Brevet FR2709888A1 — publié le 19950317

Alternateur de véhicule équipé d'un ventilateur de refroidissement La présente invention concerne un alternateur destiné à être installé sur un véhicule, tel qu'un véhicule automobile, et, plus particulièrement, un alternateur de ce type équipé d'un système de refroidissement perfectionné. Un alternateur conventionnel comporte un ventilateur de refroidissement monté sur un arbre de rotor et entraîné pour produire un courant d'air de refroidissement introduit dans le carter de l'alternateur à travers des orifices d'entrée d'air prévus dans la paroi d'extrémité arrière du carter. L'air traverse ensuite des espaces définis dans le noyau de rotor et également un entrefer défini entre le noyau de rotor et le stator pour être évacué hors du carter de l'alternateur à travers des orifices de sortie d'air prévus dans la paroi d'extrémité avant du carter. Dans l'art antérieur récent des alternateurs, le ventilateur de refroidissement est monté sur un arbre de rotor et entraîné pour produire un courant d'air de refroidissement introduit dans le carter de l'alternateur et évacué hors dudit carter. Lorsque l'air de refroidissement circule à travers l'entrefer étroit et les espaces définis dans le noyau de rotor ou les griffes de celui-ci, la résistance opposée au courant d'air est si forte que la quantité et le débit du courant d'air de refroidissement ne suffisent pas à refroidir les organes générateurs de chaleur de l'alternateur. En outre, l'importance du courant d'air est limitée en raison des limites d'installation imposées aux tôles des ailettes du ventilateur de refroidissement. Un ventilateur centrifuge ou à écoulement radial est monté sur l'une des faces d'extrémité du noyau de rotor pour produire un courant d'air qui passe à travers l'enroulement de stator ou tout autre élément prévu dans l'alternateur pour résoudre de la manière suivante les problèmes de refroidissement mentionnés ci-dessus. Par exemple, le brevet japonais Showa 57-95150 décrit un alternateur équipé d'un ensemble de ventilation comportant des supports avant et arrière tournés vers un arbre, un redresseur installé dans l'un des supports, un stator monté entre les supports, un rotor rotatif installé sur chacun des supports, et un ventilateur de refroidissement situé à proximité de la face d'extrémité extérieure du support avant et du support arrière et fixé au rotor. Un ventilateur centrifuge est monté sur l'extrémité du ventilateur de refroidissement du rotor. Un premier orifice d'entrée d'air destiné à permettre l'admission de l'air refroidi est défini sur l'extrémité du support auquel le ventilateur centrifuge est fixé, un second orifice de sortie d'air destiné à évacuer l'air est défini sur la partie ventilation du support dans lequel le premier orifice d'entrée d'air est défini, un troisième orifice de sortie d'air destiné à évacuer l'air refroidi est défini sur la face d'extrémité tournée vers l'arbre de l'autre support, et un quatrième orifice d'entrée d'air destiné à permettre l'admission de l'air refroidi est défini dans l'ensemble de ventilation de l'un des supports. Lorsque le ventilateur centrifuge tourne, l'air de refroidissement pénètre par l'intermédiaire du premier orifice d'entrée d'air et est évacué par l'intermédiaire du second orifice de sortie d'air. Lorsque le ventilateur de refroidissement tourne, une partie de l'air refroidi pénètre par l'intermédiaire du premier orifice d'entrée d'air et est évacuée par l'intermédiaire du troisième orifice de sortie d'air après avoir traversé le rotor et le stator, tandis que l'air refroidi aspiré par l'intermédiaire du quatrième orifice d'entrée d'air est évacué par l'intermédiaire du troisième orifice de sortie d'air. Le brevet japonais Showa n0 57-95150 indique également que la seconde ailette du ventilateur de refroidissement est formée suivant un angle obtus ou aigu par rapport au côté du noyau de champ. Ceci augmente la quantité d'air refroidi admise en vue de permettre un refroidissement plus efficace. Un alternateur décrit dans le brevet japonais Showa 63-15652 comporte un ventilateur pourvu d'ailettes en forme d'arc dont les surfaces intérieures sont tournées vers l'arbre rotatif. La partie intérieure de chaque ailette est orientée suivant un angle de 10 degrés par rapport à une ligne qui s'étend à partir de l'arbre, tandis que la partie extérieure de chaque ailette est orientée suivant un angle d'environ 15 à 20 degrés par rapport à une ligne qui s'étend à partir de l'arbre. Un alternateur décrit dans le brevet japonais Heisei n 1-157251 comporte des ailettes de ventilateur de refroidissement formées pour définir des angles obtus par rapport au côté du noyau de champ. Le nombre des ailettes est identique à celui des parties intérieures du pôle du rotor. Le brevet japonais Heisei n 59-178935 décrit un alternateur comportant des ailettes de ventilateur de refroidissement formées pour définir des angles obtus par rapport au côté du noyau de champ. Le brevet américain n 4 549 103 décrit un alternateur de véhicule comportant un ventilateur de refroidissement assujetti à l'une des faces d'extrémité d'un rotor et conçu pour produire des écoulements d'air de refroidissement radial et axial. L'écoulement d'air radial traverse un enroulement de stator et ressort par l'intermédiaire d'orifices de sortie d'air définis dans une partie de paroi périphérique d'un carter. L'écoulement d'air axial passe à travers des espaces définis entre des griffes respectives du rotor et également à travers un entrefer défini entre le rotor et le stator, de sorte que les enroulements du rotor et du stator sont refroidis d'une manière fiable par le ventilateur de refroidissement. Dans un mode de réalisation, un ventilateur supplémentaire à écoulement radial est prévu et monté sur le rotor dans une relation de contact face à face avec l'autre face d'extrémité du rotor. Sur la Figure 3, on peut voir que l'angle 6 situé à l'extérieur radialement est égal à environ 60 degrés et que le ventilateur de refroidissement comprend seulement 14 ailettes. La présente invention a modifié l'angle de la structure du ventilateur et défini dans la surface des ailettes des parties en creux destinées à contenir des fils conducteurs, afin de permettre un refroidissement plus efficace et de supprimer du mou dans les fils conducteurs. La présente invention propose un alternateur de véhicule comportant un carter qui comprend une paroi périphérique, dans l'ensemble, cylindrique et des parties de parois d'extrémité pourvues d'orifices de circulation d'air, un ensemble formant stator disposé dans le carter, un ensemble formant rotor comprenant un arbre de rotor et un noyau de rotor, disposé radialement vers l'intérieur par rapport à l'ensemble formant stator et fixé à l'arbre de rotor en vue d'une rotation. L'alternateur de la présente invention comporte également un ventilateur de refroidissement pourvu de plus de 14 ailettes assujetties à l'une des faces d'extrémité du noyau de rotor en vue d'une rotation. L'angle 6 situé à l'extérieur radialement de chaque ailette est conçu pour être supérieur à 70 degrés. D'autre part, il est prévu dans la surface des ailettes des parties en creux, par exemple annulaires, destinées à contenir des fils conducteurs. L'angle 6 situé à l'extérieur radialement correspond à un angle d'intersection de lignes au niveau du point d'intersection entre une ligne prolongée radialement à partir de la ligne d'extrémité d'une partie courbée de chaque ailette et la ligne tangente à l'extrémité de l'ailette (Figure 6). Grâce à la modification de l'angle 6, le ventilateur de refroidissement peut comporter plus de 14 ailettes, pour ainsi permettre une admission d'air de refroidissement beaucoup plus importante dans le carter. La modification du rotor et de son ventilateur de refroidissement, comportant la partie en creux à l'intérieur de laquelle l'enroulement de champ magnétique est reçu permet également d'assembler facilement l'alternateur et d'éviter une détérioration du fil conducteur. Ce qui précède ainsi que d'autres buts, avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préféré, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue en coupe transversale d'un alternateur conventionnel, la figure 2 est une vue en coupe transversale d'un ensemble formant rotor de l'alternateur de la figure 1, la figure 3 est une vue latérale de l'ensemble formant rotor de la figure 2, la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un alternateur équipé d'un ventilateur selon le mode de réalisation préféré de la présente invention, la figure 5 est une vue en coupe transversale d'un ensemble formant rotor du ventilateur de la figure 4, la figure 6 est une vue latérale de l'ensemble formant rotor du ventilateur des figures 4 et 5, les figures 7 et 8 illustrent des exemples d'expériences comparatives réalisées entre l'alternateur conventionnel et l'alternateur du mode de réalisation préféré de l'invention, et la figure 9 est un graphique montrant le courant d'air induit en fonction de l'angle des ailettes. En référence aux Figures 4 à 6, le mode de réalisation préféré de l'alternateur de véhicule de la présente invention comporte un carter 1 formé d'un élément de carter avant la et d'un élément de carter arrière lb; un noyau de stator 2 disposé dans le carter 1 et assujetti aux parties de bord intérieures des extrémités opposées des éléments de carter la et lb pour les relier mécaniquement; un noyau de rotor 3 supporté sur un arbre de rotor 3a, qui comporte deux éléments formant pôles et sur lequel est enroulé un enroulement de rotor; des bagues collectrices lla, llb montées sur l'arbre 3a pour fournir un courant électrique à un enroulement de champ 10; un palier avant 5a et un palier arrière 5b destinés à supporter l'arbre de rotor 3a dans les éléments de carter la, lb en vue d'un frottement minimal pendant une rotation; un porte-balai 7 portant un régulateur de tension comprenant un redresseur à balai en carbone 6, fixé sur la surface extérieure de l'élément de carter la; une poulie 8 montée coaxialement sur l'arbre de rotor 3a; des ventilateurs de refroidissement 4a et 4b respectivement montés sur le noyau de rotor 3 et réalisés par estampage d'une plaque d'acier en forme de disque pour former une ouverture centrale et des ailettes 4b-2 à la périphérie de celle-ci, et puis par pliage des ailettes. Dans les ventilateurs de refroidissement 4a et 4b de la présente invention, l'angle 6 situé à l'extérieur radialement de chacune des ailettes est conçu pour être supérieur à 70 degrés, moyennant quoi le nombre des ailettes 4b-2 de chacun des ventilateurs de refroidissement 4a, 4b peut être supérieur à 14, afin d'augmenter l'effet de refroidissement dans l'alternateur. Les ventilateurs de refroidissement 4a et 4b comportent, formée solidairement, une partie en creux 10b, par exemple annulaire, destinée à contenir un fil conducteur 10a correspondant provenant de l'enroulement de champ 10. L'angle 6 situé à l'extérieur radialement représente l'angle d'intersection de lignes au niveau du point d'intersection entre une ligne prolongée radialement à partir de la ligne d'extrémité d'une partie courbée 4b-1 de l'ailette 4b-2 et la ligne tangente à l'extrémité de ladite ailette 4b-2 (Figure 6). La partie en creux 10b est prévue sur la surface des ailettes, correspondant à la position du fil conducteur 10a visible sur les Figures 4 et 5. La profondeur de la partie en creux 10b est légèrement inférieure au diamètre du fil conducteur 10a afin que celui- ci y soit légèrement enfoncé une fois sa réalisation terminée. Le fil conducteur 10a est relié à des bornes 11c, lld respectives des bagues collectrices lla, 11b, et puis le ventilateur de refroidissement 4a, 4b est monté sur le noyau de rotor 3 de manière à définir un espace relativement important au niveau de la zone située à proximité des bornes de raccordement llc, 11d, pour qu'ainsi le conducteur puisse être raccordé automatiquement. Une bobine 9 supporte également le fil conducteur 10a provenant de l'enroulement de champ 10, tandis que des éléments formant nervures 4b-4 définis sur la circonférence du ventilateur de refroidissement 4a, 4b agissent pour rendre la configuration des ailettes stable lors d'une rotation à grande vitesse. Le mode de réalisation illustré sur la Figure 6 représente un ventilateur de refroidissement d'alternateur à 16 ailettes permettant d'aspirer dans le carter à travers les orifices d'entrée d'air définis dans la paroi d'extrémité de celui-ci beaucoup plus d'air de refroidissement que le ventilateur de refroidissement à 14 ailettes de la Figure 3. Le nombre maximum d'ailettes peut atteindre 17 pour permettre un meilleur effet d'aspiration d'air dans le ventilateur de refroidissement. Les Figures 7 et 8 représentent sous la forme de graphiques les résultats d'une comparaison de l'effet de refroidissement de l'alternateur conventionnel de la Figure 3 et de l'alternateur de la présente invention. Sur la Figure 7, on peut voir que le courant d'air généré par le ventilateur de refroidissement de la présente invention est en moyenne 1 à 5% supérieur à celui du ventilateur conventionnel, à une vitesse de rotation de 1000 à 5000 tr/min. Sur la Figure 8, la mesure de température de l'enroulement de stator lorsque celui-ci génère de l'électricité indique une différence de 5 C en moyenne. Finalement, la Figure 9 montre que le courant d'air induit dans le carter est maximal lorsque l'angle 6 situé à l'extérieur radialement est conçu pour être égal à 70 . Bien que la description précédente ait porté sur un mode de réalisation préféré de la présente invention, il est bien entendu que celle-ci n'est pas limitée à l'exemple particulier décrit et illustré ici, et l'homme de l'art comprendra aisément qu'il est possible d'y apporter de nombreuses variantes et modifications sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Alternateur de véhicule comportant un carter (1) formé d'un élément de carter avant (la) et d'un élément de carter arrière (lb); un noyau de stator (2) disposé dans le carter (1) et assujetti à la partie de bord intérieure des extrémités opposées des éléments de carter (la, lb); un noyau de rotor (3) supporté sur un arbre de rotor (3a), qui comporte deux éléments formant pôles et sur lequel est enroulé un enroulement de rotor; des bagues collectrices (lia, 11b) montées sur l'arbre de rotor (3a) pour fournir un courant électrique à un enroulement de champ (10); des paliers avant et arrière (5a, 5b) destinés à supporter l'arbre de rotor (3a) dans le carter (1) en vue d'un frottement minimal; un porte-balai (7) portant un régulateur de tension; un redresseur (6) fixé sur la surface extérieure du carter (1); une poulie (8) montée coaxialement sur l'arbre de rotor (3a); et des ventilateurs de refroidissement (4a, 4b) respectivement montés sur le noyau de rotor (3); caractérisé en ce qu'un angle (6) situé à l'extérieur radialement correspondant à l'angle d'intersection de lignes au niveau du point d'intersection entre une ligne prolongée radialement à partir de la ligne d'extrémité d'une partie courbée (4b-1) d'une ailette (4b-2) et la ligne tangente à l'extrémité de ladite ailette, est conçu pour être supérieur à 70 degrés; et en ce qu'il est prévu, sur la surface des ailettes (4b-2), correspondant à un fil conducteur (10a), une partie annulaire en creux (10b) destinée à recevoir en elle le fil conducteur (10a). 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur de la partie en creux (10b) est légèrement inférieure au diamètre du fil conducteur (10a). 3. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur de refroidissement (4a, 4b) comprend plus de 14 ailettes (4b2)