Brevet FR2516340A1 — publié le 19830513

Génératrice de courant triphasé pour le réseau de bord d'un véhicule automohile - L'invention concerne une génératrice de courant triphasé pour le réseau de bord d'un véhi- cule automobile, en particulier d'une voiture de tourisme, comportant un paquet de tôles formant stator fixe, des bobinages triphasés disposés sur ce stator, un rotor tournat avec l'arbre de la génératrice, por- tant plusieurs paires polaires à griffes et réalisé sous la forme d'une pièce conductrice des lignes de force, et un enroulement excitateur fixe destiné à produire un champ magnétique, inducteur des bobinages à courant triphasé, guidé par la pièce conductrice des lignes de force et comportant enfin deux paliers de roulement placés à une certaine distance axiale l'un de l'autre, pour le rotor qui doit être entraîné en rotation. On connait déjà par le document DE-OS 29 35 929, une génératrice de courant triphasé sans anneau collecteur de ce genre, dans laquelle l'arbre portant la pièce conductrice des lignes de force est monté, au moyen d'un premier roulement à billes, dans un palier voisin de l'entraînement, tandis qu'à l'opposé de l'entraînement, est prévu un second roulement à billes dans un second palier qui est réalisé en forme de pot, le paquet de tôles formant stator étant fixé, sur ce second palier sous une tension Radiale et axiale Dans ce modèle de construction connu, on tire parti de l'espace axial relativement important, restant entre la pièce conductrice des lignes de force et la pièce de fond du second palier recevant le second roulement à billes, pour recevoir des diodes à courant de charge par lesquelles passe le courant de charge de la génératrice servant à charger une batterie de démarrage. L'invention a pour but de réaliser une génératrice sans collecteur et en conséquence exempte d'entretien, qui permette un mode construction extr 8- ment court et que l'on puisse monter par suite, par exemple, dans le carter d'embrayage d'un moteur servant à entra ner le véhicule, ou entre son bloc moteur et une poulie servant à entrainer lés appareils auxiliaires. A cet effet l'invention est caractérisée par un arbre moteur dans un arbre creux portant sur ses surfaces enveloppantes extérieures des paliers de roule- ment disposés à l'intérieur de deux plans de limitation perpendiculaires à l'axe de rotation A-A et appliqués sur les deux têtes d'enroulement des bobinages à courant tri- phasé, qui font saillie frontalement, les bagues exté- rieures s'appuyant sur le moyeu du boltier. Le mode de logement propre du rotor suivant l'invention permet des formes de réalisation de génératrice qui offrent des longueurs de fentes d'air avantageuses entre le système excitateur fixe d'une part, et le pièce qui conduit les lignes de force d'autre part, ainsi qu'entre la pièce qui conduit les lignes de force et le paquet de t 8 les du stator Grâce à l'utilisation d'un embrayage élastique entre le rotor monté sur des paliers et l'arbre moteur qui est fréquemment monté sur des coussinets lisses, on peut absorber le décalage cen- tral dû à-l'usure de l'arbre du générateur et de l'arbre moteur au cours de la durée de vie du moteur. D'autres configurations avantageuses de l'objet de l'invention ressortiront de la description ci-après d'exemples de réalisation illustrant plusieurs variantes de réalisation d'une génératrice de courant triphasé, les pièces semblables ou ayant la même action portant chaque fois la même référence dans les dessins annexés dans lesquels: les figures 1 à 4 représentent cha- cune une vue en coupe axiale par moitié d'une génératrice suivant l'invention; les figures 5 à 8 concernent une géné- ratrice refroidie à l'huile, représentée dans la figure partiellement en coupe axiale par moitié et partiel- lement en vue latérale, les figures 6 à 8 représentant des détails. On n'a représenté ni Redresseur, ni régulateur, car ils peuvent être montés, sous la forme de pièces amovibles sous le capot du moteur du véhicule automobile, en des points particulièrement avantageux pour le refroidissement, Les génératrices de courant du type représenté sont destinées à être entrainées par le moteur à combustion interne d'une automobile (non représenté): la génératrice étant montée sur une paroi du moteur ou du carter d'embrayage ou de changement de vitesse et étant entraînée par un bout d'arbre ou un arbre 11 saillant de la paroi 10. En général toutes les génératrices possèdent un paquet de t 8 les 12 de stator qui porte des bobinages monophasés ou polyphasés, répartis réguliè- rement sur la circonférence du paquet de t 8 les Il est prévu de monter, avec une faible fente d'air radiale, à l'intérieur de la partie creuse 14 du paquet de t 8 les 12 formant stator une pièce conductrice des lignes de force, réalisée sous la forme du rotor, qui présente, dans le sens de sa circonférence, plusieurs griffes polaires 16, polarisées alternativement en sens inverse, qui sont reliées ensemble, par un anneau non magnétique 17, à une couronne polaire cylindrique. Centralement par rapport au rotor 15, un enroulement excitateur 18, est enroulé sur la partie cylindrique 19 d'un système excitateur en matière ferro- magnétique 20 qui présente, sur sa face frontale tournée vers la paroi 10 du carter, une moitié polaire 21 Le système excitateur 20 tourné en fer doux magnétique, est entouré d'un support 22 coulé en métal léger, réalisé, en forme de cuvette et qui présente, sur sa paroi exté- rieure 23, un emboîtement 24 pour le paquet de tôles 12 du stator La surface circonférentielle 25 de la moitié polaire 21 se trouve, avec une faible fente d'air ra- diale, en face des griffes polaires de même signe 16, par l'intermédiaire desquelles se ferment sur le paquet de t 8 les du stator 12, les lignes indiquées en 26 du champ électromagnétique produit par la bobine excitatri- ce 18, quand on admet, comme on l'a pris comme base pour la figure 1 que dans la moitié polaire 21 par exemple est produit un p 8 le nord magnétique Le retour des lignes de force du champ s'effectue par les griffes polaires 16 de polarité inverse, du rotor 15, dont la surface intérieure 27 fait face à la seconde moitié polaire 28 du système excitateur qui est bloqué sur la face à l'bppo- sé de la paroi 10 du bottier de l'enroulement excitatéur 18, sur la douille 19 et qui fait face avec une faible distance axiale, à la surface intérieure 27. La courte longueur recherchée de cons- truction de la génératrice mesurée dans la direction de l'axe de rotation A-A du rotor 15 formant la pièce conductrice est obtenue du fait que les paliers de rou- lement 35 et 36, réalisés sous la forme de roulements à billes de la pièce de rotor conductrice, se trouvent disposés à l'intérieur des plans de limitation 37 et 38 qui s'étendent perpendiculairement à l'axe de rota- tion A-A appliqués sur les t 8 tes d'enroulement 13 qui font saillie frontalement, des bobinaies à courant tripha - sé Ces plans de limitation sont indiqués dans la figure 1 par des tirets longs en traits gras Comme on peut s'en rendre compte facilement d'après la figure 1, la saillie axiale des bobinages O 3 à courant triphasé et de leurs tètes d'enroulement déterminè pratiquement la longueur totale de construction de la génératrice. Les bagues extérieures 41 et 42 des roulements à billes reposent dans des perforations 43 et 44 du moyeu 45 du support 22 en métal léger Les bagues intérieures 33 et 34 des roulements 35 et 36 se trouvent sur les autres surfaces enveloppantes du moyeu 31 du rotor, réalisé sous la forme d'un arbre creux La fixation de la génératrice s'effectue au moyen de plu- sieurs vis de fixation 46 qui sont disposées entre le système excitateur 20 et les bagues extérieures 41 et 42 des roulements à billes et qui serrent le bottier 22 contre une bague d'écartement 47 qui s'appuie sur la paroi 10 du bottier. Le refroidissement de la génératrice s'effectue au moyen d'un ventilateur radial dont les ailettes 51 recourbées en t 8 le sont réparties sur la surface frontale du rotor sur lequel elles sont fixées: ce ventilateur souffle l'air 52 aspiré par la perfora- tion pratiquée au centre du capot 57 annulaire de ce ventilateur, sut les tètes de W l'enroulement 13 qui se dressent au-delà du paquet de t 8 les du stator L'air de refroidissement sort par de nombreuses ouvertures dans la partie extérieure 23 du bottier et par d'autres ouvertures 58 dans le capot 57 annulaire du ventilateur Le capot 57 est maintenu par un élémer t de fixation circulaire qui s'engage dans une gorgeê'de la partie extérieure 23 du bottier. Dans les modèles de réalisation des figures 1 l 2 et 4, il est prévu entre le moyeu 31 du rotor 15 et l'arbre 11 qui entraîne le générateur un accouplement élastique 60 qui n'est pas représenté en détail. Le modèle de réalisation de la figure 2 se distingue essentiellement en ce qu'il est prévu deux bagues Simmer 66 et 67, agissant axialement, la bague Simmer 66 étant serrée dans la perforation longitudinale 68 du moyeu 31 et la seconde bague Simmer 67 étant insérée dans la perforation 44 recevant la bague exté- rieure 42 du roulement à billes 36. Dans le modèle de réalisation de la figure 3, la génératrice se distingue essentiellement par le fait que, au lieu d'un accouplement élastique entre l'arbre moteur 11 du générateur et le moyeu 31 il est prévu un système planétaire 70 dont la roue à denture intérieure 71 est reliée solidaire en rotation, avec l'arbre moteur Il et entraîne par l'intermédiaire de plusieurs roues planétaires 72 qui engrènent avec elle, une roue solaire planétaire 73 placée sur le moyeu du rotor La transmission du moment de la roue solaire au moyeu 31 peut se faire par l'intermédiaire de la denture d'un arbre cannelé 74 comme le représente la figure 3 ou par l'intermédiaire d'une liaison par ressort et gorge qui n'est pas illustrée. Les deux roulements à billes 35 et 36 peuvent 9 tre incorporés, aussi bien dans le mode de réalisation de la figure 2 que dans celui de la figure 3 dans le circuit d'huile de graissage de l'entraine- ment par le moteur à combustion interne. La variante de réalisation suivant la figure 4 apporte des simplifications dans la technique de fabrication, car dans ce mode de réalisation, tous les diamètres concentriques entre eux faisant partie du rotor et de la partie immobile du générateur peuvent subir chacun leur travail d'usinage avec une seule opé- ration de montage. Dans les figures 5 à 8 est représentée une génératrice de courant triphasé 75 qui est construi- te de façon analogue à celle de la figure 4, mais qui est toutefois adaptée pour le refroidissement à l'huile. Son corps porteur cylindrique-annulaire servant de bottier est destiné à être fixé, au moyen de vis 46 sur une paroi 10 d'un moteur à combustion interne ou d'une botte de vitesses (non représentée) et il porte le sys- tème excitateur 20 pour les griffes polaires 16 du rotor 15 à griffes polaires qui peut être entratné en rotation Ce dernier est monté avec deux roulements à billes 35 et 36 parallèles entre eux, dans le moyeu creux 45 du corps porteur 22, la bague extérieure du roulement à billes 35 étant fixée dans une perforation centrale 43 et la bague extérieure de ce roulement à billes 36 étant maintenue dans une perforation 44 con- centrique prévue à cet effet. Dans le moyeu 45 du corps porteur 22 se trouvent des perforations 76 et 77 qui se répètent sur le cercle partiel, par o arrive l'huile fraiche indiquée en 78 et qui peut se répartir de la façon in- diquée sur ces deux perforations Une partie de cette huile fraiche arrive directement aux deux roulements à billes 35 et 36; de làjil peut s'établir un courant partiel 79 d'huile de refroidissement par les perfora- tions 80 Les perforations 76 qui s'étendent parallèle- ment à l'axe de rotation A-A du rotor à griffes polaires , débouchent dans des canaux de refroidissement 81 qui s'étendent essentiellement radialement et l'huile y passe en raison d'un énergique mouvement centrifuge en un fort courant 82 entre les griffes polaires 16, dirigé vers les têtes d'enroulement du bobinage 13 Il est prévu, en plus des canaux de refroidissement 81, des perforations radiales 83 qui coupent les précédentes dans la zone de liaison des griffes polaires avec le disque du rotor Ces perforations s'étendent aussi radialement et assurent qu'un courant partiel énergique d'huile de refroidissement, qui est indiqué en 86 arrive sur les têtes de l'enroulement 13 et provoque un refroi- dissement énergique I'huile échauffée peut se rassembler ensuite dans la perforation 88 en courants partiels indi- qués en 86 et Otre évacué de là par une perforation 87 d 'évacuation. Pour plus de netteté, on a représenté dans la figure 6 le rotor à griffes polaires en: une vue en coupe axiale par moitié les figures 7 et 7 a et 8 et 8 a montrent différentes formes de réalisation du tracé des canaux de refroidissement 81 qui sont ménagés dans l'intérieur de la roue polaire 15. Suivant les figures 7 et 7 a, les gorges de refroidissement 81 peuvent se terminer alternativement par l'intermédiaire des perforations 83 dans les vides des p 8 les ou sur les pointes des griffes en 89 La cou- ronne polaire indiquée en 90 dans la figure 6 peut se relier par sa forme avec les griffes polaires 16 du rotor 15 par l'intermédiaire d'un anneau non-magnétique 17 comme dans les figures 1 à 3 L'huile sortant aux extrémités des gorges de refroidissement 81 est chassée- par ies forces centrifuges qui agissent sur les parti- cules d'huile, vers les tètes d'enroulement 13 du qtator 12. La figure 6 montre une forme de réali- sation dans laquelle les deux parties formant la couronne polaire sont reliées ensemble géométriquement par une pièce coulée sous pression 91 (par exemple en aluminium ou en matière plastique) On peut incorporer dans cette pièce coulée sous pression 91 les canaux de refroidisse- ment 81 de façon telle que l'huile peut sortir par les passages 92 sous les têtes d'enroulement 13 du stator 12. Gzace au refroidissement à l'huile pro- posée on assure, en tirant parti des forces centrifuges, même s'il se forme de la mousse en raison des importants reliefs des pièces de machine rotatives, une bonne four- niture d'huile aul tètes d'enroulement et par suite une évacuation satisfaisante de chaleur Si l'axe du rotor s'étend horizontalement suivant A-A et si, en conséquence, l'huile de refroidissement peut retomber en gouttes de la partie supérieure des tètes d'enroule- ment, elle sera en partie chassée de nouveau sur le bobi- nage par la force centrifuge Le remplissage de la fente d'air est dans une large mesure évité par les canaux à huile de refroidissement indiqués en 81 Les choses se passeront ainsi d'autant mieux si le bottier du généra- teur présente, comme il est indiqué dans la figure 5, un orifice d'écoulement 87 suffisamment grand ou comme dans le mode de réalisation de la figure 6, si l'huile arrive dans les canaux 81 sur la face intérieure de la partie cylindrique du rotor, directement aux passages 83 et 89. Le refroidissement de la bobine d'excitation 18 s'effec- tue par des arrivées d'huile fralche, qui sont formées par des perforations 76 pendant que le refroidissement des roulements à billes est assuré par l'huile de refroi- dissement arrivant par la perforation 77. Suivant les conditions de montage, la génératrice peut comporter un arbre creux ou un arbre massif qui n'est pas représenté dans la figure 5 Il y a avantage à assurer l'entra nement du rotor à griffes polaires au moyen d'un accouplement compensant le jeu de sorte qu'une usure des paliers, par exemple, de l'arbre manivelle n'aura aucun effet sur la fente d'air de la machine. Dans le mode de réalisation de la figure 5, il est prévu sur la face frontale libre 54 du bottier un couvercle en t 8 le pour éviter les pertes d'huile qui suinterait, couvercle fixé avec des vis 96 si la génératrice ne se trouve pas à l'intérieur d'un capot de recouvrement étanche à l'huile. REVENDICATIONS 1 ) Génératrice de courant triphasé pour réseau de bord d'un véhicule automobile> comportant un paquet de tôles fixe ( 12) formant le stator, supportant des bobinages à courant triphasé et un enroulement d'excitation fixe ( 20) destiné à la production d'un champ magnétique à travers une pièce conductrice de lignes de force exerçant une induction sur les bobinages à courant triphasé> et un rotor ( 15) sous la formnne de la pièce con- ductrice des lignes de force portant des griffes polaires ( 16), caractérisée par un arbre moteur ( 11) dans un arbre creux ( 31) portant sur ses surfaces enveloppantes exté- rieures des paliers de roulement disposés à l'intérieur de deux plans de limitation ( 37, 38) perpendiculaires à l'axe de rotation A-A et appliqués sur les deux têtes d'en- roulement ( 17) des bobinages à courant triphasé qui font saillie frontalement, les bagues extérieures ( 41, 42) s'appuyant sur le moyeu ( 45) du bottier ( 22). 2 ) Génératrice suivant la revendica- tion 1, caractérisée en ce que le bottier ( 22) est fabriqué en matière non-magnétisable et est coulé autour de la partie immobile du système excitateur ( 20) ferro- magnétique dont le noyau ( 19) sert de support à l'enrou- lement d'excitation ( 18). 3 ) Génératrice suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce qu'un pôle ( 21) du système excitateur( 20) présente une surface presque cylindrique ( 25) qui fait face,avec une petite fente radiale, à la surface intérieure cylindrique de la pièce ( 15) conductrice des lignes de force sous une moitié du système de griffes polaires ( 16)o 4 ) Génératrice suivant l'une quelcon- que des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le pôle ( 21) et la pièce ( 15) conductrice des lignes de force présentent pour agrandir la surface des fentes d'air,, des prolongements en forme de tronc de c 3 ne, qui se font face avec une petite fente d'airo ) Génératrice suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les surfaces limites qui séparent le second pôle immobile ( 28) du système excitateur ( 20) et le rotor ( 15) présentent la forme de troncs de c 8 ne aplatis, parallèles entre eux. 6 ) Génératrice suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'entre la perforation de l'arbre creux ( 31) et l'arbre moteur ( 11) du générateur> il est prévu un accouplement mécanique ( 60), en particulier un accouplement élastique, de préférence un accouplement à bande ondulée. ) Génératrice suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'entre l'arbre creux ( 31) du rotor ( 15) et l'arbre ( 11) qui entraine le moteur est prévu un étage de changement de vitesse 1 en particulier un système planétaire ( 70, 71 72, 73, 74). 8 ) Génératrice suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que)dans la perforation de l'arbre creux ( 31) du rotor ( 15), il est disposé une bague Simmer ( 66) dont la lèvre d'étanchéité s'appuie élastiquement contre l'arbre ( 11) qui entratne le générateur et une seconde bague Simmer ( 67) qui est placée à c 8 té du palier à roulement ( 36) dans le moyeu ( 45) et dont la lèvre d'étanchéité s'appuie élastiquement contre l'arbre creux ( 31) 9 ) Génératrice suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que sur la face extérieure du rotor ( 15) qui est à l'oppcsé de l'en- roulement excitateur ( 18), sont prévues un certain nombre d'ailettes ( 51) de ventilateur délivrant de l'air radia- lement et axialement. ) Génératrice suivant l'une quelcon- que des revendications I à 8, caractérisée en ce qu'un 25.16340 certain nombre de canaux de refroidissement ( 81) dirigés radialement, sont reliés avec une arrivée ( 78) d'un agent de refroidissement liquide, constitué en particulier d'huile de graissage, cet agent sortant des canaux sous l'effet de la force centrifuge. ) Génératrice suivant la revendication 10, caractérisée en ce que les canaux de refroidissement ( 81) débouchent dans des orifices de sortie ( 83, 89, 92) qui sont situés des deux c Otés du paquet de t 8 les ( 12) du stator et produisent radialement vers l'extérieur, des jets de liquide ( 92) dirigés vers les têtes d'enrou- lement du bobinage ( 13) qui font saillie sur les faces frontales des tôles du stator. ) Génératrice suivant l'une des reven- dications 10 et 11, comportant un agent de refroidis- sement constitué par l'huile de graissage, caractérisée en ce que des perforations d'arrivée ( 77), placées à la hauteur des paliers de roulement, notamment des roule- ments à billes ( 35, 36) sont reliées avec l'arrivée 2 O ( 78) d'agent refroidissant. ) Génératrice suivant l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que les canaux de refroidissement ( 81) qui s'étendent radiale- ment, s'étendent sur la face intérieure du disque ( 15) de la roue polaire. ) Génératrice suivant la revendication 13, dans lesquels les espaces intermédiaires des dents ( 84, 85) des griffes polaires qui s'engagent les unes dans les autres avec un écart, sont remplies, au moins partiellement, d'une matière de remplissage non-magné- tique, en particulier, d'aluminium ou de matière plas- tique, par coulée sous pression, génératrice caractérisée en ce que les canaux de refroidissement et/ou les orifices de sortie ( 89, 92) sont pratiqués ou ménagés dans la matière de remplissage.