Brevet FR2429116A1 — publié le 19800118

La présente invention concerne d'une façon générale un dispositif électromécaniqueàusages multiples qui remplit une fonction de pompage, comme celle qui pourrait être nécessaire dans un système de climatisation, ainsi qu'une fonction de génération d'énergie électrique, de manière à ne pas avoir à utiliseras par exemple, un alternateur entraîné séparément. Dans le passé, les véhicules comportaient une source d'énergie, telle qu'un moteur à combustion interne, qui outre l'énergie nécessaire à ltentraînement du véhicule délivrait également l'énergie nécessaire à un certain nombre d'autres dispositifs par de nombreuses courroies trapézoïdales, poulies, etc. Plus spécialement, un tel moteur entraîne une génératrice électrique ou un alternateur, une pompe à eau, une pompe de direction assistée, une pompe ou compresseur de climatisation, divers dispositifs anti-pollution et peut-être encore d'autres dispositifs. L'alternateur courant est entrainé par le moteur par l'intermédiaire d'une courroie trapézoïdale et d'une poulie de diamètre relativement petit , par exemplev d'un diamètre de l'or- dre de 63,3 mm. En conséquence, l'alternateur tourne donc à une vitesse relativement élevée pour engendrer une tension alternative à fréquence relativement élevée. A cette tension alternative à fréquence relativement élevée, les pertes dans la carcasse statorique sont assez grandes et,avec une telle poulie de petit diamètre, le patinage de la courroie pose un grave problème. Au moins du point de vue dimensionnel, des poulies plus grandes et des fréquences plus basses ont été jusqu'à présent inutilisables. tes compresseurs destinés aux systèmes de climatisation de véhicules sont également entraînés par courroie à partir du moteur par l'intermédiaire d'une poulie qui est accouplée sélectivement à l'arbre du compresseur par un embrayage électromagnétique. te plus souvent, cet embrayage électromagnétique n'est pas embrayé etla poulie du compresseur, de même que la courroie trapézoïdale, sont en "roue libre", sans apporter de contribution au système si ce n'est des pertes par frottement.En comparaison d'un alternateur, le compresseur courant tourne à une vitesse angulaire moindre, présente une poulie de grand diamètre (une poulie d'un diamètre de 152 mm n'étant pas rare) et une structure globale légèrement plus grande. te plus grand diamètre de la poulie et la plus faible vitesse atténuent le patinage de la courroie et les problèmes associés. I1 est également connu dans la technique antérieure , par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique NO 2 660 865, d'utiliser un arbre commun pour une pompe et une dynamo électrique, toutefois ces tentatives de la technique antérieure ne sont parvenues tout au plus qutà placer les deux machines bout à bout, ce qui s'est traduit par une longueur axiale d'un poids et d'un prix globaux correspondant sensiblement à la somme de ces caractéristiques des composants individuels respectifs. La présente invention a notamment pour objets Un dispositif électromécanique unique qui remplace la dynamo et la pompe normales d'un véhicule ; un agencement moins encombrant, moins lourd et moins coûteux dans lequel un rotor d'alternateur tourillonne sur des paliers nécessaires pour une pompe et le stator est supporté par le carter de la pompe; de remplir la fonction de l'alternateur avec moins de perte par frottement et par courant de Foucault en comparaison des alternateurs susmentionnés ; et un tel dispositif électromécanique qui remplit la fonction d'un alternateur tout en diminuant le bruit associé aux alternateurs de la technique antérieure dû au patinage de la courroie et au fonctionnement à grande vitesse ou à une accélération rapide.En général, le groupe pompe-dynamo selon la présente invention comprend un carter de pompe présentant un arbre de commande orienté axialement, un élément rotatif devant être entrainé par exemple par un moteur de véhicule pour tourner autour de l'axe de l'arbre de commande, un ensemble d'aimants permanents sur l'élément rotatif pour engendrer un champ magnétique tournant lorsque ledit élément est en trainé, et un stator annulaire fixé au carter de la pompe et présentant des enroulements destinés à engendrer une tension électrique en réponse au champ magnétique tournant.Dans la forme de réalisation préférée, l'arbre de commande et le stator annulaire sont disposés concentriquement de façon que le stator annulaire se trouve entre 11 arbre de commande et l'ensemble des aimants permanents. I1 est possible de prévoir un embrayage pour accoupler et désaccoupler sélectivement l'élément rotatif et l'arbre de la pompe ; toutefois, la dynamo fonctionne indépendamment du fait que l'embrayage est embrayé ou débrayé. Ainsi, il est possible de prévoir une dynamo solidaire d'une pompe mais fonctionnant indépendamment de cette dernière. D'une façon générale et selon une forme de réalisation de l'invention, un compresseur d'un système de climatisation de véhicules comporte un arbre, un volant entrainé continuellement qui peut être accouplé sélectivement à l'arbre pour entraîner le compresseur et qui est capable d'engendrer de l'énergie électrique en réponse à la rotation du volant,grace à la présence d'un ensemble d'aimants permanents qui tourne avec le volant, et d'un stator annulaire relativement fixe comportant des enroulements destinés à engendrer la tension électrique en réponse au champ magnétique tournant L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels la figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif électromécanique selon une forme de réalisation préférée de la présente invention la figure 2 est une vue éclatée du dispositif électromécanique de la figure 1 la figure 3 est une vue de côté avec coupe partielle du dispositif électromécanique de la figure I la figure 4 est un schéma de montage électrique en partie sous forme synoptique, illustrant un circuit électrique pour l'alternateur de la présente invention ; et la figure 5 est une vue de côté avec coupe partielle d'une variante du dispositif électromécanique de la présente invention. Sur les diverses figures, les mêmes numéros de référence désignent des pièces analogues. Dans un véhicule, la source d'énergie, telle qu'un moteur à combustion interne, comporte une poulie 11 entrainée par exemple par le vilebrequin du moteur et sur la figure 1, cette poulie est accouplée par une courroie trapézoïdale 13 de manière à entraîner une autre poulie 15 chaque fois que le moteur tourne. La poulie 15 entraîne l'alternateur de la présente invention chaque fois que le moteur fonctionne et,lorsqu'un embrayage 17 est embrayé, elle entrain également un compresseur 19 de climatiseur. Trois conducteurs 20, 22 et 24 partent des enroulements de phase de l'alternateur, montés en triangle, et un conducteur 26 d'excitation de l'embrayage ou commandé par ce dernier part d'un électro-aimant d'actionnement de l'embrayage pour aboutir à un interrupteur thermostatique ou de commande 32 destiné à commander l'embrayage.L'autre conducteur d'excitation de l'embrayage peut être mis à la masse. Ainsi, la figure 1 illustre un groupe pompe-dynamo et un tel montage combiné remplit la fonction d'un compresseur destiné au système de climatisation du véhicule ainsi que la fonction d'une dynamo ou d'un alternateur pour satisfaire aux besoins en courant électrique du véhicule. La construction et le fonctionnement détaillés d'un tel montage combiné seront mieux compris en examinant ensemble les figures 2 et 3. La pompe ou compresseur 19 présente un carter 21 duquel se prolonge axialement un arbre mené 23 dont la rotation entraîne le compresseur de façon classique. Au carter 21 est également assujetti un stator annulaire 25 d'une dynamo qui comporte une armature magnétique feuilletée 27 dans les encoches de laquelle sont disposés des enroulements 29. Au carter 21 est également assujettie une bobine annulaire 31 qui, lorsqu'elle est excitée, engendre un champ magnétique pour actionner l'embrayage 17. L'arbre 23 peut être considéré comme tournant autour d'un axe imaginaire 33 et la bobine annulaire 31 ainsi que le stator sont fixés au carter 21, de façon à être concentriques l'un à l'autre et à l'axe 33. Egalement, ces deux derniers éléments annulaires sont concentriques à l'arbre 23 du compresseur. L'arbre 23 est fixé à un élément 39, par exemple par une clavette 35 se logeant dans une rainure 37, par filetage ou par ces deux moyens.Cette fixation par filetage peut être facilitée par un écrou 41 et un filetage 43 de l'arbre ou vilebrequin du compresseur. Une plaque 45 de support de ltembrayage est également fixée à l'élément 39 et à distance de ce dernier. La plaque 45 peut être reliée à l'élément 39, par exemple par des boulons ou rivets 47 et ces boulons ou rivets 47 sont également fixés par une extrémité d'un ressort 49 à la plaque de support de l'embrayage. Comme représenté, les extrémités de trois de ces ressorts 49, qui sont éloignées des boulons ou rivets 47, sont fixées au plateau 51 d'embrayage.Si l'arbre 23 est immobile, il en est' de même de l'élément 39, de la plaque 45 de support de l'embrayage, des ressorts à lame 49 et du plateau d'embrayage 51. Toutefois, le plateau 51 peut se mouvoir légèrement dans le sens axial, grâce à la flexion des ressorts 49, lorsque la bobine annulaire ou bobine 31 d'actionnement de l'embrayage est excitée. L'excitation de la bobine 31 se traduit par une traction du plateau d'embrayage 51 axialement en direction d'une surface latérale 53 de la poulie 15, de façon à le mettre en contact de frottement avec ladite surface 53 pour relier un élément rotatif 55 au vilebrequin 23 du compresseur. Lorsque la bobine 31 est désexcitée, par exemple par une commande manuelle ou thermostatique (non représentée), le plateau d'embrayage 51 est ramené par l'actionduressort 49 à sa position de repos et n'est plus en contact de frottement avec la surface 53.Toutefois, dans cette position de repos, le compresseur 19 est inactif, 11 élément rotatif 55 tournant en roue libre autour de l'axe 33 sur un palier 57. L'élément rotatif 55 comporte non seulement la poulie 15 mais également un ressort 59 de retenue du palier et un rotor 63 de dynamo qui comprend un volant 65 et une série d'aimants permanents 67 formant ensemble un rotor multipolaire pour l'alternateur. tes aimants permanents 67 peuvent être collés sur le bord interne du volant 65. le volant 65 et ses aimants permanents 67 sont également concentriques dans des limites raisonnables par rapport à l'axe 33. Le volant 65 peut présenter une série d'ouvertures 69 laissant passer l'air pour refroidir le stator de l'alternateur. Un ventilateur de refroidissement peut être monté sur l'élément 65 pour refouler l'air dans les ouvertures 69, dans le cas où le ventilateur principal de refroidissement du véhicule n'est pas placé favorablement par rapport à cet alternateur.Les ouvertures de passage d'air sont séparées par des ames qui peuvent être pliées pour former une structure analogue à un ventilateur. Lorsque la bobine fixe annulaire 31 n'est pas excitée pour engendrer un champ magnétique, l'embrayage 17 est immobile et le compresseur 19 est au repos, même si le moteur fonctionne et entraine la courroie 13 pour faire tourner la poulie 15, le ressort de retenue 59, le volant 65 et ses aimants permanents 67 autour du stator 25, et engendrer une tension dans ses enroulements. L'excitation de la bobine 31 met le plateau d'embrayage 51 en contact avec la surface 53 de la poulie 15 et, en outre, provoque l'entrainement par frottement de l'embrayage 17 et du vilebrequin 23 du compresseur. L'espace axial est réduit par l'emboîtement de la dynamo et du compresseur, comme on le voit plus particulièrement sur la figure 3. Ainsi, les éléments de l'alternateur, comme les aimants permanents 67 et le stator 25, comprenant le feuilleté statorique 27 et les enroulements 29, sont emboîtés sur la bobine 31 ainsi que le palier 57 et l'élément 39 venant enpSisesvecl'srbre, et les recouvrent partiellement. Ceci permet une réduction importante de l'espace et du poids par rapport à une simple liaison bout à bout d'une dynamo et d'un compresseur. il est évident que des électro-aimants excités par des bagues collectrices montées sur l'élément 39 peuvent remplacer l'élément permanent 67. Bien qu'il soit possible d'utiliser de nombreux types d'enroulements dans le stator annulaire 25, les alternateurs connus utilisent des enroulements reliés selon un montage triphasé en V ou en étoile, le point central du V n'étant pas mis à la masse. Six diodes sont utilisées pour relier un tel montage en V, par exemple à une batterie d'accumulateurs d'un véhicule, trois de ces diodes transmettant le courant d'une borne de la batterie à chacun des trois conducteurs respectifs d'enroulements, tandis que les trois autres diodes relient ces mêmes trois conducteurs respectifs à l'autre côté de la batterie. Un tel montage connu des enroulements conviendrait parfaitement dans la présente invention, toutefois, la figure 4 illustre un autre mode de montage des enroulements qui peut être préféré dans certains véhicules. Sur la figure 4, les trois enroulements 29 sont montés en triangle, chaque jonction des enroulements, comme indiqué en 71, étant reliée par une diode 73 à la borne positive d'une batterie d'accumulateurs 75. Un régulateur de tension 77 peut détecter la tension aux bornes de la batterie et délivrer des signaux appropriés de commande à des redresseurs au silicium, comme indiqué en 79, de façon à laisser passer le courant de charge ou à le bloquer, selon l'étant de charge de la batterie 75. Sur la figure 5, une ailette 80 de ventilateur est supportée par un arbre 82 relié à une pompe 84 telle que la pompe à eau du véhicule comportant un rotor 87. te carter 84 de la pompe à eau supporte le feuilleté statorique 86 sur lequel sont disposés des enroulements 88. Une poulie 90 est entraînée par le moteur et entraîne elle-même un volant 92 supportant les aimants permanents 94 pour constituer une dynamo ou alternateur fonctionnant sensiblement comme on l'a décrit plus haut. Ce montage de l'alternateur directement derrière le ventilateur de refroidissement du véhicule assure un excellent refroidissement de l'enroulement de l'alternateur, des redresseurs au silicium et des diodes. le rotor de l'alternateur est commun au ventilateur du véhicule et à l'arbre de la pompe à eau. il va de soi que le dispositif décrit et représenté peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, la forme de réalisation préférée représentée est un groupe alternateur-compresseur, toutefois des pompes qui se trouvent dans des véhicules et qui sont différentes d'une pompe d'un compresseur de climatiseur pourraient être aussi avantageusement associées à un alternateur ou autre type de génératrice selon la présente invention. Une console pourrait aussi supporter l'alternateur en l'absence d'un compresseur. REVENDICATIONS 1. Groupe compresseur-dynamo pour un moteur de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporteuncompresseur destiné à comprimer le réfrigérant dans un système de climatisation d'automobile , comportant un carter présentant une face extrême au-delà de laquelle se prolonge un arbre menant ; un moyeu tourillonnant sur l'arbre et destiné à être entraîné par le moteur pour tour ner autour dudit arbre un ;-unvolant relié au moyeu et tournant avec lui, ledit volant présentant une bride annulaire à sa périphérie à proximité de la face extrême du carter, ladite bride ayant une surface de support concentrique à l'arbre ; un rotor supporté par la surface de support de la bride du volant ; un stator supporté par la face extrême du carter concentriquement au rotor et entourant l'arbre ; et un embrayage pouvant être actionné sélectivement pour accoupler le moyeu à l'arbre, ledit embrayage comprenant une partie assujettie à l'arbre et tournant avec lui, un plateau d'embrayage destiné à entrer en contact d'entraînement avec le moyeu, et une bobine entourant concentriquement le moyeu et de-stinée, lorsqu'elle est équipée, à solliciter le plateau d'embrayage en contact d'entraînement avec le moyeu. 2. Groupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rotor comporte des aimants permanents destinés à engendrer un champ magnétique tournant. 3. Groupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator comporte une carcasse magnétique feuilletée dans les encoches de laquelle sont disposés des enroulements. 4. Groupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyeu rotatif comprend une poulie destinée à accoupler le rotor à une source d'énergie. 5. Groupe selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyeu présente plusieurs ouvertures destinées à laisser passer l'air pour refroidir ledit stator de la dynamo. 6. Groupe pompe-dynamo pour un moteur de véhicule, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe comprenant un carter ayant une face, des paliers supportés dans le carter et un arbre menant tourillonnant dans lesdits paliers et se prolongeant au-delà de la face du carter ; un moyeu rotatif supporté par l'arbre pour tourner avec lui ; un stator de dynamo ou alternateur monté sur la face du carter et supporté uniquement par ladite face, le stator étant placé à proximité de la face du carter ; et un rotor d'alternateur assujetti au moyeu, ce dernier et le rotor de l'alternateur tourillonnant sur les paliers de la pompe, le rotor étant placé à proximité de la face du carter radialement vers l'extérieur du stator et concentriquement audit arbre. 7. Groupe selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'arbre menant comporte un embrayage destiné à mettre la pompe en marche indépendamment de l'alternateur. 8. Groupe selon la revendication 7, caractérisé en ce que le rotor entoure le stator, ledit embrayage comportant une bobine de commande entourant concentriquement l'arbre, le stator entourant concentriquement ladite bobine. 9. Groupe selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'embrayage comporte un plateau destiné à entrer en contact d'entraînement avec un élément menant en réponse à l'excitation de la bobine, ledit plateau d'embrayage étant relié à l'arbre et tournant avec lui. 10. Groupe selon la revendication 6, caractérisé en ce que la pompe est une pompe à eau. Il. Groupe selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un ventilateur de véhicule supporté par l'arbre menant pour tourner avec lui.