Brevet FR2522898A1 — publié le 19830909

GENERATEUR DE CHAUFFAGE A RESEAU DE BORD POUR VEHICULES AVEC REFROIDISSEMENT PAR LIQUIDE L'invention concerne un généra- teur de chauffage et réseau de bord pour véhicules comportant un stator fixé dans le carter du généra- teur et portant au moins un enroulement à courant alternatif, notamment trois enroulements à courant triphasé, et un rotor à p 8 les à griffes qu'entraine le moteur du véhicule, ainsi qu'un carter fermé en- tourant le rotor et le stator. On connait déjà des générateurs de ce genre, dans lesquels deux rotors à p 8 les à griffes formant chacun un système d'excitation sont montés sur un arbre de rotor commun qu'entraine le moteur du véhicule, rotors à p 8 les à griffes qui font face chacun sur leur surface de pourtour à l'un de deux empilages de tôles de stator et qui sont refroidis par un courant d'air de refroidissement passant à travers le carter commun de la machine (demande de brevet F 31 29 817 6). Des générateurs de ce genre nécessitent un ensemble de construction important par suite du système double qui y est utilisé et ils sont par conséquent de fabrication coûteuse L'inven- tion a pour but de réaliser un générateur du type indiqué dans le préambule qui fonctionne avec refroidissement par liquide et ne nécessite ainsi qu'une faible dépense. L'invention concerne à cet effet un générateur combiné qui est caractérisé en ce que, à l'intérieur du carter est prévu et maintenu un circuit d'air de refroidissement balayant l'enrou- lement et le rotor, et au moins une partie du carter est constituée comme élément échangeur de chaleur traversé par l'air de refroidissement et est pourvue d'une entrée et d'une sortie pour un circuit de liquide de refroidissement se fermant à l'extérieur du carter. La description ci-après et les dessins annexés se rapportent à un exemple et des variantes de réalisation d'un générateur de chauf- fage et réseau de bord conforme à l'invention, dessins dans lesquels-: la figure 1 est une vue du générateur pour partie en coupe longitudinale axiale et partiellement en vue de face; la figure 2 montre un refroidis- seur annulaire pour sortie en direction radiale de l'agent de refroidissement; la figure 3 montre un autre refroidisseur annulaire pour sortie en direction axiale del'agent de refroidissement; les figures 4 à 10 reproduisent différents schémas de montage pour le fonctionnement du générateur. Le générateur représenté comprend dans son carter non dessiné une roue polaire 1, qui repose sur l'arbre 2 du rotor et peut être entrainée, au moyen d'une poulie à gorge pour courroie trapézoïdale 3 indiquée en tireté - par exemple par le moteur d'un véhicule automobile, et tourne alors autour de l'axe, indiqué en A, de l'arbre 2 du rotor. La roue polaire 1 est pourvue d'un noyau central 4, en fer doux, et porte une bobine excitatrice 5 d'enroulement Sur chacune des deux faces frontales du noyau cylindrique 4 est placé l'un de deux disques polaires 6 et 7 Ceux- ci comportent des appendices 8 du genre de doigts s'étendant en forme de coins en direction axiale; ils se suivent avec une polarisation alternée en direction périphérique et en conséquence traversent l'empilage de t 8 les du stator 10, de forme annulaire, monté co-axialement à l'arbre 2 du rotor. Dans les gorges 12 réparties uniformément sur le perçage 11 de l'empilage de t 8 les du stator, sont insérés chaque fois deux enrou- lements à courant triphasé 13 et 14, dans lesquels sont introduites de manière connue, lors de la rota- tion des disques polaires 6 et 7, des tensions alter- natives. L'évacuation de chaleur hors de l'espace intérieur clos du générateur s'effectue, par l'intermédiaire des flasques 16 et 17 constitués, grâce à de fortes nervures 15, sous forme d'échangeurs thermiques, ainsi que de la partie centrale 18 du carter, également nervurée Un refroidisseur radial 19 assure la circulation d'air à l'intérieur du carter de la machine La partie centrale 18 peut être constituée par plusieurs échangeurs thermiques annulaires à lamelles 20 ou 21, représentés sur la figure 2. Avec la roue polaire du type représenté on peut également obtenir l'effet d'un refroidisseur axial en fermant chaque second interstice entre les p 8 les à griffes 8 et 9 de la roue polaire. 252-2898 De cette manière, on peut supprimer le refroidisseur 19 et créer de la place pour agrandir les nervures sur la face intérieure du flasque d'entraînement 16. L'évacuation de chaleur s'effectue par l'intermédiaire d'un agent de refroidissement liquide, par exemple de l'eau ou de l'huile, qui circule à travers les canaux 30, 31 et 32 Pour l'alimentation du réseau de bord d'un véhicule auto- mobile, on utilise les diodes à courant de charge 23 d'un redresseur de courant en montage en pont, qui sont reliées, d'une part, aux enroulements à courant triphasé 13 et/ou 14 et, d'autre part, aux raccords électriques 24 et 15 formant respectivement la sortie positive et la sortie négative du géné- rateur. Les diodes 23 et 23 a (figure 4) formant le redresseur prévu pour la bobine excita- trice de la roue polaire Etant donné que les diodes 23 sont particulièrement sollicitées du point de vue thermique, il est prévu, dans l'exemple de réalisation représenté, de monter les diodes sur le couvercle 26 du flasque et de les recouvrir par un capuchon 27, par exemple en matière plastique. En vue d'accroître la puissance de chauffage il est prévu, dans l'exemple de réalisa- tion représenté, sur le flasque 16 côté entraînement, un couvercle 36, dans lequel sont encastrés, en étant isolés, les éléments chauffants 37. Ces éléments chauffants peuvent étre réalisés, pour des puissances de chauffage élevées, au moyen de résistances chauffantes 37 et, pour des puissances de chauffage moyennes et faibles, au moyen de feuilles chauffantes ou au moyen d'éléments chauffants présentant une courbe caracté- ristique résistance température appropriée. Les éléments chauffants mentionnés 37 à résistance constante peuvent être montés 9 confor- mément à la figure 4, sur le côté à courant alterna- tif, ou triphasé, des diodes 23, en pouvant être mis en circuit par l'intermédiaire d'un commutateur à thermostat 38. La figure 5 montre une réalisa- tion dans laquelle les éléments chauffants 37 sont mis en action par des triacs 40 commandés de manière appropriée par le régulateur 39. La figure 5 a montre une réalisa- tion dans laquelle on utilise des éléments chauffants avec courbe caractéristique résistance température appropriée. La figure 6 montre une réalisa- tion dans laquelle les deux systèmes d'enroulement dtinduit 13 ou 14 peuvent, suivant les besoins, être mis en action, séparément ou en parallèle, à l'aide des commutateurs 41 ou 42. La figure 7 montre une réalisation comportant des éléments chauffants 37 qui sont placés en série, sur le côté à courant continu du générateur, entre la borne de batterie B+ et la masse, avec un commutateur à thermostat 38. La figure 8 montre une réalisation comportant des éléments chauffants 37 qui présentent une courbe caractéristique de résistance appropriée fonction de la température. La figure 9 montre une forme de réalisation dans laquelle les éléments chauffants 37, le commutateur à thermostat 38 et un commutateur 43 de préférence électronique peuvent être commandés, de façon appropriée, par le régulateur de tension 39 du générateur de telle manière, que la tension aux bornes de sortie du générateur reste constante dans une très large mesure. La figure 10 montre une forme de réalisation dans laquelle les éléments chauffants 37 présentent la courbe caractéristique résistance- température indiquée, de forme coudée, et peuvent être commandés de manière appropriée par le régulateur de tension 39, par l'intermédiaire du commutateur 41 ou 43. Grâce aux moyens proposés, à l'ex- ception de pertes par rayonnement que l'on peut encore réduire avec une enveloppe de revêtement appropriée toutes les parties qui interviennent dans la machine électrique et une partie de l'énergie électrique produite peuvent au besoin être cédées, pour des buts de chauffage, sous forme de chaleur à l'agent de refroidissement. Grâce à la mise en place des redresseurs 22 sur la face extérieure de la machine, c'est-à-dire sur le couvercle de flasque 26, les diodes 23, qui sont nettement sensibles du point de vue thermique, sont séparées par les canaux d'eau de refroidissement 30 de l'espace intérieur relativement chaud de la machine Dans le cas d'une réalisation comportant des refroidisseurs annulaires du type correspondant à celui représenté en 20 à la figure 3, sur l'empilage de tôles du stator, la surface d'échange thermique peut être considérablement agrandie pour un même diamètre extérieur. Une réalisation comportant un ou deux refroidisseurs annulaires 21 pour une ventilation radiale avec disposition des refroidisseurs en prolon- gement axial à c 8 té de l'empilage de tôles du stator, dans l'une des deux flasques ou dans les deux, permet, pour un faible diamètre extérieur, d'obtenir des conditions dtévacuation de chaleur pareillement favo- rables à celles que permet l'utilisation d'un refroidisseur annulaire 20. La figure 4 montre le schéma de montage de principe d'un générateur de chauffage simple, commandé par thermostat, dont les résistances chauffantes constantes sont alimentées avec la valeur de résistance R par des'courants alternatifs La puissance de chauffage susceptible d'être obtenue se compose de la puissance dissipée de la machine et de la puissance électrique convertie dans les résistances chauffantes. Etant donné que les résistances chauffantes possèdent une résistance constante, la puissance dépend dans une large mesure de la consomma- tion instantanée du réseau de bord car, lorsqu'on atteint la valeur prescrite de la tension aux bornes, le champ d'excitation du générateur est soumis au réglage Le dimensionnement des résistances chauffantes s'effectue pour la puissance excédentaire du généra- teur d'après le prélèvement de la puissance de consom- mation usuelle du réseau de bord. Des conditions correspondantes sont valables pour une réalisation conforme à la figure 5 a On peut cependant ici, en raison de la courbe caractéristique résistance-température des éléments chauffants, renoncer au commutateur à thermostat. Selon une forme de réalisation conforme à la figure 5, grâce à une commande appropriée des triacs ou de thyristors antiparallèles par le régulateur, en fonction de la tension au réseau de bord, on a la possibilité d'un répartition de puissance du réseau de bord sur les résistance chauffantes, qui sont ici relativement à faible résistance. Ce n'est que lorsque la tension aux bornes de sortie du générateur menace de dépasser la valeur prescrite malgré les résistances chauffantes mises dans le circuit, que le champ d'excitation est soumis au réglage Cela a pour conséquence que le générateur, dans le cas de prélèvements de courants différents par le réseau de bord, peut être actionné dans une large zone avec pleine excitation, ce qui a pour effet de procurer en cas de besoin un maximum en puissance de chauffage. Une réalisation du générateur de chauffage conforme à la figure 6 permet de réduire les fortes pertes d'enroulement que détermine la tension aux bornes, qui se situe à un niveau relati- vement bas, des générateurs usuels de réseau de bord de véhicules automobiles L'enroulement 13 de l'induit est réalisé en correspondance avec la puissance de consommation du réseau de bord et fonctionne avec une tension aux bornes constante Le second enroulement 14 fonctionne par contre avec une tension non réglée, sur un niveau de tension relativement élevé, par l'in- termédiaire de triacs agissant sur les éléments chauffants 37 En raison du niveau de tension rela- tivement élevé, on peut convertir la même puissance électrique avec de faibles pertes d'enroulement La chaleur se produit alors dans les résistances chauf- fantes o une évacuation de chaleur correspondante est plus facilement possible qu'à partir de l'espace intérieur de la machine. Si l'on doit disposer momenta- nément de la pleine puissance du générateur aux bornes de sortie, on peut alors, avec des systèmes d'enrou- lement d'induit 13 et 14 réalisés séparément, brancher en paralèlle les deux systèmes d'enroulement par l'intermédiaire des commutateurs 41 et 42 On ne dispose alors assurément que d'une puissance de chauffage réduite. Dans le cas d'un dispositif de montage selon la figure 7, on peut brancher en plus des récepteurs usuels que comporte le réseau de bord, par l'intermédiaire d'un commutateur à thermos- tat 38, une résistance chauffante fixe sur le côté courant continu du redresseur 22 Comme sur la figure 4, la puissance de chauffage susceptible d'être obtenue dépend dans une large mesure de la puissance au réseau de bord qui est absorbée Des conditions correspondantes sont valables peur la forme de réalisation selon la figure 8, o la résistance chauffante présente une courbe caractéristique résis- tance-température se réglant d'elle-même. Avec les formes de réalisation correspondant aux figures 9 et 10, on peut, en fonc- tion de la tension aux bornes du générateur de réseau de bord et de la puissance électrique absorbée par le réseau de bord, obtenir, par réglage de la cadence du commutateur 42, une répartition de puissance ana- logue à celle que procure le montage proposé selon la figure 5 L'excitation de la machine n'est, là aussi, réduite que lorsque, malgré le commutateur à transistor 43 pleinement interconnecté, la tension au réseau de bord menace de dépasser sa valeur limite supérieure. Par comparaison avec les réali- sations en tandem connues, indiquées dans le préam- bule, avec faible dépense de réglage et faibles pertes dans l'enroulement du stator de la section proprement dite du générateur de chauffage, mais avec dépense mécanique élevée, on obtient dans les solu- tions conformes à l'invention, avec seulement un système actif, des formes de construction plus simples, du point de vue structure de montage, pour générateur; celles-ci, suivant la facilité de commander la répartition de puissance sur le réseau de bord ou le chauffage électrique, nécessitent un certain surcroît de dépense en organes de réglage. REVENDICATIONS 1 Générateur combiné de chauffage et érseau de bord pour véhicules, comportant un stator ( 10) fixé dans le carter ( 18) du générateur et portant au moins un enroulement à courant alternatif ( 13, 14), notamment trois enroulements à courant triphasé, et un rotor ( 1) à p 8 les à griffes qu'entraine le moteur du véhicule, ainsi qu'un carter fermé entou- rant le rotor ( 1) et le stator ( 10), générateur caractérisé en ce que, à l'intérieur du carter est prévu et maintenu un circuit d'air de refroidissement balayant l'enroulement et le rotor, et au moins une partie du carter ( 16, 17) est constituée comme élément échangeur de chaleur traversé par l'air de refroidissement et est pourvue d'une entrée et d'une sortie pour un circuit de liquide de refroidissement se fermant à l'extérieur du carter. 2 Générateur selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que des éléments chauffants ( 37) sont montés dans ou sur des parties du carter, notamment sur ou dans un couvercle ( 36) placé sur la face frontale du carter, éléments chauffants qui peuvent se relier à l'enroulement ou aux enroulements ( 13, 14) par l'intermédiaire d'un commutateur ( 41, 42) actionnable arbitrairement ou d'un commutateur à thermostat ( 38). 3 Générateur selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que les éléments chauffants présentent une courbe caractéristique résistance- température montant fortement à partir d'une valeur de température déterminée, et sont reliés à ltenroule- ment ou aux enroulements ( 13, 14). 4 Générateur selon l'une ou l'autre des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que des triacs ( 40) sont prévus comme commutateurs. Générateur selon la revendication 4, comportant un régulateur de tension ( 39), caractérisé en ce que les triacs sont raccordés, par les électrodes de commande, au régulateur ( 39). 6 Générateur selon la revendi- cation 5, caractérisé en ce que pour agir sur le régulateur ( 39) il est prévu au moins un détecteur qui est en liaison conductrice de la chaleur avec l'agent de refroidissement liquide et permet de faire varier la valeur, de seuil du régulateur. 7 Générateur selon l'une quelcon- que des revendications 1 à 6, comportant un enroulement d'éclairage ( 13) destiné, par l'intermédiaire d'un redresseur de courant, à l'alimentation du réseau de bord, caractérisé en ce que sur le stator est monté comme second enroulement ( 14) un enroulement de chauffage pour l'alimentation en courant du ou des éléments chauffants ( 37). 8 Générateur selon la revendi- cation 7, caractérisé en ce que l'enroulement de chauf- fage ( 14) peut se connecter par un commutateur ( 41, 42) en parallèle à l'enroulement d'éclairage ( 13). 9 Générateur selon la revendi- cation 8, avec enroulement d'éclairage constitué en triphasé, dont les enroulements de phase sont reliés les uns aux autres en un point neutre commun et qui sont raccordés chacun à leur autre extrémité à l'une de trois paires de diodes à courant à charge comprenant une diode positive et une diode négative, générateur caractérisé en ce que les éléments chauffants sont constitués par trois résistances ( 37), qui sont reliées les unes aux autres en montage en étoile et sont ou peuvent être raccordées aux extrémités de l'enroulement d'éclairage. Générateur selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce que les résistances chauf- fantes présentent une ligne caractéristique résistance- température montant fortement à partir d'une valeur de température déterminée. 11 Générateur selon la revendi- cation 9, caractérisé en ce que deux des trois résis- tances chauffantes ( 37) sont placées en série avec un triac ( 40), qui se commande par le régulateur ( 39). 12 Générateur selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que le ou les éléments chauffants ( 37) est ou sont disposés entre la sortie positive et la sortie négative du générateur. 13 Générateur selon la revendi- cation 12, caractérisé en ce que les résistances chauf- fantes présentent une ligne caractéristique résistance- température montant fortement à partir d'une valeur de température déterminée. 14 Générateur selon la revendi- cation 12, caractérisé en ce que le ou les éléments chauffants ( 37) est ou sont placés en série avec un commutateur ( 38) dépendant de la température. Générateur selon l'une ou l'autre des revendications 12 et 14, caractérisé en ce que l'élément chauffant ( 37) est placé en série avec la section de commutation d'un commutateur électronique pouvant se commander, notamment d'un transistor ( 43). 16 Générateur selon la revendi- cation 15, caractérisé en ce que l'électrode de comman- de du commutateur ( 43) est reliée au régulateur ( 39).