Brevet FR2480042A1 — publié le 19811009

La présente invention concerne une génératrice intégrée à un volant, notamment, alternateur de véhicule automobile, comportant un stator et un rotor, agencée en génératrice hétéropolaire avec un bobinage d'excitation et un bobinage de sortie du courant alternatif, son rotor étant fixé au volant du moteur du véhicule, Habituellement une telle génératrice est entratnée par le vilobroquin par l'intermédiaire de poulies a gorge et de courroies trapézoidales. Ceci présente le désavantage que la pénératrice, en tant qu'ensemble de construction distinct, est exposée a' des dommages mécaniques et à l'encrassement habituel dans l'espace moiteur du véhicule Par ailleurs, la dépense néces- saire pour le mécanisme de l'entraînement de la génératrice n'est pas faible, en plus ce mécanisme est sujet à des incidents. La génératrice selon l'invention, destinée à remédier à ces inconvénients est caractérisée en ce que le stator porte aussi bien le bobinage d'excitation que le bobinage de sortie. Une telle génératrice présente vis-à-vis des réalisations connues l'avantage d'être logée à l'intérieur du carter du système d'entrainent, ce qui la protège mécaniquement. Il faut indiquer comme autre avantage que la génératrice, située à l'intérieur du carter, est indirectement refroidie par le système de refroidissement du mécanisme dentratnement et est maintenue à une température de marche largement constante. La génératrice selon l'invention permet de réduire le moment d'inertie du volant, du système deentralAnement de la valeur du moment d'inertie du rotor. Le rotor ne représente donc aucun poids supplémentaire et, bien plus, il ne faut considérer comme poids de la génératrice que le poids du stator. D'autres conceptions avantageuses d'amélioration de la génératrice telle que définie ci-dessus sont possibles grave aux dispositions indiquées dans la suite. Il est particulièrement avantageux que la généra- trice participe à la réduction du poids du système d'entraîne- ment par le fait qu'elle est intégrée avec le volant. Le poids de la génératrice elle-même est aussi réduit et de façon plus précise, il ne comprend que le poids du stator si l'on utilise le rotor de la génératrice comme volant Enfin, il n'est pas nécessaire que le stator recouvre la totalité de la périphérie du rotor, ce qui permet de loger la génératrice de façon particulièrement peu encombrante. Lorsque le stator est partagé en plusieurs segments, comportant des bobinages de sortie distincts les uns des autres, il peut être avantageux de relier chacun des segments à un circuit récepteur propre, par exemple récepteur d'une tension différente ou récepteur à tension alternative. On peut prévoir des convertisseurs de courant à impulsions multiples, - reliés aux bobines de sortie - pour obtenir un courant continu. Le segment du stator peut être disposé en direction radiale, ou en direction axiale, par rapport à la périphérie extérieure du rotor. Une disposition judicieuse du bobinage d'excitation permet d'atteindre un flux magnétique élevé pour une tension d'exploitation donnée et un encombrement angulaire donné. Par rapport à des dispositions connues, on peut donc atteindre une puissance de sortie plus élevée de la génératrice. Selon une exécution judicieuse des segments du stator, on peut les fabriquer tout d'abord d'une pièce sous forme d'un anneau puis les obtenir séparément en découpant cet anneau. Lorsqu'on utilise des segments de stator en forme de U, la puissance de sortie de la génératrice est largement indépendante du jeu des paliers du rotor.Selon une exécution appropriée, les bobinages peuvent avantageusement s'obtenir sous forme de bobines distinctes préfabriquées à monter entièrement terminées ; de plus, on obtient de faibles longueurs moyennes de conducteur pour le bobinage d'excitation et le bobinage de sortie. a) - le segment du stator ayant essentiellement la forme d'un U, les deux ailes du segment en forme de U se terminent en direction axiale par rapport à la périphérie extérieure du rotor. b) - les deux ailes du segment en forme de U portent un bobinage de sortie. c) - les ailes du segment qui portent le bobinage de sortie sont repliées en direction du rotor d) - une seule des ailes du segment en forme de U porte un bobi nage de sortie. e) l'aile du segment qui porte le bobinage de sortie est repliée en direction du rotor. f) - le rotor est exécuté sous forme d'anneau en tôle feuilletée comportant des encoches et des dents. g) - le rotor est exécuté sous forme de bande en t81e feuilletée ondulée, en forme de méandre en direction radiale. h) - le rotor est fixé au volant avec un feuillard rapporté des deux catés. i) - le rotor est fixé au volant à l'aide de broches. j) - les broches sont entourées de manchons isolants. k) - le rotor est moulé dans un matériau non magnétique et constitue avec ce matériau un anneau que l'on peut rapporter sur le volant. 1) - le rotor est une spire de forme annulaire de t8le pour dynamo et les encoches y sont découpées à l'état encore développé m) - le segment de stator est fabriqué par découpage d'une spire de forme annulaire de tôle pour dynamo, où des encoches sont découpées à a état encore développé. n) - le segment de stator comporte une fente pour le bobinage de sortie et une fente disposée perpendiculairement à la précédente pour le bobinage d'excitation. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci après et des dessins annexés- représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 représente le montage mécanique et donne une vue du carter d'un mécanisme d'entrainement de véhicule comportant la génératrice conforme à l'invention - les figures 2 à 4 montrent des exemples dsexécu- tion du stator, les figures 2, 3, 5 et 6 montrent des exemples d'exécution de la couronne formant rotor. La figure 1 montre la structure d'une génératrice hétéropolaire, comme on l'utilise pour l'invention, et donne une coupe longitudinale du carter du mécanisme d'entraânement d'un véhicule, par exemple pour un moteur à combustion interne, avec en particulier une vue sur le volant et l'embrayage. De la réalisation connue en soi, ne seront décrites que les pièces qui ont de l'importance pour la compréhension de l'invention. Un vilebrequin 21 avec un flasque 22 tourillonne, à l'aide d'un palier lisse 23, dans le carter 24 du moteur à combustion interne. Sur le carter moteur 24 est rapporté un carter d'embrayage 25 qui contient entre autre l'embrayage 26. Un volant 27, bridé à l'aide de vis 28 du vilebrequin 21, est également contenu dans le carter d'embrayage 25. Un stator 11 est fixé dans le carter d'embrayage 25. Ce stator 11 porte un bobinage d'excitation 12 et un bobinage de sortie de courant alternatif 13. Les bobinages 12 et 13 sont logés dans des encoches 15 entre des dents 16. Dans l'alésage du stator 11 est monté un rotor 18 pouvant tourner autour de l'arbre 17. Ce rotor 18 comporte, pour produire des variations de conductance, des dents 19 dirigées vers le stator 11, ou bien est constitué d'une couronne en tale en forme de méandre et feuilletée, qui pénètre partiellement dans le stator 11 en forme de U. En ce qui concerne l'invention, le stator 11 et le rotor 18 sont exécutés en tôle et donc feulletés. I1 n'est pas nécessaire que le stator 11 s'étende sur toute la périphérie du rotor 18. En raison du diamètre relativement important du rotor 18, imposé par le diamètre du volant 27, la puissance nécessaire de la génératrice peut être fournie par un stator 11 qui ne recouvre qu'une partie de la périphérie du rotor 18. I1 est possible de diviser le stator 11 en un certain nombre de segments et de disposer en conséquence la partie 11 du stator selon la figure 1 dans le carter d'embrayage. Chacun des différents segments peut alors alimenter, par exemple par l'intermédiaire de bobinages de sortie séparés les uns des autres 13a, 13b ..., une partie distincte du réseau de bord, par exemple avec une valeur différente de la tension ou un récepteur à tension alternative. Dans un exemple de réalisation de l'invention selon la figure 2, le rotor est constitué sous forme de roue dentée en tôle feuilletée avec des dents 19. Cette roue dentée 18, 19 est rapportée, comme on l'a déjà dit, sur le volant 27. Le stator 11 est disposé en forme de segment circulaire en direction radiale le long de la périphérie de la roue dentée 18, 19. Le segment 11 porte un bobinage d'excitation 12, qui est par exemple bobiné autour de la partie médiane du segment 11, et un bobinage de sortie de courant alternatif 13, qui sont logés dans des encoches 15 ménagées sur la face du segment côté rotor 18. Par ailleurs, on a utilisé sur la figure 2 et les figures suivantes, pour les mêmes éléments, les mêmes repères que pour la figure 1. Dans les exemples d'exécution des figures 2 et 3, pour un nombre relativement faible de dents de rotor et en raison de la longueur moyenne favorable du bobinage d'excitation, on peut obtenir dans un espace angulaire donné un flux magnétique d'excitation élevé pour une tension d'exploitation donnée Par rapport aux exécutions comportant un bobinage d'excitation 12 réparti en deux bobines le long de la périphérie, la disposition du bobinage d'excitation 12 selon l'exemple d'exécution des figures 2 ou 3 permet d'obtenir une génératrice d'une puissance massique plus favorable. Dans l'exemple d'exécution de la figure 3, les dents 19 de la roue dentée en tole feuilletée 18, qui constitue le rotor et est fixée sur le volant 27, sont disposées en direction axiale C'est également en direction 'ale qu'un segment de stator Il se trouve en face de la roue dentée 18, 19. Les bobinages d'excitation 12 et de sortie 13 sont prévus comme dans l'exemple d'exécution de la figure 2 On peut fabriquer la couronne dentée du rotor 18, 19 et les segments de stator 11 en feuillard de tble pour dynamo ; on y découpe tout d'abord les encoches en tenant compte de la modification de diamètre, puis on fabrique la couronne dentée 18, 19 et le segment de stator ll sous forme dBune spire Après fixation de la spire de forme annulaire par collage ou rivetage, on peut découper les segments de stator 11 dans les anneaux ainsi obtenus Une reprise n'est nécessaire que sur la face frontale encochée de la spire de forme annulaire et dans le cas d'une fixation de par la forme sur la face interne ou externe de la roue dentée du totor 18, 19 qui vient sur le volant 27. La figure 4 montre deux variantes d'un autre exemple d'exécution. Sur le volant 27 est fixée une couronne 18 formant rotor, en forme de méandre et en tôle feuilletée. Des segments de stator feuilletés 11 portent un bobinage d'excitation concentré 12 et un bobinage de sortie de courant alternatif 13 réparti - figure 4a - ou concentré - figure 4b-. La figure 5 montre comment on peut fixer la couronne 18 formant rotor et en forme de méandre sur le volant 27. Dans l'exemple d'exécution de la figure 5a, la couronne formant rotor 18 est fixée au volant 27 au moyen dune enveloppe en tale 31 qui enferme a moitié la couronne 18. Dans l'exemple d'exécution sur la figure 5he la couronne 18 est fixée à l'aide de broches 32. Ces broches 32 peuvent entre entourées de manchons isolants 33 ; c'est ce que représente la figure 5c. Enfin la couronne 18 peut être noyée d'un caté dans un matériau non magnétique 34. L'aluminium s'est avéré comme particulièrement favorable dans ce but.La couronne formant rotor 18 est alors fixée en même temps que ce matériau 34 non magnétique coulé sur le volant 27, figure 5d. Grâce au fait que dans les exemples d'exécution selon les figures 4 et 5, la couronne formant rotor 18 est entourée des deux cotés par le segment de stator ou les segments de stator 11, la puissance fournie par la génératrice est indépendante du jeu des paliers du rotor 18 ou du volant 27. On empile et on réunit les segments de stator feuilletés 11 soit sous forme de découpe ouverte - figure 4a - soit sous forme de pièces découpées distinctes - figure 4b -. Les bobinages 12, 13 peuvent, du point de vue technique de fabrication, se réaliser de façon très favorable comme bobines concentrées, puis se poser comme bobines terminées. La figure 6 montre un exemple d'exécution où les segments de secteur de stator 11 ont la forme d'un fer à cheval et comportant des encoches en forme de fentes 35, 36 pour le bobinage de sortie 13 et le bobinage dlexcitation 12. Dans cet exemple d'exécution, la puissance électrique fournie par la génératrice est également largement indépendante du jeu des paliers du rotor 18. De plus la conformation choisie se traduit par une faible longueur moyenne des conducteurs du bobinage d'exécution 12 et du bobinage de sortie 13. REVENDICATIONS 1 ) Génératrice intégrée à un volant, notamment alternateur de véhicule automobile, comportant un stator et un rotor, agencée en génératrice hétéropolaire avec un bobinage d'excitation et un bobinage de sortie du courant alternatif, son rotor étant fixé au volant du moteur du véhicule, génératrice caractérisée en ce que le stator (11) porte aussi bien le bobinage d'excitation (12) que le bobinage de sortie (13). 20) Génératrice selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor (18) de la génératrice est essentiellement partie constitutive du volant (La), 30) Génératrice selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le stator (11) est fixé au carter (24, 25) du mécanisme d'entraînement du véhicule radialement par rapport à la périphérie extérieure du rotor (18). 40) Génératrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le stator (11) est conformé en segment et ne recouvre qu'une partie de la périphérie extérieure du rotor (18) 50) Génératrice selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le stator (11) est réparti en plusieurs segments comportant des bobinages de sortie distincts les uns des autres (13a, 13b . 6 ) Génératrice selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un circuit récepteur propre est relié aux bobinages de sortie (13a, 13b ...) de chacun des segments du stator (11). 70) Génératrice selon la revendication 5, caractérisée en ce qu'un convertisseur de courant à impulsions multiples, pour fournir du courant continu, est relié aux bobinages de sortie (13a, 13b ..) de chacun des segments du stator (11). 80) Génératrice selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que le segment du stator (11) est disposé en direction radiale par rapport à la périphérie extérieure du rotor (18). 90) Génératrice selon l'une quelconque des revendications 4 à6, caractérisée en ce que le segment du stator (11) est disposé en direction axiale par rapport à la périphérie extérieure du rotor (18). L80) Génératrice selon l'une quelconque des reven dications 4 à 7, caractérisée en ce que le segment du stator (11) ayant essentiellement la forme d'un U, les deux ailes du segment en forme de U (11) se terminent en direction axiale par rapport à la périphérie extérieure du rotor (18). 110) Génératrice selon la revendication 10, caractérisée en ce que les deux ailes du segment en forme de U (11) portent un bobinage de sortie (13). 120) Génératrice selon la revendication 11, caractérisée en ce que les ailes du segment (11) qui porte le bobinage de sortie (13) sont repliées en direction du rotor (18). 130) Génératrice selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'une seule des ailes du segment en forme de U (11) porte un bobinage de sortie (13). 140) Génératrice selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'aile du segment (11) qui porte le bobinage de sortie (13) est repliée en direction du rotor (18!. 150) Génératrice selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le rotor (18) est exécuté sous forme d'anneau en tôle feuilletée comportant des encoches et des dents (19). 160) Génératrice selon l'unie quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le rotor (18) est exécuté sous forme de bande en talle feuilletée ondulée, en forme de méandre en direction radiale. 170) Génératrice selon la revendication 16, caractérisée en ce que le rotor (18) est fixé au volant (27) avec un feuillard (31) rapporté des deux c8tés. 180) Génératrice selon la revendication 16, caractérisée en ce que le rotor (18) est fixé au volant (27) à l'aide de broches (32). 190) Génératrice selon la revendication 18, caractérisée en ce que les broches (32) sont entourées de manchons isolants (33). 200) Génératrice selon la revendication 16, caractérisée en ce que le rotor (18) est moulé dans un matériau non magnétique (34) et constitue avec ce matériau (34) un anneau que l'on peut rapporter sur le volant (27). 210) Génératrice selon l'une ou l'autre des revendications 15 et 16, caractérisée en ce que le rotor (18) est une spire de forme annulaire de t81e pour dynamo et les encoches y sont découpées à l'état encore développé. 220) Génératrice selon la revendication 8, caractérisée en ce que le segment de stator (11) est fabriqué par découpage d'une spire de forme annulaire de tale pour dynamo, où les encoches (35, 36) sont découpées à l'état encore développé. 230) Génératrice selon-la revendication 8, caractérisée en ce que le segment de stator (11) comporte une fente (35) pour le bobinage de sortie (13) et une fente (36) disposée perpendiculairement à la précédente pour le bobinage d'excitation (12).