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EP3520205A1 - Dissipateur thermique pour machine electrique tournante - Google Patents

Dissipateur thermique pour machine electrique tournante

Info

Publication number
EP3520205A1
EP3520205A1 EP17780821.9A EP17780821A EP3520205A1 EP 3520205 A1 EP3520205 A1 EP 3520205A1 EP 17780821 A EP17780821 A EP 17780821A EP 3520205 A1 EP3520205 A1 EP 3520205A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat sink
heat
stator
electric machine
common base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17780821.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Dominique LHOTELLIER
Guy Diemunsch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut Vedecom
Original Assignee
Institut Vedecom
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut Vedecom filed Critical Institut Vedecom
Publication of EP3520205A1 publication Critical patent/EP3520205A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K5/00—Casings; Enclosures; Supports
    • H02K5/04—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof
    • H02K5/18—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with ribs or fins for improving heat transfer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/04—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors
    • H02K3/24—Windings characterised by the conductor shape, form or construction, e.g. with bar conductors with channels or ducts for cooling medium between the conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/22—Arrangements for cooling or ventilating by solid heat conducting material embedded in, or arranged in contact with, the stator or rotor, e.g. heat bridges
    • H02K9/227—Heat sinks

Definitions

  • the field of the present invention is that of heat sinks and more particularly heat sinks for rotating electrical machines, such as generators or motors. More particularly, these electrical machines are intended to be installed on vehicles, especially automobiles.
  • Rotating electrical machines such as generators or motors comprise a stator and a rotor. Coils forming coils are mounted on the stator and, for example, permanent magnets are attached to the rotor.
  • the rotor is rotatable by means of a shaft. When the electric machine is a generator, the rotational movement of the rotor facing the stator coils can generate electrical energy and when the electric machine is a motor, rotating the rotor through the coils generates mechanical energy.
  • a first part configured to be in contact with a coil head of the rotating electrical machine
  • the second part being thermally coupled to the first part, characterized in that the first part is configured to be housed inside a hollow delimited by the coil head.
  • thermally coupled is meant that an exchange of calories is possible between the first and the second part.
  • first and the second part are mechanically linked and the second part participates in the cooling of the first part.
  • the heat sink object of the invention is monobloc. It is understood here that the first part, the second part, and possibly a base common to these two parts, are unitary, that is to say made simultaneously and from the same material, for example a thermally conductive material such as than an aluminum-based alloy. Such an organization eliminates any thermal interface on the path of the heat flows within the dissipator according to the invention.
  • Such a heat sink housed inside a hollow formed by the coil head ensures a maximum heat exchange surface, which provides improved cooling and is particularly suitable for a reduced electric machine size .
  • the hollow is delimited on one side by the coil head and on the other by the stator plate package.
  • a rotating electrical machine is understood as distinct from a linear electric machine. It can also be expected that the first part is configured to be in contact with several coil heads. Indeed, this one could present a form of U for example.
  • the first part and the second part extend from a common base, each of the parts extending from an opposite face of the common base.
  • first part extends from a lower face of the common base
  • second part extends from an upper face of the common base.
  • the common base is configured to contact an upper surface of the coil head.
  • the upper surface of the coil head is defined as the surface of the coil head furthest from the axis of rotation of the electric machine.
  • the second part comprises at least one blade ensuring the heat exchange with the external environment. The presence of blade increases the heat exchange surface of the second part with the external environment, cooling is thus found improved. At least one blade is configured to extend radially outwardly of the rotating machine.
  • the second part comprises a plurality of blades extending along the longitudinal axis.
  • the first part has at least one rounded face configured to be in contact with the coil head.
  • this heat sink protects the son forming the coils with a rounded face, while providing a maximum heat exchange surface with the coil head to cool the coil heads.
  • a rounded face makes it possible not to break the wires during the winding step.
  • the common base has a rounded face extending from a plane vertical face. Such a configuration is suitable for a dental winding stator.
  • the common base may have a polygonal face, for example rectangular or square. Such an alternative is particularly suitable for a distributed winding stator.
  • each blade extends in a plane perpendicular to a plane in which extends the flat vertical face of the common base.
  • the first part of the heat sink is hollow. Thus, this reduces the total mass as well as the parts subjected to heating due to the variable magnetic fields of the electric machine.
  • the first part of the heat sink has a U-shaped section.
  • the first part is hollow and open along its length.
  • the section of the first part is taken in a transverse sectional plane to the first part, the cutting plane being contained in a reference system defined by the longitudinal and transverse axes of the heat sink.
  • the invention also relates to a heat dissipating member for a rotating electrical machine, characterized in that it comprises several heat sinks as defined above.
  • Such a heat dissipating member allows, during its installation on a rotating electrical machine, to ensure the cooling of several coil heads on one side of the electric machine.
  • This dissipation member is made in one piece.
  • the heat sinks are interconnected by their common bases. Thus the first and second parts of the heat sinks remain free, which ensures heat exchange.
  • the connection between the heat sinks is understood as a mechanical connection.
  • the heat sinks are molded or welded together.
  • the dissipation member is organized in a ring.
  • crown it is understood that the heat dissipating member has a multitude of heat sinks substantially forming a circle or ring.
  • the circular shape has the advantage of integrating well into a rotating electrical machine at the longitudinal end thereof.
  • Such crown allows, when installed on a rotating electrical machine, to ensure the cooling of all the coil heads on one side of the electric machine. This crown can be made in one piece.
  • the common bases connected to each other delimit a central volume of the ring and have a polygonal section with N sides, where N is equal to the number of heat sinks included in the heat dissipating member.
  • N is equal to the number of heat sinks included in the heat dissipating member.
  • the central volume of the crown is interrupted by the first parts of the heat sinks moving towards the center of the crown.
  • the polygonal section is made according to a plane contained in a reference defined by the vertical and transverse axes of the crown as they are defined by the trihedron. Such geometry makes it possible to ensure that the bases of the heat sinks rest on the outer surfaces of the coil heads.
  • each blade extends radially with respect to a center of the crown. This orientation of the blades makes it possible on the one hand to optimize the number present on the ring and on the other hand not to interrupt a circulation of a cooling fluid that can pass along the electric machine.
  • the invention also relates to a rotating electrical machine comprising:
  • stator on which the plurality of coils is wound, the plurality of coils having coil heads, each coil head protruding longitudinally from the stator and having a recess,
  • a rotor movable inside the stator via a shaft characterized in that it comprises at least one heat sink or at least one heat dissipating member as defined above.
  • the electrical machine comprises two dissipation members each organized in a ring, the rings being plated on each of the outer vertical faces of the stator of the electric machine.
  • the stator comprises an outer surface on which fins extend.
  • the fins are aligned with at least one of the blades of the dissipator or of the dissipation member such that these blades are defined above.
  • the fins are aligned with each blade of the dissipator or with each blade of the heat dissipating member, such that these blades are defined above.
  • the rounded face of the first part of the heat sink is in contact with the hollow defined by the coil head.
  • the heat sink or the heat dissipating member is pressed against a vertical face of the stator, in particular an outer vertical face of the stator.
  • FIG. 1 is a perspective view of a heat sink according to the invention
  • FIG. 2 is a view of a front face of a heat dissipation member organized as a heat dissipating ring
  • FIG. 3 is a perspective view of the rear face of the heat dissipating member of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a perspective view of an electric machine equipped with several heat sinks according to the invention
  • FIG. 5 is a perspective view of an electric machine equipped with two heat dissipating members, according to FIG. invention, organized in a crown
  • FIG. 6 is a partial view of the electrical machine of FIG. 5
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the electric machine of FIG. 5 without the flanges
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of the electric machine of Figure 5 equipped with a jacket.
  • FIG. 1 shows a heat sink 10, here individually, for a rotating electrical machine comprising a first part 1 configured to be in contact with a coil head of the rotating electrical machine.
  • the heat sink 10 is said to be individual because it is intended here to be in contact with only one coil head.
  • the heat sink 10 also comprises a second part 2, distinct from the first part 1, ensuring a heat exchange with the external environment.
  • the first and the second part 1, 2 are thermally coupled, it means that there is a heat exchange between the first and the second part 1, 2.
  • the second part 2 thus allows to cool the first part 1.
  • the first part 1 and the second part 2 extend from a common base 3. More specifically, each of the parts 1, 2 extends from an opposite side of the common base 3. Thus the first part 1 extends from a lower face 31 of the common base 3, while the second portion 2 extends from an upper face 32 of the common base 3. The lower face 31 and the upper face 32 are defined along the vertical axis V. First part 1, second part 2 and common base 3 forms the same unitary part.
  • the first part 1 is configured to be housed inside a hollow delimited by the coil head.
  • the first part 1 may be in the form of a finger 11 having a cross section comprising a circular arc.
  • the finger 11 comprises a rounded face 12 and a flat vertical face 13.
  • the rounded face 12 is the face intended to come into contact with the coil head, such a rounded face 12 allows to offer both a surface of maximum heat exchange and protection of the son forming the coils during the winding step.
  • the finger 11 here has a semicircular cross section, the cross section being made in a plane defined by the longitudinal axis L and the transverse axis T.
  • the first part 1 can be hollow in order to reduce the mass of the heat sink 10 as well as the masses subjected to heating due to the variable magnetic fields of the electric machine.
  • the first portion 1 may have a U-shaped section being open on its flat vertical face 13, as will be described later.
  • the common base 3, more particularly its lower face 31, is configured to contact an upper surface of the coil head.
  • the common base 3 has a cross section comprising an arc of a circle, the transverse section being formed along a plane defined by the longitudinal axis L and the transverse axis T.
  • the common base 3 has a half-circle cross section.
  • the common base 3 comprises, in addition to its lower face 31 and its upper face 32, a rounded face 33 extending from a flat vertical face 34.
  • the flat vertical face 34 extends in a plane B defined by the vertical axis V and the transverse axis T.
  • the semicircles forming the first part 1 and the common base 3 of the heat sink 10 extend from the same center and have different radii. Indeed, the semicircle defining the finger 11 has a radius less than the semicircle defining the common base 3. Furthermore, the second part 2, ensuring the heat exchange with the external environment, here comprises a plurality of blades 25. These blades 25 can increase the heat exchange surface of the second part 2 with the external environment cooling is thus improved.
  • Each blade 25 extends in a plane LM defined by the vertical axis V and the longitudinal axis L.
  • the plane LM is preferably perpendicular to the plane B in which extends the flat vertical face 34 of the common base 3. Without limitation, the plane LM could equally be parallel or oblique to the plane B.
  • the blades 25 are opposite to the first part 1, relative to the common base 3. View in a reference frame of the rotating machine for receiving the heat sink object of the invention, the blades 25 extend radially outwardly of the rotating machine.
  • the first part 1 extends radially and inwardly of the rotating machine, that is to say towards its axis of rotation.
  • the blades 25 have variable lengths along the longitudinal axis L of the heat sink 10. More precisely, the blades 25 follow the arc of the common base 3. Otherwise said blades 25 extend from the rounded face 33. In addition, the blades 25 extend, in length, partially on the common base 3. In fact, starting from the rounded face 33, the blades 25 are interrupted before reaching the vertical face 34 so as to release a space for cooling fins which emerge peripherally from a stator of the rotating machine (see in particular FIG. 4). Alternatively, the blades 25 may extend longitudinally over the entire common base 3, from the rounded face 33 to the vertical face 34. It should also be noted that the blades here have a constant height along the vertical axis V of the Heat sink 10. Of course, the blades 25 could have different heights with each other.
  • the heat sink 10 may be made of a thermo-conductive material heating slightly under the effect of a variable magnetic field. Such a material provides improved heat transfer.
  • This material may for example be aluminum, a non-magnetic steel, titanium or an alloy based on these metals or a synthetic material loaded with heat-conducting fibers.
  • FIG. 2 shows a plurality of heat sinks 10 assembled together in order to form a dissipation member 40.
  • Each individual heat sink 10 is connected to neighboring heat sinks 10 by its common base 3.
  • the first part 1 and the second part 2 of each heat sink 10 forming part of the dissipating member remain free, which ensures the thermal cooling of the coil heads.
  • the heat sinks 10 could be interconnected by the first part 1 or the second part 2.
  • the common bases 3 are interconnected by a mechanical type connection, that is to say that they can for example be welded or be molded together.
  • the dissipation member 40 is monobloc, that is to say made in one piece.
  • the dissipation member 40 is organized in a ring 50.
  • ring 50 it is understood that the heat dissipating member 40 has a multitude of heat sinks 10 forming substantially a closed circle.
  • the heat dissipating member 40 comprises twelve heat sinks 10 organized in a ring 50.
  • the circular shape of the ring 50 has the advantage of being well integrated into a rotating electrical machine. Such a ring 50 allows, when installed on a rotating electrical machine, to ensure the cooling of all the coil heads on one side of the electric machine.
  • This ring 50 can be made in one piece or in two blocks to facilitate its introduction into the electric machine.
  • the heat dissipating member 40 could take any other shape, such as a square, an arc of a circle, or a triangle as needed.
  • the common base 3 has a rectangular cross section, in a plane defined by the longitudinal axis L and the transverse axis T.
  • the common base 3 may then have an upper face 31 and a lower face 32 of rectangular shape.
  • the common bases 3 connected to each other delimit a central volume 51 of the ring 50.
  • the first parts 1 of each heat sink 10 open into this central volume 51.
  • the common bases 3 delimit a polygonal section with N sides, where N is equal to the number of heat sinks 10 included in the dissipating member 40.
  • the number N of sides of the polygonal section may also be equal to the number of teeth of the stator.
  • the polygonal section is made according to a plane contained in a reference defined by the vertical and transverse axes of the crown as they are defined by the trihedron of FIGS. 2 and 3. Such a geometry makes it possible to ensure that the common bases 3 of the Heat sinks 10 rest on the outer surfaces of the coil heads.
  • the vertical polygonal section has twelve sides.
  • the blades 25 extend, here, radially with respect to the center C of the ring 50 and follow an axial direction of the ring 50, that is to say along the longitudinal axis L. This orientation of the blades 50 allows on the one hand to optimize the number present on the ring 50 and on the other hand not to interrupt a circulation of a cooling fluid that can pass along the electric machine.
  • the blades 25 could be oriented differently. Indeed, the blades 25 could extend along the transverse axis T of the ring 50 or be oblique with respect to the longitudinal axis L of the ring 50.
  • the blades 25 have, here, all identical lengths along the longitudinal axis L of the ring 50 and extend completely on the common base 3. Of course, the blades 25 could extend partially on the common base 3 and have different lengths. It should also be noted that the blades present, here, a constant height along the vertical axis V of the ring 50. Of course, the blades 25 could have different heights between them.
  • the first part 1 has a U-shaped cross section while being completely open on its plane vertical face 13, the transverse section being made in a plane defined by the longitudinal axis L and the axis. transverse T for a first portion 1 extending along the vertical axis V. This U-shaped cross section allows lightening of the masses and makes it possible to form the rounded face 12 having the same curvature as the hollow formed by the coil heads.
  • “Lower”, “outer” or “upper” are defined with respect to an axis of rotation R defined as the axis about which a shaft 125 driving a rotor 120 of the electric machine rotates.
  • the notion of "inferior” according to this reference means that the considered element is located or is moving radially towards the interior of the electric machine, while approaching the axis of rotation R, while the notion of “superior” according to this reference means that the element considered is located or is moving radially outwardly the electric machine, away from the axis of rotation R.
  • a longitudinal axis is defined as the axis in which the electric machine extends in its length, the longitudinal axis and the axis of rotation R of the electric machine are then merged.
  • the longitudinal axis L previously described for the heat sink or heatsinks and the axis of rotation R of the machine are also merged.
  • Three reference planes are defined: a vertical plane Vi, a radial plane Ri and a tangential plane Ti.
  • the vertical plane Vi is perpendicular to the axis of rotation R of the rotor 120.
  • the vertical plane Vi may correspond to a vertical face of the stator 110.
  • the radial plane Ri is parallel to the axis of rotation R of the rotor 120 and go through this one.
  • the radial plane Ri may correspond to an exposed face of the electric machine during a longitudinal section.
  • the tangential plane Ti is also parallel to the axis of rotation R of the rotor 120 but does not pass through the axis of rotation R of the rotor 120. The tangential plane Ti would be exposed if the stator 110 was cut in its length slightly under its axis. outer surface.
  • FIG. 4 shows a stator 110 and a rotor 120 of rotating electrical machine 100. Windings forming coils 102 are mounted on the stator 110 and, for example, permanent magnets 123 are fixed to the rotor 120.
  • the rotor 120 made to from a stack of rotor plates 121, is rotatable by means of a shaft 125 around the axis of rotation R.
  • a stack of sheets 112 forms the stator
  • the sheets 112 comprise at least one fin 114 and at least one tooth 115.
  • each sheet 112 comprises four fins 114, the sheets 112 are thus stacked so that the fins 114 of a given plate 112 are staggered. relative to the adjacent sheets 112.
  • each plate 112 comprises a number D of teeth 115, the number D being equal to the number of coils.
  • each sheet 112 comprises twelve teeth 115.
  • individual heat sinks 10 are plated on the two end plates 112 of the stator 110, more precisely on the outer vertical faces of the stator 110.
  • the son forming the coils 102 are then wound around the teeth 115. present on the plates 112 of the stator 110 passing over the first part 1 of the heat sink 10. More specifically, the son forming the coils 102 come into contact with the rounded face 12 of the first part 1. This rounded face 12 allows so do not break the wires when winding.
  • the son forming the coils 102 may be wound so-called dental, that is to say around a single tooth of the stator 110, or so-called distributed, where the coils are wound around several teeth 115 stator 110. In any case, it avoids the formation of crisp folds which may damage the coil head wires.
  • each coil head 105 wound around an individual dissipator 10, forms a hollow 104 in which is housed the first Part 1, here the finger 11, the individual dissipator 10.
  • all the coil heads 105 are equipped with an individual dissipator 10.
  • the lower face 31 of the common base 3 of each individual dissipator 10 rests on the upper surface 106 of each of the coil heads 105.
  • the vertical end face 14 of the first part 1, as to it is flush with the lower surface 107 of the coil heads 105.
  • a rotary electrical machine 100 comprising, according to a second embodiment illustrated in Figures 5 to 8, at least one heat dissipating member 40. More particularly, the heat dissipating member 40 is here under
  • the electric machine 100 then comprises two dissipation members 40 organized in rings 50, each ring 50 is then pressed onto each of the outer vertical faces of the stator 110, on either side of the electric machine. 100 along the axis of rotation R.
  • the stator 110 has here been shown in one-piece fashion, but it could equally well be made from a stack of sheets 112.
  • a rotational bearing 101 the latter may for example be a needle ball bearing or a friction pad.
  • the rotation bearing 101 is supported by a flange 103 of the electric machine 100.
  • An electric machine 100 may then comprise two flanges 103 and two rotational bearings 101 located at the two longitudinal ends of the electric machine 100. Each ring 50 is thus caught between one of the flanges 103 and the stator 110.
  • FIG. 6 only shows the stator 110 on which the coils 105 and the two rings 50 are mounted. It may then be noted that the first parts 1 are hollow and have a U-shaped cross-section. Thus, such a U-shaped section makes it possible to creates a space 55 between the first part 1 and the tooth 115 of the stator 110. It is also clearly visible that the polygonal section of the ring 50, here at
  • FIG. 7 shows this longitudinal section made in a radial plane of the rotating electric machine 100. This section makes it possible to demonstrate that the first parts 1 of the ring 50 arrive flush with the inner surface 107 of the coil heads 105. In other words, the first parts 1 do not extend in an air gap 111, the latter being defined as the space between the stator 110 and the rotor 120.
  • FIG. 8 shows an alternative embodiment of the electrical machine 100 which is here equipped with a jacket 108.
  • This electric machine 100 comprises two dissipation members 40 in a ring 50, but could equally well include individual dissipators 10.
  • FIG. 8 shows a longitudinal section passing through the axis of rotation R of the electrical machine 100.
  • the jacket 108 covers the flanges 103 and the stator 110. The covering is made along the axis of rotation R in which the electrical machine 100 extends. This jacket 108 makes it possible to confine the flow of the fluid of cooling whether it is liquid or gaseous so as to concentrate it on the outer peripheral wall of the stator.
  • the blades 25 of the ring 50 are oriented in the longitudinal direction of the electric machine 100 and are slightly spaced from the jacket 108. Such an arrangement of the blades 25 facilitates a flow of a fluid entering through a sleeve 109 and out through another sleeve 109 located, in this embodiment, at a diametrically and longitudinally opposite end of the jacket 108 covering the electrical machine 100.
  • the circulation of the cooling fluid of a sleeve 109 to the other also allows the cooling of the stator 110 and this can be improved with the presence of fins on its surface.
  • the invention has many advantageous applications, whether it is an individual heat sink or a heat dissipating member, organized in a closed ring or in a plurality of heat sinks forming angular sectors of the electric machine. rotating.

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Abstract

L'invention concerne un dissipateur thermique (10) pour machine électrique tournante comprenant : -une première partie (1) configurée pour être au contact d'une tête de bobine (105) de la machine électrique tournante, -une deuxième partie (2), distincte de la première partie (1), assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, la deuxième partie (2) étant couplée thermiquement à la première partie (1), caractérisé en ce que la première partie (1) est configurée pour être logée à l'intérieur d'un creux délimité par la tête de bobine. Application aux véhicules automobiles.

Description

DISSIPATEUR THERMIQUE POUR MACHINE ELECTRIQUE
TOURNANTE
La présente invention revendique la priorité de la demande française 1659176 déposée le 28 septembre 2016 dont le contenu (texte, dessins et revendications) est ici incorporé par référence.
Le domaine de la présente invention est celui des dissipateurs thermiques et plus particulièrement des dissipateurs thermiques pour machines électriques tournantes, telles que des générateurs ou des moteurs. Plus particulièrement, ces machines électriques sont destinées à être installées sur des véhicules, notamment automobiles.
Les machines électriques tournantes telles que des générateurs ou des moteurs, comprennent un stator et un rotor. Des enroulements formant des bobines sont montés sur le stator et, par exemple, des aimants permanents sont fixés au rotor. Le rotor est mobile en rotation par l'intermédiaire d'un arbre. Lorsque la machine électrique est un générateur, le mouvement en rotation du rotor face aux bobines du stator permet de générer une énergie électrique et lorsque la machine électrique est un moteur, la mise en rotation du rotor par le biais des bobines génère une énergie mécanique.
Dans le cas où ces machines électriques sont utilisées pour mettre en mouvement un véhicule électrique, il convient de minimiser le poids de tous les éléments embarqués sur le véhicule car ce poids impacte directement l'autonomie d'une source électrique chargée d'alimenter la machine électrique de propulsion du véhicule. Cette recherche de réduction de poids se traduit par une optimisation de la compacité de cette machine électrique, tout en conservant le même niveau de performance.
Cette situation conduit à une augmentation de la densité de chaleur produite par la machine électrique. Il convient donc de la refroidir pour éviter une surchauffe pouvant engendrer une réduction des performances, voire une destruction de la machine électrique. Parmi les composants de la machine électrique à refroidir, il faut citer, les bobines, et plus particulièrement les têtes de bobines. Ces composants sont des éléments critiques, qui dimensionnent la performance générale de la machine électrique. En gardant à l'esprit cette réduction de taille de la machine électrique, il devient particulièrement difficile de refroidir ces composants de manière efficace. L'invention résout ce problème technique en proposant un dissipateur thermique pour machine électrique tournante comprenant :
- une première partie configurée pour être au contact d'une tête de bobine de la machine électrique tournante,
- une deuxième partie, distincte de la première partie, assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, la deuxième partie étant couplée thermiquement à la première partie, caractérisé en ce que la première partie est configurée pour être logée à l'intérieur d'un creux délimité par la tête de bobine.
Par « couplée thermiquement », on entend qu'un échange de calories est possible entre la première et la deuxième partie. Autrement dit, la première et la deuxième partie sont liées mécaniquement et la deuxième partie participe au refroidissement de la première partie.
De manière avantageuse, le dissipateur thermique objet de l'invention est monobloc. On comprend ici que la première partie, la deuxième partie, et éventuellement une base commune à ces deux parties, sont unitaires, c'est-à-dire réalisées simultanément et à partir d'un même matériau, par exemple un matériau thermiquement conducteur tel qu'un alliage à base d'aluminium. Une telle organisation élimine toute interface thermique sur le chemin des flux de chaleur au sein du dissipateur selon l'invention.
Un tel dissipateur thermique logé à l'intérieur d'un creux formé par la tête de bobine permet d'assurer une surface d'échange thermique maximale, ce qui offre un refroidissement amélioré et s'adapte particulièrement bien à une machine électrique réduite en taille. Le creux est délimité d'un côté par la tête de bobine et de l'autre par le paquet de tôles du stator.
Une machine électrique tournante est entendue comme distincte d'une machine électrique linéaire. Il peut aussi être prévu que la première partie soit configurée pour être au contact de plusieurs têtes de bobines. En effet, celle-ci pourrait présenter une forme de U par exemple.
Selon différentes caractéristiques de l'invention prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- la première partie et la deuxième partie s'étendent à partir d'une base commune, chacune des parties s'étendant à partir d'une face opposée de la base commune. Ainsi la première partie s'étend à partir d'une face inférieure de la base commune, alors que la deuxième partie s'étend à partir d'une face supérieure de la base commune.
- la base commune est configurée pour être au contact d'une surface supérieure de la tête de bobine. La surface supérieure de la tête de bobine est définie comme étant la surface de la tête de bobine la plus éloignée de l'axe de rotation de la machine électrique. - la deuxième partie comprend au moins une lame assurant l'échange thermique avec l'environnement extérieur. La présence de lame permet d'augmenter la surface d'échange thermique de la deuxième partie avec l'environnement extérieur, le refroidissement s'en retrouve donc amélioré. Au moins une lame est configurée pour s'étendre radialement et vers l'extérieur de la machine tournante.
- la deuxième partie comprend une pluralité de lames s'étendant selon l'axe longitudinal.
- la première partie présente au moins une face arrondie configurée pour être au contact de la tête de bobine. Ainsi, ce dissipateur thermique permet de protéger les fils formant les bobines en présentant une face arrondie, tout en offrant un maximum de surface d'échange des calories avec la tête de bobine afin de refroidir les têtes de bobines. En effet, que le bobinage soit réparti ou dentaire, une telle face arrondie permet de ne pas casser les fils lors de l'étape de bobinage.
- la base commune présente une face arrondie s'étendant à partir d'une face verticale plane. Une telle configuration convient pour un stator à bobinage dentaire. Alternativement, la base commune peut présenter une face polygonale, par exemple rectangulaire ou carré. Une telle alternative convient notamment pour un stator à bobinage réparti.
- chaque lame s'étend dans un plan perpendiculaire à un plan dans lequel s'étend la face verticale plane de la base commune.
- la première partie du dissipateur thermique est creuse. Ainsi, cela permet de réduire la masse totale ainsi que les parties soumises à échauffement dû aux champs magnétiques variables de la machine électrique.
- la première partie du dissipateur thermique présente une section en U. Autrement dit, la première partie est creuse et ouverte sur sa longueur. La section de la première partie est prise dans un plan de coupe transversal à la première partie, le plan de coupe étant contenu dans un référentiel défini par les axes longitudinal et transversal du dissipateur thermique.
L'invention a également pour objet un organe de dissipation de chaleur pour machine électrique tournante, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dissipateurs thermiques tels que définis précédemment.
Un tel organe de dissipation de chaleur permet, lors de son installation sur une machine électrique tournante, d'assurer le refroidissement de plusieurs têtes de bobines sur un côté de la machine électrique. Cet organe de dissipation est réalisé monobloc.
Selon différentes caractéristiques de l'invention prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- les dissipateurs thermiques sont reliés entre eux par leurs bases communes. Ainsi les premières et deuxièmes parties des dissipateurs thermiques restent libres, ce qui permet d'assurer les échanges thermiques. La liaison entre les dissipateurs thermiques est entendue comme étant une liaison mécanique. De préférence, les dissipateurs thermiques sont moulés ou soudés ensemble.
- l'organe de dissipation est organisé en une couronne. Par couronne il est entendu que l'organe de dissipation de chaleur présente une multitude de dissipateurs thermiques formant sensiblement un cercle ou une bague. La forme circulaire présente l'avantage de bien s'intégrer dans une machine électrique tournante, à l'extrémité longitudinale de celle-ci. Une telle couronne permet, lors de son installation sur une machine électrique tournante, d'assurer le refroidissement de l'ensemble des têtes de bobines sur un côté de la machine électrique. Cette couronne peut être réalisée monobloc.
- les bases communes reliées entre-elles délimitent un volume central de la couronne et présentent une section polygonale à N côtés, où N est égal au nombre de dissipateurs thermiques compris dans l'organe de dissipation de chaleur. Bien entendu, le volume central de la couronne est interrompu par les premières parties des dissipateurs thermiques se dirigeant vers le centre de la couronne. La section polygonale est réalisée selon un plan contenu dans un référentiel défini par les axes vertical et transversal de la couronne tels qu'ils sont définis par le trièdre. Une telle géométrie permet d'assurer que les bases des dissipateurs thermiques reposent sur les surfaces extérieures des têtes de bobines.
- chaque lame s'étend de manière radiale par rapport à un centre de la couronne. Cette orientation des lames permet d'une part d'en optimiser le nombre présent sur la couronne et d'autre part de ne pas interrompre une circulation d'un fluide de refroidissement pouvant passer le long de la machine électrique. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante comprenant :
- une pluralité de bobines,
- un stator sur lequel la pluralité de bobines est enroulée, la pluralité de bobines présentant des têtes de bobines, chaque tête de bobine dépassant longitudinalement du stator et présentant un creux,
- un rotor mobile à l'intérieur du stator par l'intermédiaire d'un arbre, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dissipateur thermique ou au moins un organe de dissipation de chaleur tels qu'ils sont définis précédemment.
Idéalement, la machine électrique comprend deux organes de dissipation organisés chacun en couronne, les couronnes étant plaquées sur chacune des faces verticales extérieures du stator de la machine électrique. Selon différentes caractéristiques de l'invention prises seules ou en combinaison, on pourra prévoir que :
- le stator comprend une surface extérieure sur laquelle des ailettes s'étendent.
- les ailettes sont alignées avec au moins une des lames du dissipateur ou de l'organe de dissipation telles que ces lames sont définies précédemment.
- les ailettes sont alignées avec chaque lame du dissipateur ou avec chaque lame de l'organe de dissipation de chaleur, telles que ces lames sont définies précédemment.
- la face arrondie de la première partie du dissipateur thermique est au contact du creux délimité par la tête de bobine.
- le dissipateur thermique ou l'organe de dissipation de chaleur est plaqué contre une face verticale du stator, notamment une face verticale extérieure du stator.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins dans lesquels :
- la figure ι est une vue en perspective d'un dissipateur thermique selon l'invention,
- la figure 2 est une vue d'une face avant d'un organe de dissipation de chaleur organisé en couronne de dissipation de chaleur,
- la figure 3 est une vue en perspective de la face arrière de l'organe de dissipation de chaleur de la figure 2,
- la figure 4 est une vue en perspective d'une machine électrique équipée de plusieurs dissipateurs thermiques selon l'invention, - la figure 5 est une vue en perspective d'une machine électrique équipé de deux organes de dissipation de chaleur, selon l'invention, organisés en couronne,
- la figure 6 est une vue partielle de la machine électrique de la figure 5, - la figure 7 est une vue coupe longitudinale de la machine électrique de la figure 5 sans les flasques,
- la figure 8 est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique de la figure 5 équipée d'une chemise. II faut tout d'abord noter que les figures exposent l'invention de manière détaillée pour mettre en œuvre l'invention, lesdites figures pouvant bien entendu servir à mieux définir l'invention le cas échéant. Il est à noter que ces figures exposent plusieurs modes et variantes de réalisation possibles de l'invention sans pour autant limiter la portée de l'invention. Dans la description qui va suivre, concernant un dissipateur thermique individuel, on se référera à une orientation en fonction des axes longitudinaux L, verticaux V et transversaux T, tels qu'ils sont définis arbitrairement par le trièdre L, V, T représenté sur la figure 1. Le choix des appellations de ces axes n'est pas limitatif de l'orientation que peut prendre le dissipateur thermique individuel dans son application à un organe de dissipation ou à une machine électrique tournante.
La figure 1 montre un dissipateur thermique 10, ici individuel, pour machine électrique tournante comprenant une première partie 1 configurée pour être au contact d'une tête de bobine de la machine électrique tournante. Le dissipateur thermique 10 est dit individuel car il est destiné, ici, à n'être au contact que d'une seule tête de bobine. Le dissipateur thermique 10 comprend aussi une deuxième partie 2, distincte de la première partie 1, assurant un échange thermique avec l'environnement extérieur. La première et la deuxième partie 1, 2 sont couplées thermiquement, cela signifie qu'il y a un échange de calories entre la première et la deuxième partie 1, 2. La deuxième partie 2 permet donc de refroidir la première partie 1.
La première partie 1 et la deuxième partie 2 s'étendent à partir d'une base commune 3. Plus précisément, chacune des parties 1, 2 s'étend à partir d'un côté opposé de la base commune 3. Ainsi la première partie 1 s'étend à partir d'une face inférieure 31 de la base commune 3, alors que la deuxième partie 2 s'étend à partir d'une face supérieure 32 de la base commune 3. La face inférieure 31 et la face supérieure 32 sont définies le long de l'axe vertical V. Première partie 1, deuxième partie 2 et base commune 3 forme une même pièce unitaire.
La première partie 1 est configurée pour être logée à l'intérieur d'un creux délimité par la tête de bobine. Pour cela, la première partie 1 peut se présenter sous la forme d'un doigt 11 ayant une section transversale comprenant un arc de cercle. Ainsi, le doigt 11 comprend une face arrondie 12 et une face verticale plane 13. La face arrondie 12 est la face destinée à venir au contact de la tête de bobine, une telle face arrondie 12 permet d'offrir à la fois une surface d'échange thermique maximale et une protection des fils formant les bobines lors de l'étape de bobinage. Dans l'exemple de réalisation représenté, le doigt 11 présente ici une section transversale en demi-cercle, la section transversale étant réalisée selon un plan défini par l'axe longitudinal L et l'axe transversal T.
La première partie 1 peut être creuse afin de réduire la masse du dissipateur thermique 10 ainsi que les masses soumises à échauffement dû aux champs magnétiques variables de la machine électrique. En plus d'être creuse, la première partie 1 peut présenter une section en U en étant ouverte sur sa face verticale plane 13, comme cela sera décrit plus loin.
La base commune 3, plus particulièrement sa face inférieure 31, est configurée pour être au contact d'une surface supérieure de la tête de bobine.
Selon l'exemple de réalisation illustré sur la figure 1, la base commune 3 présente une section transversale comprenant un arc de cercle, la section transversale étant réalisée selon un plan défini par l'axe longitudinal L et l'axe transversal T. Ici, la base commune 3 présente une section transversale en demi- cercle. Ainsi, la base commune 3 comprend, en plus de sa face inférieure 31 et de sa face supérieure 32, une face arrondie 33 s'étendant à partir d'une face verticale plane 34. La face verticale plane 34 s'étend dans un plan B défini par l'axe vertical V et l'axe transversal T.
Les demi-cercles formant la première partie 1 et la base commune 3 du dissipateur thermique 10 s'étendent à partir d'un même centre et présentent des rayons différents. En effet, le demi-cercle délimitant le doigt 11 présente un rayon inférieur au demi-cercle délimitant la base commune 3. Par ailleurs, la deuxième partie 2, assurant l'échange thermique avec l'environnement extérieur, comprend ici une pluralité de lames 25. Ces lames 25 permettent d'augmenter la surface d'échange thermique de la deuxième partie 2 avec l'environnement extérieur, le refroidissement s'en retrouve donc amélioré. Chaque lame 25 s'étend dans un plan LM défini par l'axe vertical V et l'axe longitudinal L. Le plan LM est, de préférence, perpendiculaire au plan B dans lequel s'étend la face verticale plane 34 de la base commune 3. De manière non limitative, le plan LM pourrait tout aussi bien être parallèle ou oblique au plan B. Les lames 25 sont à l'opposé de la première partie 1, par rapport à la base commune 3. Vue dans un référentiel de la machine tournante destinée à recevoir le dissipateur thermique objet de l'invention, les lames 25 s'étendent radialement et vers l'extérieur de la machine tournante. La première partie 1 s'étend quant à elle radialement et vers l'intérieur de la machine tournante, c'est-à-dire vers son axe de rotation.
Selon l'exemple de réalisation montré en figure 1, les lames 25 présentent des longueurs variables le long de l'axe longitudinal L du dissipateur thermique 10. Plus précisément, les lames 25 suivent l'arc de cercle de la base commune 3. Autrement dit, les lames 25 s'étendent à partir de la face arrondie 33. En outre, les lames 25 s'étendent, en longueur, partiellement sur la base commune 3. En effet, en partant de la face arrondie 33, les lames 25 s'interrompent avant d'atteindre la face verticale 34 de manière à libérer un espace pour des ailettes de refroidissement qui émergent périphériquement d'un stator de la machine tournante (voir notamment figure 4). Alternativement, les lames 25 peuvent s'étendre longitudinalement sur toute la base commune 3, de la face arrondie 33 à la face verticale 34. Il est à noter aussi que les lames présentent ici une hauteur constante le long de l'axe vertical V du dissipateur thermique 10. Bien entendu, les lames 25 pourraient présenter des hauteurs différentes entre elles.
Bien entendu, pour assurer son rôle de dissipateur, le dissipateur thermique 10 peut être réalisé dans un matériau thermo-conducteur s'échauffant peu sous l'effet d'un champ magnétique variable. Un tel matériau assure un transfert de chaleur amélioré. Ce matériau peut par exemple être de l'aluminium, un acier non magnétique, du titane ou un alliage à base de ces métaux ou encore un matériau synthétique chargé de fibres conductrices de chaleur. La figure 2 montre une pluralité de dissipateurs thermiques 10 assemblés entre eux afin de former un organe de dissipation 40. Chaque dissipateur thermique individuel 10 est relié aux dissipateurs thermiques 10 voisins par sa base commune 3. Ainsi, la première partie 1 et la deuxième partie 2 de chaque dissipateur thermique 10 faisant partie de l'organe de dissipation restent libres, ce qui permet d'assurer le refroidissement thermique des têtes de bobines. Bien entendu, les dissipateurs thermiques 10 pourraient être reliés entre eux par la première partie 1 ou la deuxième partie 2.
Les bases communes 3 sont reliées entre elles par une liaison de type mécanique, c'est-à-dire qu'elles peuvent par exemple être soudées ou être moulées ensemble. Ainsi, l'organe de dissipation 40 est monobloc, c'est-à-dire fait d'un seul tenant.
Selon le mode de réalisation illustré par les figures 2 et 3, l'organe de dissipation 40 est organisé en une couronne 50. Par couronne 50, il est entendu que l'organe de dissipation de chaleur 40 présente une multitude de dissipateurs thermiques 10 formant sensiblement un cercle fermé. Ici, l'organe de dissipation de chaleur 40 comprend douze dissipateurs thermiques 10 organisés en couronne 50. La forme circulaire de la couronne 50 présente l'avantage de bien s'intégrer dans une machine électrique tournante. Une telle couronne 50 permet, lors de son installation sur une machine électrique tournante, d'assurer le refroidissement de l'ensemble des têtes de bobines sur un des côtés de la machine électrique. Cette couronne 50 peut être réalisée monobloc ou en deux blocs afin de faciliter sa mise en place dans la machine électrique. Il est à noter que l'organe de dissipation de chaleur 40 pourrait prendre toute autre forme, telle qu'un carrée, un arc de cercle, ou un triangle selon les besoins.
Dans la description qui suit, les notions relatives telles que « intérieur » ou « extérieur » sont définies par rapport à un centre C de la couronne 50. La notion « d'intérieur » selon ce repère signifie que l'élément considéré se situe ou se dirige radialement vers l'intérieur de la couronne 50, vers son centre C, tandis que la notion « d'extérieur » selon ce repère signifie que l'élément considéré se situe ou se dirige radialement vers l'extérieur de la couronne 50 par rapport au centre C. De la même manière que le dissipateur thermique 10, on se référera à une orientation en fonction des axes longitudinal L, vertical V et transversal T, tels qu'ils sont définis arbitrairement par le trièdre L, V, T représenté sur la figure 2 ou 3. Le choix des appellations de ces axes n'est pas limitatif de l'orientation que peut prendre la couronne 50 dans son application à la machine électrique tournante. Comme cela est particulièrement visible sur la figure 3, chaque base commune
3 présente une section transversale rectangulaire, selon un plan défini par l'axe longitudinal L et l'axe transversal T. La base commune 3 peut alors présenter une face supérieure 31 et une face inférieure 32 de forme rectangulaire.
Les bases communes 3 reliées entre-elles délimitent un volume central 51 de la couronne 50. Les premières parties 1 de chaque dissipateur thermique 10 débouchent dans ce volume central 51. En outre, les bases communes 3 délimitent une section polygonale à N côtés, où N est égal au nombre de dissipateurs thermiques 10 compris dans l'organe de dissipation 40. De préférence, le nombre N de côtés de la section polygonale peut aussi être égal au nombre de dents du stator. La section polygonale est réalisée selon un plan contenu dans un référentiel défini par les axes vertical et transversal de la couronne tels qu'ils sont définis par le trièdre des figures 2 et 3. Une telle géométrie permet d'assurer que les bases communes 3 des dissipateurs thermiques 10 reposent sur les surfaces extérieures des têtes de bobines. Dans l'exemple représenté, la section polygonale verticale comporte douze côtés.
Les lames 25 s'étendent, ici, de manière radiale par rapport au centre C de la couronne 50 et suivent une direction axiale de la couronne 50, c'est-à-dire suivant l'axe longitudinal L. Cette orientation des lames 50 permet d'une part d'en optimiser le nombre présent sur la couronne 50 et d'autre part de ne pas interrompre une circulation d'un fluide de refroidissement pouvant passer le long de la machine électrique. Bien entendu, les lames 25 pourraient être orientées différemment. En effet, les lames 25 pourraient s'étendre selon l'axe transversal T de la couronne 50 ou être obliques par rapport à l'axe longitudinal L de la couronne 50.
En outre, les lames 25 présentent, ici, toutes des longueurs identiques le long de l'axe longitudinal L de la couronne 50 et s'étendent totalement sur la base commune 3. Bien entendu, les lames 25 pourraient s'étendre partiellement sur la base commune 3 et présenter des longueurs différentes. Il est à noter aussi que les lames présentent, ici, une hauteur constante le long de l'axe vertical V de la couronne 50. Bien entendu, les lames 25 pourraient présenter des hauteurs différentes entre elles. Comme cela est particulièrement visible sur la figure 3, la première partie 1 présente une section transversale en U en étant complètement ouverte sur sa face verticale plane 13, la section transversale étant réalisée dans un plan défini par l'axe longitudinal L et l'axe transversal T pour une première partie 1 s'étendant selon l'axe vertical V. Cette section transversale en U permet un allégement des masses et permet de former la face arrondie 12 présentant une même courbure que le creux formé par les têtes de bobines.
Nous allons maintenant décrire une machine électrique tournante 100 comprenant, selon un premier mode de réalisation illustré par la figure 4, des dissipateurs thermiques 10 individuels. Dans la description qui suit, les notions relatives telles que « intérieur »,
« inférieur », « extérieur » ou « supérieur » sont définies par rapport à un axe de rotation R défini comme l'axe autour duquel tourne un arbre 125 entraînant un rotor 120 de la machine électrique. La notion « d'inférieur » selon ce repère signifie que l'élément considéré se situe ou se dirige radialement vers l'intérieur de la machine électrique, en se rapprochant de l'axe de rotation R, tandis que la notion de « supérieur » selon ce repère signifie que l'élément considéré se situe ou se dirige radialement vers l'extérieur la machine électrique, en s'éloignant de l'axe de rotation R. La notion « d'intérieur » selon ce repère signifie que l'élément considéré se situe ou se dirige longitudinalement vers l'intérieur de la machine électrique, en se rapprochant d'un centre de la machine électrique, tandis que la notion « d'extérieur » selon ce repère signifie que l'élément considéré se situe ou se dirige longitudinalement vers l'extérieur la machine électrique, en s'éloignant du centre de la machine électrique. Un axe longitudinal est défini comme l'axe selon lequel la machine électrique s'étend dans sa longueur, l'axe longitudinal et l'axe de rotation R de la machine électrique sont alors confondus. L'axe longitudinal L précédemment décrit pour le ou les dissipateurs thermiques et l'axe de rotation R de la machine sont également confondus. Trois plans de références sont définis : un plan vertical Vi, un plan radial Ri et un plan tangentiel Ti. Le plan vertical Vi est perpendiculaire à l'axe de rotation R du rotor 120. Autrement dit, le plan vertical Vi peut correspondre à une face verticale du stator 110. Le plan radial Ri est parallèle à l'axe de rotation R du rotor 120 et passe par celui-ci. Autrement dit, le plan radial Ri peut correspondre à une face exposée de la machine électrique lors d'une coupe longitudinale. Le plan tangentiel Ti est aussi parallèle à l'axe de rotation R du rotor 120 mais ne passe pas par l'axe de rotation R du rotor 120. Le plan tangentiel Ti serait exposé si le stator 110 était coupé dans sa longueur légèrement sous sa surface extérieure. La figure 4 montre un stator 110 et un rotor 120 de machine électrique tournante 100. Des enroulements formant des bobines 102 sont montés sur le stator 110 et, par exemple, des aimants permanents 123 sont fixés au rotor 120. Le rotor 120, réalisé à partir d'un empilement de tôles rotoriques 121, est mobile en rotation par l'intermédiaire d'un arbre 125 autour de l'axe de rotation R. Dans cet exemple de réalisation, un empilement de tôles 112 forme le stator
110. Les tôles 112 comprennent au moins une ailette 114 et au moins une dent 115. Ici, chaque tôle 112 comprend quatre ailettes 114, les tôles 112 sont donc empilées de manière à ce que les ailettes 114 d'une tôle 112 donnée soient décalées par rapport aux tôles 112 adjacentes. De plus, chaque tôle 112 comprend un nombre D de dents 115, le nombre D étant égal au nombre de bobines. Ainsi, dans l'exemple de réalisation représenté, chaque tôle 112 comprend douze dents 115.
Aux extrémités longitudinales du stator 110, des dissipateurs thermiques individuels 10 sont plaqués sur les deux tôles 112 d'extrémité du stator 110, plus précisément sur les faces verticales extérieures du stator 110. Les fils formant les bobines 102 sont alors enroulés autour des dents 115 présentes sur les tôles 112 du stator 110 en passant par-dessus la première partie 1 du dissipateur thermique 10. Plus précisément, les fils formant les bobines 102 viennent au contact de la face arrondie 12 de la première partie 1. Cette face arrondie 12 permet alors de ne pas casser les fils lors du bobinage. En effet, les fils formant les bobines 102 peuvent être enroulés de manière dite dentaire, c'est-à-dire autour d'une seule dent du stator 110, ou de manière dite répartie, où les bobines sont enroulées autour de plusieurs dents 115 du stator 110. Dans tous les cas, on évite la formation de plis trop francs qui risquent d'endommager les fils de la tête de bobine.
Aux extrémités du stator 110, le bobinage des bobines 102, dentaire ou réparti, permet la formation de têtes de bobines 105. Chaque tête de bobine 105, enroulée autour d'un dissipateur individuel 10, forme un creux 104 dans lequel est logée la première partie 1, ici le doigt 11, du dissipateur individuel 10. Dans cet exemple de réalisation, toutes les têtes de bobines 105 sont équipées d'un dissipateur individuel 10. Bien entendu, il pourrait en être autrement avec une tête de bobine 105 sur deux ou sur trois équipée d'un dissipateur individuel 10, cela permettrait de réduire encore la masse de la machine électrique. Par ailleurs, il est à noter que la face inférieure 31 de la base commune 3 de chaque dissipateur individuel 10 repose sur la surface supérieure 106 de chacune des têtes de bobines 105. La face d'extrémité verticale 14 de la première partie 1, quant à elle, affleure la surface inférieure 107 des têtes de bobines 105.
Nous allons maintenant décrire une machine électrique tournante 100 comprenant, selon un deuxième mode de réalisation illustré par les figures 5 à 8, au moins un organe de dissipation de chaleur 40. Plus particulièrement, l'organe de dissipation de chaleur 40 se présente ici sous la forme d'une couronne 50. La machine électrique 100 comprend alors deux organes de dissipation 40 organisés en couronnes 50, chaque couronne 50 est alors plaquée sur chacune des faces verticales extérieures du stator 110, de part et d'autre de la machine électrique 100 le long de l'axe de rotation R.
Pour la lisibilité des figures 5 à 8, le stator 110 a ici été représenté de manière monobloc, mais il pourrait tout aussi bien être réalisé à partir d'un empilement de tôles 112. Comme montré en figure 5, l'arbre 125 entraînant en rotation le rotor est tenu en rotation par l'intermédiaire d'un palier de rotation 101, ce dernier pouvant par exemple être un roulement à billes à aiguilles ou un coussinet de frottement. Le palier de rotation 101 est quant à lui soutenu par un flasque 103 de la machine électrique 100. Une machine électrique 100 peut alors comprendre deux flasques 103 et deux paliers de rotation 101 situés aux deux extrémités longitudinales de la machine électrique 100. Chaque couronne 50 se retrouve donc enserrée entre un des flasques 103 et le stator 110.
Il est à noter que les lames 25 de la couronne 50 s'étendent bien dans un plan radial de la machine électrique 100 ou de la couronne 50, permettant une circulation d'un fluide le long de la machine électrique 100. Pour plus de visibilité, la figure 6 représente uniquement le stator 110 sur lequel sont montées les bobines 105 et les deux couronnes 50. On peut alors noter que les premières parties 1 sont creuses et présentent une section transversale en U. Ainsi, une telle section en U permet de crée un espace 55 entre la première partie 1 et la dent 115 du stator 110. II est également bien visible que la section polygonale de la couronne 50, ici à
12 côtés, formée par les bases communes 3 des dissipateurs thermiques 10, repose sur la surface supérieure 106 des têtes de bobines 105 et que les lames 25 de la couronne 50 s'étendent bien dans un plan radial de la machine électrique 100 ou de la couronne 50. Cela est particulièrement bien visible sur la figure 7, qui représente une coupe longitudinale de la machine électrique 100 représentée sans ses flasques 103.
La figure 7 montre cette coupe longitudinale réalisée dans un plan radial de la machine électrique 100 tournante. Cette coupe permet de mettre en évidence que les première parties 1 de la couronne 50 arrivent à fleur de la surface intérieure 107 des têtes de bobines 105. Autrement dit, les premières parties 1 ne s'étendent pas dans un entrefer 111, ce dernier étant défini comme l'espace situé entre le stator 110 et le rotor 120.
La figure 8 représente une variante de réalisation de la machine électrique 100 qui est ici équipée d'une chemise 108. Cette machine électrique 100 comprend deux organes de dissipation 40 en couronne 50, mais pourrait tout aussi bien comprendre des dissipateurs individuels 10.
La figure 8 montre une coupe longitudinale passant par l'axe de rotation R de la machine électrique 100. La chemise 108 recouvre les flasques 103 et le stator 110. Le recouvrement se fait selon l'axe de rotation R dans lequel la machine électrique 100 s'étend. Cette chemise 108 permet de confiner le flux du fluide de refroidissement qu'il soit liquide ou gazeux, de manière à le concentrer sur la paroi périphérique extérieure du stator.
Les lames 25 de la couronne 50 sont orientées dans le sens de la longueur de la machine électrique 100 et sont légèrement espacées de la chemise 108. Une telle disposition des lames 25 facilite une circulation d'un fluide entrant par un manchon 109 et sortant par un autre manchon 109 situé, dans cet exemple de réalisation, à une extrémité diamétralement et longitudinalement opposée de la chemise 108 recouvrant la machine électrique 100. La circulation du fluide de refroidissement d'un manchon 109 à l'autre permet également le refroidissement du stator 110 et celui-ci peut être amélioré avec la présence d'ailettes à sa surface.
La description qui précède explique clairement comment l'invention permet d'atteindre les objectifs qu'elle s'est fixés, et notamment de proposer un dissipateur thermique efficace s'adaptant à une machine électrique réduite en taille. L'invention trouve de nombreuses applications avantageuses, qu'il s'agisse d'un dissipateur thermique individuel ou d'un organe de dissipation de chaleur, organisé en couronne fermée ou en une pluralité de dissipateurs thermiques formant des secteurs angulaires de la machine électrique tournante.
Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier au dissipateur thermique individuel ou à l'organe de dissipation de chaleur qui viennent d'être décrit à titre d'exemple non limitatif, dès lors que l'on met en œuvre au moins une première partie configurée pour être logée à l'intérieur d'un creux délimité par la tête de bobine, au moins une deuxième partie, distincte de la première partie, assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, avec la première partie et la deuxième partie couplées thermiquement. En tout état de cause, l'invention ne saurait se limiter aux modes de réalisation spécifiquement décrits dans ce document, et s'étend en particulier à tous moyens équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de ces moyens.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dissipateur thermique (10) pour machine électrique tournante (100) comprenant :
- une première partie (1) configurée pour être au contact d'une tête de bobine (105) de la machine électrique tournante (100),
- une deuxième partie (2), distincte de la première partie (1), assurant un échange thermique avec un environnement extérieur, la deuxième partie (2) étant couplée thermiquement à la première partie (1),
caractérisé en ce que la première partie (1) est configurée pour être logée à l'intérieur d'un creux (104) délimité par la tête de bobine (105).
2. Dissipateur thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première partie (1) et la deuxième partie (2) s'étendent à partir d'une base commune (3), chacune des parties (1, 2) s'étendant à partir d'une face opposée de la base commune (3).
3. Dissipateur thermique selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la base commune (3) est configurée pour être au contact d'une surface supérieure (106) de la tête de bobine (105).
4. Dissipateur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la deuxième partie (2) comprend au moins une lame (25) assurant l'échange thermique avec l'environnement extérieur.
5. Dissipateur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (1) présente au moins une face arrondie (12) configurée pour être au contact de la tête de bobine (105).
6. Dissipateur thermique selon la revendication précédente prise en combinaison avec au moins la revendication 4, caractérisé en ce que chaque lame
(25) s'étend dans un plan (LM) perpendiculaire à un plan (B) dans lequel s'étend la face verticale plane (34) de la base commune (3).
7. Dissipateur thermique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la première partie (1) est creuse.
8. Organe de dissipation de chaleur (40) pour machine électrique tournante (100), caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs dissipateurs thermiques (10) définis selon l'une quelconque des revendications précédentes.
9. Organe selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisé en ce que les dissipateurs thermiques (10) sont reliés entre eux par leurs bases communes (3).
10. Organe selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il est organisé en une couronne (50).
11. Organe selon la revendication précédente prise en combinaison avec la revendication 9, caractérisé en ce que les bases communes (3) reliées entre-elles délimitent un volume central (51) de la couronne (50) et présentent une section polygonale à N côtés, où N est égal au nombre de dissipateurs thermiques (10) compris dans l'organe de dissipation de chaleur (40).
12. Organe selon la revendication 10 ou 11 prise en combinaison avec au moins la revendication 4, caractérisé en ce que chaque lame (25) s'étend de manière radiale par rapport à un centre (C) de la couronne (50).
13. Machine électrique tournante (100) comprenant :
- une pluralité de bobines (102),
- -un stator (110) sur lequel la pluralité de bobines (102) est enroulée, la pluralité de bobines (102) présentant des têtes de bobines (105), chaque tête de bobine (105) dépassant longitudinalement du stator (110) et présentant un creux (104),
- un rotor (120) mobile à l'intérieur du stator (110) par l'intermédiaire d'un arbre (125),
caractérisée en ce qu'elle comprend au moins un dissipateur thermique (10) défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 ou au moins un organe de dissipation de chaleur (40) défini selon l'une quelconque des revendications 8 à 12.
14. Machine selon la revendication précédente, caractérisée en ce que le stator (110) comprend une surface extérieure sur laquelle des ailettes (114) s'étendent.
15. Machine selon l'une quelconque des revendications 13 à 14, caractérisée en ce que le dissipateur thermique (10) ou l'organe de dissipation de chaleur (40) est plaqué contre une face verticale du stator (110).
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