Brevet FR2576467A1 — publié le 19860725

La présente invention concerne le problème général du refroidissement des machines électriques tournantes et vise, plus particulièrement, les alternateurs de moteurs à combustion interne de véhicules, plus spécialement automobiles. Pour que de telles machines fonctionnent selon des condi- tions optimales, on sait qu'il est nécessaire de limiter la tempéra- ture maximale qui leur est imposée par suite de leur fonctionnement propre, mais aussi en raison de l'apport thermique à partir de la chaleur de fonctionnement du moteur à combustion interne. En-vue de limiter cette température, il est courant de monter sur l'arbre d'entraînement en rotation du rotor une roue de ventilateur, orientée face à des oules de ventilation permettant à l'air aspiré de traverser l'alternateur. Un tel moyen permet, incontestablement, de prélever un certain nombre de calories de fonctionnement, mais en pratique on constate que les performances pouvant être fournies par l'alternateur sont limitées, principalement en raison de l'inefficacité de la roue de ventilateur au-delç d'une certaine puissance délivrée. Une solution à ce problème pourrait être de modifier les caractéristiques constructives de la bobine excitatrice. En réalité, toutefois, une telle modification ne peut être facilement entreprise en raison des volumes imposés et des caractéristiques de résistance électrique du fil constitutif de la bobine. Un gain de puissance ne peut donc, apparemment, être ob- tenu qu'en améliorant la ventilation du rotor afin d'abaisser la tem- pérature de la bobine pour réduire sa résistance et admettre ainsi son alimentation avec un courant d'excitation plus élevé. Dans ce but, le brevet français 1 505 264 préconise de réaliser le rotor au moyen de deux roues polaires dont les doigts ou criffes imbriqués sont conformés à la manière d'aubes, de façon que la rotation d(lu rotor crée un flux de ventilation axial capable de réduire l'échauffement de la bobine excitatrice. Si une telle solution peut apparaître, théoriquement, acceptable, elle pose en fait, pratiquement, des problèmes de cons- truction ayant pour effet d'augmenter considérablement le prix d'un tel rotor, en raison, notamment, de la fabrication spéciale par coulée et usinage des roues polaires. La présente invention vise à-apporter une solution au problème ci-dessus, en proposant un nouveau dispositif de ventilation pour rotor de machine électrique tournante, particulièrement simple de construction et pouvant être aisément introduit dans les chaînes de fabrication automatisées de tels rotors. La présente invention a aussi pour objet de proposer un nouveau dispositif de ventilation simple et peu onéreux n'ayant de surcroît aucune influence sur l'équilibrage statique et dynamique du rotor, en raison de la faible masse qu'il représente. Un autre objet de l'invention est de proposer un dispositif de ventilation particulièrement conçu pour être adapté aux rotors à griffes actuellement fabriqués, sans exiger de modifications de cons- truction ou de montage des différents éléments constitutifs de tels rotors. Un autre objet encore de l'invention est de proposer un dispositif de ventilation qui soit à même de créer une ventilation axiale efficace à l'intérieur du rotor, afin de prélever un grand nombre de calories à partir de la bobine, mais aussi des pièces po- laires bordant et entourant cette dernière. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend une ceinture entourant la sur- face périphérique de la bobine et formant des ailettes qui s'étendent radialement sur une hauteur sensiblement égale à au moins l'inter- valle existant entre la surface périphérique de la bobine et l'enve- loppe définie par la succession des faces internes des différentes griffes. Diverses autres caractéristiques ressortent de la descrip- tion faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent à titre d'exemples non limitatifs des formes de réalisation de l'ob- jet de l'invention. La fig. I est une demi-coupe élévation d'un alternateur comprenant un rotor muni d'un dispositif de ventilation conforme à l'invention. La fig. 2 est une coupe partielle développée correspondant, sensiblement, à la ligne II-II de la fig. 1. - La fig. 3 est une perspective partielle illustrant une forme de réalisation du dispositif de ventilation. La fig. 4 est une demi-coupe élévation, analogue à la fig. 1, mais illustrant une variante de réalisation. La fig. 5 est une coupe partielle développée et prise sensiblement selon la ligne V-V de la fig. 4. La fig. 6 est une perspective partielle illustrant la forme de réalisation du disposigif de l'invention selon les fig. 4 et 5. La fig. 1 montre, en demi-coupe élévation, un alternateur, du type de ceux utilisés avec les moteurs à combustion interne de véhicules automobiles. Un tel alternateur comprend deux flasques latéraux 1 et 2 assurant, par l'intermédiaire de vis 3, le maintien d'un paquet 4 de masses feuilletées, associa à un ou plusieurs en- roulements 5. Le paquet de masses feuilletées 4 et les enroulements forment un stator à partir duquel est prélevé le courant électrique produit par le fonctionnement de l'alternateur. Les flasques 1 et 2 supportent, par des paliers 6 et 7, un arbre 8 dont une partie terminale est munie d'une poulie 9 d'en- tra nement à partit du moteur à combustion interne. La poulie 9 est généralement associée aussi à une roue de ventilateur 10 chargée d'établir une circulation d'air dans le sens de la flèche fr, à tra- vers le stator, par l'intermédiaire d'ouies ménagées dans Ies flas- ques 1 et 2. L'arbre 8 supporte, dans sa partie centrale, un rotor 11 formé par une masse magnétique 12 entourée par une bobine excitatrice 13 susceptible d'être alimentée par des bagues 14 et 15 collectrices portées par l'arbre 8 et associées à des balais 16 et 17. Le rotor comprend, par ailleurs, deux roues polaires 18 et 19 bordant la masse 12 et la bobine 13 à la manière de deux joues latérales. Les roues 18 et 19 forment chacune des griffes ou des doigts 20 et 21 recour- bés en direction les uns des autres et imbriqués sans contact phy- sique, de manière à former, en quelque sorte, une enveloppe péri- phérique entourant la bobine 13. Les doigts ou griffes 20 et 21 constituent une alternance de pôles Nord-Sud disposés à l'intérieur du stator, en relation de concentricité avec la masse 4. Selon l'invention, la bobine excitatrice 13 est entourée par une ceinture 22 (fig. 2 et 3) qui est constituée par deux bandes souples 23 reliées par des ailettes 25. Les extrémités ou parties terminales des bandes 23 forment des parties complémentaires d'as- semblage 26 et 27, par exemple du typerà verrouillage ou à enclique- tage par déformation élastique. Les parties 26 peuvent être consti- tuées par des trous et les parties 27 par des ergots éventuellement épaulés. La ceinture 22 est, de préférence, réalisée en matière plas- tique mais, dans certains cas, il est possible de la fabriquer en métal non magnétique tel que l'aluminium par exemple. Ainsi que cela apparaît à la fig. 1, les ailettes 25 pré- sentent une hauteur juste suffisante pour être disposée dans l'in- tervalle 38 existant entre la face périphérique extérieure de la bobine 13 et l'enveloppe du rotor matérialisé par la succession des faces internes des doigts 20 et 21. De préférence, comme cela ressort de la fig. 2, les ai- lettes 25 sont orientées pour s'étendre obliquement par rapport à l'axe xx' de l'arbre 8, selon un angle.d qui est, par exemple, sensiblement égal à la moitié de l'angle au sommet formé par les doigts ou griffes 20 et 21. Les ailettes 25 sont toutes orientées dans le même sens choisi de manière que, lors de la rotation dans le sens de la flèche f du rotor, elles se comportent comme un ventilateur axial produisant une circulation d'air dans le sens de la flèche f3' Cette circulation d'air vient compléter celle entre- tenue par la roue de ventilateur 10 et permet de créer, à l'intérieur même du rotor, une ventilation favorisant le prélèvement de calories de la bobine excitatrice 13, mais aussi des roues polaires 18 et 19. Le pas entre les ailettes 25 peut être quelconque, en - fonction des caractéristiques propres de puissance de l'alternateur. L'examen des fig. 1 et 2 permet de constater que les ailettes 25 présentent en plan une forme sensiblement en demi-losange, qui est choisie en fonction de la section de l'intervalle 28. Etant donné que la section de cet intervalle dépend de la conformation des doigts ou griffes 20 et 21, il doit être considéré que la forme en plan des ailettes 25 peut donc varier sensiblement. La fig. 4 montre une variante de réalisation selon laquelle la ceinture 22 comporte des ailettes 25a de hauteur suffisante pour être engagées en partie, dans les espaces 29 délimités par les griffes ou 21 imbriquées. Toutes les ailettes 25a étant orientées dans le même sens, un tel engagement est assuré uniquement pour les espaces conjugués, comme cela apparaît à la fig. 5. Dans un tel cas, illustré par la fig. 6, les ailettes 25a peuvent alors présenter une forme rectangulaire. Dans certains cas, il est possible d'envisager la combi- naison des moyens selon les fig. 3 et 6 et de faire comporter à la ceinture 22 des ailettes 25a, de grande étendue radiale, s'engageant dans les espaces conjugués 29 entre griffes et aussi des ailettes 25 occupant l'intervalle 28, comme dans l'exemple précédent. Outre la fonction de ventilateur axial, il faut noter que la ceinture 22 représente, en même temps, un élément de maintien sus- ceptible d'entourer la bobine lors des phases de fabrication, notam- ment préalablement au montage des roues polaires et supprime, en con- séquence, la bande de matière adhésive normalement utilisée et dont la présente constitue un obstacle à l'échange thermique. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de ventilation pour rotor de machine élec- trique tournante du type comprenant deux flasques latéraux (1, 2) associés à un stator annulaire et supportant par des paliers (6, 7) un arbre tournant (8) portant une masse magnétique (12) entouré d'une bobine excitatrice (13) et, de part et d'autre de cette masse, deux roues polaires (18, 19) formant des griffes (20, 21) recourbées en direction les unes des autres au-dessus de la surface périphérique de la bobine pour être imbriquées sans contact physique et constituer une alternance de p8les magnétiques Nord-Sud disposés à l'intérieur du stator caractérisé en ce qu'il comprend une ceinture (22) entou- rant la surface périphérique de la bobine et formant des ailettes (25) qui s'étendent radialement sur une hauteur sensiblement égale h au moins l'intervalle (28) existant entre la surface périphérique de la bobine et l'enveloppe définie par la succession des faces internes des différentes griffes. 2 - Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ceinture (22) comporte des ailettes (25) orientées obliquement toutes dans le même sens par rapport à l'axe de l'arbre. 3 - Dispositif de ventilation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la ceinture (22) comporte des ailettes (25a) de hauteur suffisante pour être en partie engagées dans les espaces (29) entre griffes. 4 - Dispositif de ventilation selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que les ailettes (25) sont orientées obliquement d'un angle c- égal ou voisin de la moitié de l'angle au sommet pré- senté par les griffes. 5 - Dispositif de ventilation selon l'une des revendica- tions I h 4, caractérisé en ce que la ceinture (22) est formée par au moins deux bandes (23) souples parallèles reliées entre elles par les ailettes (25). 6 - Dispositif de ventilation selon la revendication 5, caractérisé en ce que les extrémités des bandes souples forment des parties terminales complémentaires d'assemblage (26, 27).