de refroidissement 3 reliés par un échangeur de chaleur 4 comportant un circuit primaire 5 et un circuit secondaire 6.

[0032] Le premier circuit 2 de refroidissement comprend une machine électrique 7 comportant un carter 8 et une pompe à huile 9.

[0033] Une sortie de refoulement 10 de la pompe 9 est reliée par un conduit d’alimentation 11 et par l’intermédiaire du circuit primaire 5 de l’échangeur 4 à une entrée 8a du carter 8.

[0034] De l’huile mise en mouvement par la pompe 9 circule dans le premier circuit 2 pour refroidir la machine 7.

[0035] Le deuxième circuit de refroidissement 3 comprend un radiateur de refroidissement 12, une pompe de refroidissement 13, une vanne 14, et au moins un composant électrique 15 comprenant une entrée de refroidissement 16 et une sortie de refroidissement 17.

[0036] Le composant électrique 15 comprend par exemple un composant électrique de puissance nécessitant d’être refroidi, par exemple un convertisseur de puissance pilotant la machine 7, une batterie alimentant ledit convertisseur de puissance.

[0037] En variante, plusieurs composants nécessitant d’être refroidis sont intégrés dans le deuxième circuit 2.

[0038] Selon encore une autre variante, le composant 15 de puissance est remplacé par un autre circuit de refroidissement comportant par exemple des composants électriques de puissance nécessitant d’être refroidis par exemple par l’intermédiaire d’un échangeur de chaleur ou relié directement au deuxième circuit de refroidissement 3.

[0039] Une sortie du radiateur 18 est reliée à une première entrée 19 de la vanne 14.

[0040] Une sortie 20 de la vanne 14 est reliée à une entrée d’aspiration 21 de la pompe de refroidissement 13.

[0041] Une sortie de refoulement 22 de la pompe de refroidissement 13 est reliée à l’entrée 16 de refroidissement du composant 15, et la sortie 17 de refroidissement du composant 15 est reliée à une entrée du circuit secondaire 6 de l’échangeur de chaleur 4.

[0042] Une sortie du circuit secondaire de l’échangeur de chaleur 4 est reliée à une entrée 23 du radiateur 12 et à une deuxième entrée 24 de la vanne 14.

[0043] Le deuxième circuit 3 peut comprendre en outre des moyens de mesure 25 de la température du fluide.

[0044] Les moyens de mesure 25 comportent par exemple un capteur de température.

[0045] Le deuxième circuit 3 refroidit le composant 15 à partir du fluide de refroidissement mis en circulation par la pompe de refroidissement 13 dans ledit circuit.

[0046] Le fluide de refroidissement comprend par exemple de l’eau glycolée.

[0047] La vanne 14 comprend par exemple une vanne de type trois voies.

[0048] Tant que la température Tref mesurée par les moyens de mesure 25 est inférieure à une température de consigne Tcons, la vanne 14 est pilotée de sorte que le fluide s’écoule par la deuxième entrée 24 de la vanne 14 et par la sortie 20 de la vanne 14. Le fluide ne s’écoule pas à travers le radiateur 12.

[0049] Dès que la température du fluide est supérieure ou égale à la température de consigne Tcons, la vanne 14 est pilotée de sorte que le fluide s’écoule à travers le radiateur 12, la première entrée 19 de la vanne 14 et la sortie 20 de la vanne 14.

[0050] La vanne 14 est par exemple pilotée par des moyens de contrôle 26 à partir de la température Tref relevée par les moyens de mesure 25.

[0051] Les moyens de contrôle 26 comprennent par exemple une unité de traitement.

[0052] Selon un autre mode de réalisation, la vanne 14 comprend une vanne thermostatique, le deuxième circuit 3 ne comprenant pas les moyens de mesure 25 et les moyens de contrôle 26.

[0053] La [Eig.2] illustre schématiquement un exemple de réalisation de la machine électrique 7. [0054] Le carter 8 comprend une bâche à huile 27 disposée sur une partie inférieure 28 du carter 8 opposée à une partie supérieure 29 du carter 8.

[0055] La bâche à huile 27 stocke de l’huile 30 lorsque la machine 7 est à l’arrêt.

[0056] Une surface 29a de la partie supérieure 29 est reliée à une surface 28a de la partie inférieure 28 par un vecteur VECT parallèle au vecteur gravitationnel g .

[0057] La machine 7 comprend un stator 31, un rotor 32 logé dans le stator 31, et deux paliers 33, 34 comportant par exemple des roulements à billes maintenant le rotor dans le carter 8.

[0058] La machine 7 comprend en outre des moyens d’étanchéité (non représentés) pour empêcher l’huile 30 de s’échapper du carter 8.

[0059] Une culasse 35 du stator 31 comprend au moins un orifice 36 disposé dans la partie supérieure du stator 31 située dans la partie supérieure 29 du carter 8 et relié à l’entrée 8a du carter 8 de sorte que l’huile 30 refoulée par la pompe 9 à huile s’écoule sur le rotor 32.

[0060] L’orifice 36 projette de l’huile sur le rotor 32 et la stator 31 afin de refroidir le rotor et le stator.

[0061] Sous l’effet de la gravité, l’huile réchauffée par son passage sur le rotor et le stator ruisselle dans la bâche 27 à huile.

[0062] Les paliers 33, 34 comprennent chacun un orifice de lubrification 37, 38 relié à l’entrée 8a du carter 8.

[0063] L’huile 30 refoulée par la pompe 9 à huile s’écoule dans les paliers 33, 34 par les orifices 37, 38 pour lubrifier et refroidir lesdits paliers.

[0064] En variante, les paliers 37, 38 sont du type autolubrifiant, le carter 8 ne comportant pas les orifices 37, 38.

[0065] La pompe à huile 9 est disposée entre la bâche 27 à huile et la partie inférieure 28.

[0066] La bâche 27 à huile comprend une section en entonnoir orientée de sorte que la section la plus faible 39 est reliée à une entrée d’aspiration 40 de la pompe à huile 9, et la section la plus grande 41 recueille l’huile 30 ruisselant dans le carter 8.

[0067] L’huile 30 contenue dans le carter 8 est entraînée dans la partie inférieure 28 du carter 8 par la gravité permettant de réduire la capacité d’aspiration de la pompe 9.

[0068] La réduction de la capacité de la pompe 9 permet de réduire l’encombrement de la pompe 9 et la consommation de la pompe 9.

[0069] En outre, comme la pompe 9 est disposée sous la bâche 27 à huile, la pompe 9 ne se désamorce pas lorsque le niveau d’huile est incliné dans la bâche à huile suite à l’inclinaison du véhicule 1.

[0070] L’intégration de la pompe 9 dans le carter 8 permet en outre de réduire le nombre d’éléments par rapport à une pompe à huile rapportée telle que connue de l’état de la technique. [0071] Le rotor 32 est disposé dans le carter 8 de sorte que l’huile 30 contenue dans la bâche 27 à huile est projetée dans le carter 8 par le rotor 32 en rotation.

[0072] La bâche à huile 27 est en outre dimensionnée de sorte que lorsque la pompe 9 refoule de l’huile 30, le niveau d’huile dans la bâche 27 est suffisant pour empêcher le désamorçage de la pompe 9 afin réduire la quantité d’huile dans la carter 8 (carter sec).

[0073] Le dimensionnement de la bâche 27 est réalisé par exemple à partir d’un modèle de simulation numérique de la bâche 27 ou à partir d’un prototype.

[0074] La bâche 27 comprend en outre un capteur de température 42 mesurant la température Th de l’huile 30 dans la bâche 27.

[0075] La [Fig.3] illustre un exemple de réalisation de la bâche 27.

[0076] La [Fig.4] illustre un exemple d’un procédé de refroidissement de la machine électrique 7.

[0077] On suppose que la bâche 27 est remplie d’huile 30.

[0078] Durant une étape 50, le rotor 32 est mis en rotation sous l’effet d’un champ magnétique généré par les bobines statoriques 31.

[0079] Le rotor 32 projette l’huile 30 dans le carter 8 par barbotage.

[0080] L’huile 30 est échauffée par le barbotage.

[0081] Durant une étape 51, lorsque la température Th de l’huile mesurée par le capteur 42 est supérieure ou égale à une température de commande Tcom, des moyens de contrôle (non représentés) actionnent la pompe 9.

[0082] L’échauffement de l’huile par le barbotage du rotor 32 permet d’enclencher la pompe 9 lorsque l’huile a atteint la température de commande, la température de commande étant égale à la borne inférieure de la plage de températures optimales de fonctionnement de la pompe afin de minimiser les frottements fluides de l’huile 30 dans la pompe 9 pour réduire la consommation énergétique de la pompe 9.

[0083] En variante, avant la mise en rotation du rotor 31 durant une étape de conditionnement, si l’huile 30 contenue dans la bâche 27 à huile recouvre au moins partiellement une partie des bobines statoriques 31, le procédé comprend antérieurement à la mise en rotation du rotor 31, l’alimentation des bobines statoriques 31 pour chauffer l’huile 30 contenue dans la bâche 27 d’huile de sorte que l’huile 30 atteigne plus rapidement la température de commande Tcom.

[0084] Selon encore une autre variante, avant la mise en rotation du rotor 31 durant une étape de démarrage du véhicule 1, l’énergie dégagée par le composant électrique 15 est transmise à l’huile 30 par l’intermédiaire de l’échangeur de chaleur 4 lorsque la pompe 9 fonctionne.

[0085] La [Fig.5] illustre un exemple de l’étape de démarrage du véhicule 1.

[0086] Durant une sous-étape 52, la pompe 13 de refroidissement transfère le fluide de refroidissement réchauffé par le composant électrique 15 dans le circuit secondaire 6 de l’échangeur de chaleur 4 de sorte que l’énergie contenue dans le fluide réchauffe l’huile du premier circuit 2 s’écoulant dans le circuit primaire 5 sous l’effet de la pompe à huile 9.

[0087] Afin de transférer l’ensemble de l’énergie dissipée dans le fluide de refroidissement, tant que la température Tref mesurée par les moyens 25 est inférieure à la température de consigne Tcons, la vanne 14 est pilotée de sorte que le fluide s’écoule par la deuxième entrée 24 de la vanne 14 et par la sortie 20 de la vanne 14. Le fluide ne s’écoule pas à travers le radiateur 12 empêchant de dissiper l’énergie contenue dans le fluide de refroidissement à l’extérieur du véhicule 1, et de sorte que l’énergie dissipée dans le fluide de refroidissement réchauffe l’huile par l’intermédiaire de l’échangeur 4.

[0088] Dès que la température du fluide est supérieure ou égale à la température de consigne Tcons, la vanne 14 est pilotée de sorte que le fluide s’écoule à travers le radiateur 12, la première entrée 19 de la vanne 14 et la sortie 20 de la vanne 14 (sous-étape 53).

[0089] L’étape de démarrage permet de réchauffer plus rapidement l’huile 30 à partir de l’énergie dissipée par le composant électrique 15, pour réduire les frottements fluides dans la pompe 9 et ainsi réduire la consommation de ladite pompe.

[0090] Bien entendu, le procédé de refroidissement peut comprendre à la fois l’étape de conditionnement et l’étape de démarrage.