Brevet FR2717638A1 — publié le 19950922

La présente invention concerne une machine électrique tournante. L'invention concerne notamment un alternateur de véhicule automobile. Les machines électriques tournantes sont constituées pour l'essentiel d'un rotor et d'un stator qui comporte une enveloppe constituée par une jupe cylindrique annulaire et par un flasque radial d'extrémité traversé par l'arbre du rotor et qui délimite au moins en partie une enceinte à l'intérieur de laquelle le rotor est monté tournant. Ce type de machine électrique tournante qui, en fonctionnement, dégage de la chaleur, est généralement refroidie par air. Un tel procédé de refroidissement faisant appel à un ou plusieurs ventilateurs externes et/ou à une circulation forcée d'air n'est pas entièrement satisfaisant dans la mesure où il est bruyant et insuffisant, notamment dans le cas d'un alternateur qui équipe un véhicule automobile, lorsque la machine doit posséder des performances élevées en fonctionnement dans un environnement de plus en plus chaud. Afin de résoudre ces problèmes, il a déjà été proposé d'adopter un refroidissement plus efficace et plus silencieux en utilisant par exemple une circulation d'eau ou d'huile à l'extérieur de la machine électrique tournante. La machine comporte dans ce cas un boîtier qui entoure au moins partiellement le stator et qui délimite avec ce dernier au moins une chambre annulaire périphéri que de refroidissement remplie d'un fluide caloporteur tel que de l'eau ou de l'huile. Selon une conception connue d'un tel type d'alternateur à refroidissement par eau, l'enveloppe du stator et le boîtier périphérique sont tous les deux réalisés sous la forme de pièces de fonderie. Cette solution présente plusieurs inconvénients. Elle est d'abord coûteuse dans la mesure où elle nécessite de réaliser différentes portées d'usinage sur les deux pièces afin de pouvoir réaliser, dans de bonnes conditions, l'étanchéité de la chambre périphérique de refroidissement au moyen de joints plats. Les usinages doivent également permettre de réaliser des portées de centrage réciproques des deux composants. Cette solution a également pour inconvénient d'aboutir à un poids excessif de l'ensemble. Enfin, le choix du matériau de moulage constitutif de l'enveloppe du stator, et son épaisseur minimale nécessaire à sa réalisation par moulage, ne permettent pas d'aboutir au meilleur compromis possible quant à une bonne capacité d'échange thermique entre l'enceinte du stator, et les autres composants électromagnétiques du stator avec le liquide de refroidissement contenu dans la chambre périphérique. La présente invention a pour but de proposer une nouvelle conception d'une machine électrique tournante du type mentionné précédemment qui permet de remédier à ces inconvénients. Dans ce but, l'invention propose une machine électrique tournante caractérisée en ce que l'enveloppe du stator est une pièce en tôle réalisée par formage. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'enveloppe du stator est réalisée par emboutissage - l'extrémité axiale de la jupe de l'enveloppe du stator, opposée au flasque radial d'extrémité, se prolonge par une bride annulaire de fixation qui prend appui sur une face radiale annulaire d'extrémité du boîtier - la bride annulaire de fixation comporte des moyens de centrage de l'enveloppe du stator à l'intérieur du boîtier - les moyens de centrage sont constitués par une nervure annulaire de centrage formée dans la bride annulaire de fixation et qui est reçue dans une portée cylindrique complémentaire du boîtier - le boîtier comporte une jupe cylindrique annulaire périphérique qui entoure la jupe de l'enveloppe du stator et une paroi radiale d'extrémité qui s'étend en regard du flasque radial d'extrémité de l'enveloppe du stator - le boîtier est réalisé par moulage - la paroi radiale d'extrémité du boîtier comporte une portée cylindrique centrale tubulaire traversée par une extrémité de l'arbre du rotor, et le flasque radial d'extrémité de l'enveloppe du stator comporte un trou central qui est traversé par la portée tubulaire du boîtier - le stator comporte un noyau de stator et un enroulement statorique agencés le long de la paroi cylindrique interne de l'enveloppe du stator et ces éléments sont partiellement noyés dans un matériau de remplissage qui épouse le profil de la paroi interne cylindrique de l'enveloppe du stator - le matériau de remplissage constitue une couche annulaire qui délimite une paroi latérale interne sensiblement cylindrique de l'enceinte - la jupe cylindrique annulaire de l'enveloppe du stator comporte, au voisinage de son extrémité opposée au flasque radial d'extrémité, une série d'orifices à travers lesquels le matériau de remplissage s'étend pour constituer une nervure annulaire de centrage qui coopère avec la paroi cylindrique interne de la jupe périphérique du boîtier - la machine comporte un couvercle de fermeture de l'extrémité ouverte de l'enveloppe du stator qui comporte une partie centrale cylindrique traversée par une extrémité de l'arbre du rotor - la face radiale interne du couvercle comporte des moyens de centrage du couvercle qui coopèrent avec la portion d'extrémité libre de la paroi latérale interne cylindrique de l'enceinte délimitée par la couche de matériau de remplissage - la bride de fixation de l'enveloppe du stator est montée serrée axialement entre la face radiale annulaire d'extrémité du boîtier et une portion en vis-àvis de la face radiale interne du couvercle. L'invention propose également un alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément aux enseignements de l'invention relatifs à la conception d'une machine électrique tournante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un premier mode de réalisation d'un alternateur de véhicule automobile conforme aux enseignements de l'invention ; et - la figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1 illustrant un second mode de réalisation d'un alternateur conforme aux enseignements de l'invention. L'alternateur 10 illustré sur les figures comporte un rotor 12 constitué notamment d'une série de roues polaires 14A et 14B qui sont liées en rotation à l'arbre tournant 16 du rotor 12. Le rotor 12 est monté tournant à l'intérieur d'un stator 18. Conformément aux enseignements de l'invention, le stator 18 comporte une enveloppe de stator 20 qui est réalisée sous la forme d'une pièce en tôle emboutie qui présente une forme générale de pot. L'enveloppe 20 est constituée pour l'essentiel par une jupe cylindrique annulaire 22 qui se prolonge, à son extrémité axiale de droite en considérant les figures, par un flasque radial d'extrémité 24 constituant le fond de l'enveloppe en forme de pot. L'extrémité axiale opposée, à gauche en considérant les figures, de l'enveloppe 22 comporte une bride annulaire radiale 26 réalisée venue de matière avec l'enveloppe 20. L'enveloppe 20 du stator 18 est montée à l'intérieur d'un boîtier 28 qui est réalisé sous la forme d'une pièce de fonderie qui présente également une forme générale de pot. Le boîtier 28 est pour l'essentiel constitué par une jupe cylindrique annulaire périphérique 30 qui entoure la jupe 22 de l'enveloppe 20 avec un jeu radial de manière à délimiter entre elles une chambre annulaire périphérique de refroidissement 32 qui peut par exemple être remplie d'eau de refroidissement. L'extrémité axiale de droite de la jupe 30 du boîtier 28, en considérant les figures, se prolonge par une paroi radiale d'extrémité 34 qui s'étend dans un plan radial en regard du flasque radial d'extrémité 24 de l'enveloppe 20. La partie centrale de la paroi radiale d'extrémité 34 comporte une portée cylindrique tubulaire 36, réalisée venue de matière par moulage, qui est traversée par une première extrémité 38 de l'arbre 16 du rotor 12 avec interposition d'un palier à roulement à billes 40. Un joint d'étanchéité en forme de disque plat 42 est interposé entre les faces radiales en vis-à-vis du flasque 24 et de la paroi 34. Le flasque 24, la paroi 34 et le joint 42 sont traversés par différents trous et orifices permettant d'une part le passage de fils électriques reliant des composants du stator au pont redresseur 44 qui est fixé sur la face externe 46 de la paroi radiale d'extrémité 34 et, d'autre part, le passage d'une circulation interne d'air de refroidissement qui est forcée par un ventilateur hélicoïde 48. Le centrage de l'enveloppe 20 du stator 18 à l'intérieur du boîtier 28 est réalisé au moyen d'une nervure annulaire 50 qui est formée dans la bride 26 et qui est reçue dans une portée de centrage 52 usinée dans la paroi interne de la jupe périphérique 30 du boîtier 28, à proximité de la face radiale annulaire d'extrémité 54 de ce dernier. Un joint annulaire plan d'étanchéité 56 est interposé entre les portions en vis-à-vis de la face d'extrémité 54 du boîtier 28 et de la bride 26. Le serrage axial de l'enveloppe 20 du stator 18 dans le boîtier 28, afin d'assurer une parfaite étanchéité de la chambre périphérique de refroidissement 32, est assuré au moyen d'une série de vis 58, dont l'une est illustrée sur les figures, avec interposition de la partie annulaire périphérique 60 d'un couvercle 62 de fermeture de l'enceinte 13 du stator 18 dans laquelle tourne le rotor 12. Le couvercle 62 en forme de flasque radial est réalisé sous la forme d'une pièce de fonderie qui comporte une portée centrale 64 qui est traversée par une extrémité 66 de l'arbre 16 du rotor 12 avec interposition d'un palier à roulement à billes 68. Selon une conception connue, le stator 18 comporte également, agencés le long de la paroi cylindrique interne 70 de la jupe 22 de l'enveloppe 20, un noyau de stator 72 et un enroulement statorique 73. Conformément aux enseignements de l'invention, ces composants 72 et 73 sont noyés dans un matériau de remplissage 74 qui est par exemple constitué par une résine. Préalablement à sa mise en place à l'intérieur du boîtier 28, l'enveloppe 20 du stator 18 est équipée du noyau 72 et de l'enroulement 73 et il est procédé au moulage de la couche interne cylindrique annulaire de matériau de remplissage 74, cette opération étant réalisée dans un moule dont le noyau permet de réaliser une paroi latérale interne 76 cylindrique qui permet notamment de définir un entrefer précis entre le noyau de stator 72 et les roues polaires 14A et 14B. Comme on peut le voir sur lapartie gauche de la figure 1, le couvercle 62 est centré à l'intérieur de la partie axiale d'extrémité de gauche de la paroi cylindrique 76 de la couche de matériau de surmoulage 74 par l'intermédiaire d'une portée de centrage 78 réalisée venue de matière par moulage avec le couvercle 62 et qui s'étend axialement vers l'intérieur depuis la face radiale interne 80 de ce dernier. Afin d'économiser la quantité de matériau de remplissage, il est possible d'agencer une bague métallique ou en matière plastique 82 entre l'enroulement statorique 74 et la paroi interne 70 de la jupe 22 de l'enveloppe 20 qui constitue également une butée axiale pour le positionnement du noyau 72 du stator. On peut également voir sur la figure 1 que la face radiale interne 80 du couvercle 62 constitue une surface d'appui pour une portion annulaire en vis-à-vis 82 formée à l'extrémité axiale de la couche annulaire de matériau de remplissage 74. On décrira maintenant la variante de réalisation illustrée sur la figure 2 sur laquelle des chiffres de référence désignent des composants identiques ou similaires à ceux illustrés sur la figure 1. Dans cette variante, le centrage de l'enveloppe 20 du stator 18 est réalisé par une nervure annulaire 84 réalisée en matériau de remplissage 74. A cet effet, la portion d'extrémité axiale, de gauche en considérant la figure 2, de la jupe 22 de l'enveloppe 20 comporte une série de trous 86 qui permettent le passage du matériau de remplissage 74, lors de l'opération de surmoulage décrite précédemment afin de réaliser la nervure 84 venue de matière avec la couche interne de matériau 74. L'opération de surmoulage est bien entendu effectuée dans un moule qui permet de conformer la nervure 84 et de lui conférer notamment une surface cylindrique externe de portée 88 qui, lors du montage du stator 18 dans l'enveloppe 28 est reçue dans une surface cylindrique interne de portée 52. REVEND I CAT I ONS 1. Machine électrique tournante (10) du type comportant un rotor (12), un stator (18) qui comporte une enveloppe (20) constituée par une jupe cylindrique annulaire (22) et par un flasque radial d'extrémité (24) traversé par l'arbre (16) du rotor (12) et qui délimite au moins en partie une enceinte (13) à l'intérieur de laquelle le rotor (12) est monté tournant, et du type comportant un boîtier (28) qui entoure au moins partiellement le stator (18, 20) et qui délimite avec ce dernier au moins une chambre annulaire périphérique de refroidissement (32) remplie d'un fluide caloporteur, caractérisée en ce que l'enveloppe (20) du stator (18) est une pièce en tôle réalisée par formage. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enveloppe (20) du stator (18) est réalisée par emboutissage. 3. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que l'extrémité axiale de la jupe (22) de l'enveloppe (20) du stator (18), opposée au flasque radial d'extrémité (24), se prolonge par une bride annulaire de fixation (26) qui prend appui sur une face radiale annulaire d'extrémité (54) du boîtier (28). 4. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que la bride annulaire de fixation (26) comporte des moyens (50) de centrage de l'enveloppe (20) du stator (18) à l'intérieur du boîtier (30). 5. Machine électrique tournante selon la revendication 4, caractérisée en ce que les moyens de centrage sont constitués par une nervure annulaire de centrage (50) formée dans la bride annulaire de fixation (26) et qui est reçue dans une portée cylindrique complémentaire (52) du boîtier (28, 30). 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le boîtier (28) comporte une jupe cylindrique annulaire périphérique (30) qui entoure la jupe (22) de l'enveloppe (20) du stator (18) et une paroi radiale d'extrémité (34) qui s'étend en regard du flasque radial d'extrémité (24) de l'enveloppe (20) du stator (18). 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisée en ce que le boîtier (28) est réalisé par moulage. 8. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la paroi radiale d'extrémité (34) du boîtier (28) comporte une portée cylindrique centrale tubulaire (36) traversée par une extrémité (38) de l'arbre (16) du rotor (12), et en ce que le flasque radial d'extrémité (24) de l'enveloppe (20) du stator (18) comporte un trou central (39) qui est traversé par la portée tubulaire (36) du boîtier (28). 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator (18) comporte un noyau de stator (72) et un enroulement statorique (73) agencés le long de la paroi cylindrique interne (70) de l'enveloppe (20) du stator (18), et en ce que ces éléments (72, 73) sont partiel lement noyés dans un matériau de remplissage (74) qui épouse le profil de la paroi interne cylindrique (70) de l'enveloppe (20) du stator (18). 10. Machine électrique tournante selon la revendication 9, caractérisée en ce que le matériau de remplissage (74) constitue une couche annulaire qui délimite une paroi latérale interne sensiblement cylindrique (76) de l'enceinte (13). 11. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 9 ou 10 prise en combinaison avec l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la jupe cylindrique annulaire cylindrique (22) de l'enveloppe (20) du stator (18) comporte, au voisinage de son extrémité axiale opposée au flasque radial d'extrémité (24), une série d'orifices (86) à travers lesquels le matériau de remplissage (74) s'étend pour constituer une nervure annulaire de centrage (84) qui coopère avec la paroi cylindrique interne (52) de la jupe périphérique (30) du boîtier (28) 12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte un couvercle (62) de fermeture de l'extrémité ouverte de l'enveloppe (20) du stator (18) qui comporte une portée centrale tubulaire (64) traversée par une extrémité (66) de l'arbre (16) du rotor (12). 13. Machine électrique tournante selon la revendication 12 prise en combinaison avec la revendication 10, caractérisée en ce que la face radiale interne (80) du couvercle (62) comporte des moyens (78) de centrage du couvercle (62) qui coopèrent avec la portion d'extrémité libre de la paroi latérale interne cylindrique (76) de l'enceinte (13) délimitée par la couche de matériau de remplissage (74). 14. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 12 ou 13 prises en combinaison avec la revendication 3, caractérisée en ce que la bride de fixation (26) de l'enveloppe (20) du stator (18) est montée serrée axialement entre la face radiale annulaire d'extrémité (54) du boîtier (28) et une portion en vis-àvis (60) de la face radiale interne du couvercle (62). 15. Alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément à l'une quelconque des revendications précédentes.