Brevet FR2711281A1 — publié le 19950421

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 au moins une jupe cylindrique annulaire et 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 refroidi par air. Un tel procédé de refroidissement faisant appel à un ou plusieurs ventilateurs 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 équipant 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 procédé d'adopter un refroidissement plus efficace et plus silencieux en utilisant par exemple une circulation d'eau à l'extérieur de la machine électrique tournante. La machine comporte dans ce cas un bottier qui entoure au moins partiellement le stator et qui délimite avec ce dernier une chambre annulaire périphérique de refroidissement remplie d'un fluide caloporteur tel que de l'eau ou de l'huile. Dans le cas d'un alternateur, l'un des flasques radiaux du stator porte, directement ou indirectement, le pont électrique redresseur sur sa paroi externe. Ce dispositif dissipe une quantité de chaleur importante en fonctionnement. La chaleur dissipée par le pont redresseur provoque l'échauffement du flasque radial du stator qui transmet la chaleur reçue par convection à l'air contenu dans l'enceinte du stator. De plus, le palier de l'arbre du rotor agencé dans ce flasque radial est insuffisamment refroidi. Dans les conceptions connues d'un tel alternateur à refroidissement par eau, la capacité de dissipation thermique de la partie d'extrémité du palier du stator est faible et il n'existe pratiquement aucun échange thermique entre cette partie du bottier et l'eau de refroidissement. L'invention a pour but de proposer une machine électrique tournante refroidie par eau du type mentionné précédemment dont la conception permet de remédier aux inconvénients inhérents à sa structure et de permettre notamment un meilleur refroidissement global de la machine. Dans ce but, l'invention propose une machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un organe d'échange thermique entre le flasque du stator et le fluide caloporteur. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - l'organe d'échange thermique est un disque de refroidissement qui est en contact avec la paroi radiale externe du flasque du stator et qui comporte au moins un prolongement qui s'étend à l'intérieur de la chambre de refroidissement - le disque de refroidissement est monté serré axialement entre la face radiale externe du flasque du stator et une portion de la paroi radiale interne en visà-vis du bottier qui est traversée par l'arbre du rotor; - une portion annulaire du disque de refroidissement comporte une garniture d'étanchéité - le prolongement est une patte de refroidissement qui s'étend axialement depuis le bord libre du disque de refroidissement - le disque de refroidissement comporte une série de pattes de refroidissement agencées en couronne à la périphérie du bord libre du disque de refroidissement - chaque patte de refroidissement comporte des moyens pour provoquer des turbulences dans le fluide caloporteur ; - chaque patte de refroidissement comporte des moyens pour accroître sa surface d'échange thermique avec le fluide caloporteur - la zone annulaire périphérique du disque de refroidissement s'étend radialement à l'intérieur de la chambre de refroidissement - une paroi radiale interne du boîtier comporte au moins une ailette de refroidissement qui s'étend axialement à l'intérieur de la chambre de refroidissement; - la zone annulaire périphérique du disque de refroidissement comporte au moins un orifice qui est traversé par l'ailette de refroidissement ; et - il est prévu une série d'ailettes de refroidissement agencées en couronne. 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 apparattront 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 réalisé conformément aux enseignements de l'invention - la figure 2 est une vue en section selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; - la figure 3 est une vue en section selon la ligne 3-3 de la figure 1 - les figures 4 et 5 sont des vues similaires à celles des figures 1 et 3 qui illustrent un deuxième mode de réalisation d'un alternateur conforme aux enseignements de l'invention - la figure 6 est une vue partielle en perspective d'une variante de réalisation du disque de refroidissement et d'étanchéité qui équipe l'alternateur illustré à la figure 4 ; et - les figures 7 à 9 sont des détails d'une partie de la figure 6 qui illustrent des variantes de réalisation des pattes axiales de refroidissement formées à la périphérie du disque. L'alternateur 10 illustré aux figures 1 à 3 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 de l'alternateur 10. Le rotor 12 est monté tournant à l'intérieur d'un stator 18 comportant une jupe annulaire cylindrique 20 à l'intérieur de laquelle est agencé un enroulement statorique 22. L'ensemble rotor 12, stator 18 est fermé à ses deux extrémités axiales par un premier flasque radial d'extrémité 24 réalisé venu de matière avec la jupe 20 et par un second flasque radial d'extrémité 26. Chacun des deux flasques radiaux 24 et 26 porte un palier à roulement à billes 28, 30 pour le montage à rotation de l'arbre 16. La première extrémité axiale 32 de l'arbre 16 traverse le premier flasque 24 tandis que sa seconde extrémité 34 traverse le second flasque 26 et porte une poulie d'entralnement 36. Afin de réduire la température de fonctionnement de l'alternateur 10, et notamment d'évacuer la chaleur régnant dans l'enceinte 13, l'alternateur 10 est du type refroidi par eau. A cet effet, le stator 18 est entouré par un boîtier 38 comportant une jupe cylindrique périphérique 40 qui s'étend sensiblement parallèlement à la jupe 20 du stator 18 et qui se prolonge radialement vers l'intérieur par une cloison radiale d'extrémité 42 qui s'étend parallèlement au premier flasque radial d'extrémité 24 et dont une portion annulaire interne 44 en forme de coussinet reçoit directement le palier 28 et est centrée dans une portée correspondante 46 du flasque 24. La liaison entre le stator 18, le second flasque 26 et le boîtier 38 est assurée par une série de vis 48 dont l'une est illustrée sur la figure 1. La chambre annulaire périphérique 50 délimitée par les jupes 20 et 40 est remplie d'eau de refroidissement. L'étanchéité de la chambre de refroidissement 50 est assurée au moyen d'un joint d'étanchéité 52 en forme de disque. La portion centrale du disque d'étanchéité 52 est montée serrée axialement entre la paroi externe 25 du flasque 24 du stator 18 et la paroi interne 43 de la cloison 42 du boîtier 38. Le disque d'étanchéité 52 est un disque en métal, par exemple en aluminium, qui porte au voisinage de sa périphérie une garniture annulaire d'étanchéité 54 qui est par exemple réalisée sous la forme d'un dépôt de silicone. La portion centrale du disque d'étanchéité 52 comporte une série de trous et orifices 56 permettant le passage de différents composants, et notamment de fils électriques pour le raccordement du pont redresseur 58 qui est agencé sur la paroi radiale externe 60 de la partie 42 du boîtier 38. Conformément aux enseignements de l'invention, et afin d'améliorer le refroidissement du flasque radial 24 afin d'éviter que ce dernier ne transmette la chaleur produite par le pont redresseur 58 à l'enceinte 13, il est prévu des organes d'échange thermique entre le flasque 24 et l'eau contenue dans la chambre 50. A cet effet, le disque d'étanchéité 52 constitue également un disque de refroidissement. Le disque 52 se prolonge radialement vers l'extérieur, au delà de la garniture d'étanchéité 54 par une zone radiale périphérique 62 qui s'étend radialement à l'intérieur de la chambre 50. Ainsi, la chaleur emmagasinée par le flasque radial 24 et par la cloison 42 du boîtier 40 est évacuée par le disque 52 dans l'eau de refroidissement contenue dans la chambre 50. Afin d'améliorer encore le refroidissement de la zone chaude de l'alternateur 10, le boîtier 38 comporte une série d'ailettes de refroidissement 64. Les ailettes de refroidissement 64 sont réalisées venues de matière par moulage avec le boîtier 40 et elles s'étendent axialement à l'intérieur de la chambre 50 depuis la portion radiale 65 de la paroi interne du boîtier 38 qui délimite axialement la chambre 50. Les ailettes de refroidissement 64 sont réparties régulièrement en couronne, comme on peut le voir sur la figure 3, et elles s'étendent chacune axialement à travers un orifice correspondant 66 formé dans la partie annulaire périphérique 62 du disque d'étanchéité et de refroidissement 52. Afin d'évacuer les calories transmises à l'eau contenue dans la chambre de refroidissement 50, cette dernière est reliée par des raccords 68 à un circuit de circulation d'eau (non représenté). On décrira maintenant le second mode de réalisation illustré aux figures 4 et 5 sur lesquels les composants identiques ou similaires à ceux représentés sur les figures 1 à 3 sont désignés par les mêmes chiffres de référence. Afin d'accroître encore les capacités d'échange thermique du disque de refroidissement 52 avec l'eau contenue dans la chambre de refroidissement 50, la zone annulaire périphérique 62 du disque d'étanchéité et de refroidissement 52 qui s'étend dans la chambre de refroidissement 50 se prolonge axialement par une jupe cylindrique 70 qui s'étend le long de la paroi interne de la jupe cylindrique 40 du boîtier 38. La zone annulaire 62 comporte également des trous 66 permettant le passage d'ailettes de refroidissement 64 qui ne sont pas illustrées sur les figures 4 et 5. Dans la variante de réalisation illustrée en perspective à la figure 6, la jupe cylindrique annulaire de refroidissement 70 est fendue axialement pour constituer une série de pattes axiales de refroidissement 72 disposées en couronne. On voit également sur la figure 6 une patte radiale 74 d'indexation en position angulaire du disque 52. Les variantes de réalisation des pattes 72 illustrées aux figures 7 à 9 ont pour but de provoquer des turbulences dans l'eau qui circule dans la chambre 50 et d'accroître également les surfaces d'échange thermique entre les pattes 72 et l'eau. Sur la figure 7, chaque patte axiale de refroidissement 72 comporte une série de trous 76. Sur les figures 8 et 9, chaque patte 72 comporte un ou plusieurs crevés 78 qui correspondent à la formation de portions en relief 80 des pattes 72 qui font saillie radialement vers l'extérieur par rapport au plan général des pattes 72. L'alternateur 10 selon l'invention qui vient d'être décrit possède donc des capacités de refroidissement accrues grâce à des moyens constitués pour l'essentiel par une modification du disque d'étanchéité 52 qui associe, conformément à l'invention, les fonctions d'étanchéité et de refroidissement. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante (10) du type comportant un rotor (12), un stator (18)qui comporte au moins une jupe cylindrique annulaire et 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 est monté tournant, et du type comportant un boîtier (38) qui entoure au moins partiellement le stator (18, 20) et qui délimite avec ce dernier une chambre annulaire périphérique de refroidissement (50) remplie d'un fluide caloporteur, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un organe (52, 62, 64) d'échange thermique entre le flasque (24) du stator (18) et le fluide caloporteur. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'organe d'échange thermique est un disque de refroidissement (52) qui est en contact avec la paroi radiale externe (25) du flasque (24) du stator et qui comporte au moins un prolongement (62) qui s'étend à l'intérieur de la chambre de refroidissement (50). 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que le disque de refroidissement (52) est monté serré axialement entre la face radiale externe (25) du flasque (24) du stator (18) et une portion de la paroi radiale interne (43) en vis- & - vis du boîtier (38, 42) qui est traversée par l'arbre (16, 32) du rotor (12). 4. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'une portion annulaire du disque de refroidissement (52) comporte une garniture d'étanchéité (54). 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ledit prolongement est une patte de refroidissement (70, 72) qui s'étend axialement depuis le bord libre du disque de refroidissement (52). 6. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce que le disque de refroidissement (52) comporte une série de pattes de refroidissement (72) agencées en couronne à la périphérie du bord libre du disque de refroidissement. 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisée en ce que chaque patte de refroidissement (72) comporte des moyens (76, 78, 80) pour provoquer des turbulences dans le fluide caloporteur. 8. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que chaque patte de refroidissement (72) comporte des moyens (76, 78, 80) pour accroître sa surface d'échange thermique avec le fluide caloporteur. 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que la zone annulaire périphérique (62) du disque de refroidissement (52) s'étend radialement à l'intérieur de la chambre de refroidissement (50). 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'une paroi radiale interne (65) du boîtier (38, 42) comporte au moins une ailette de refroidissement (64) qui s'étend axialement à l'intérieur de la chambre de refroidissement (50). 11. Machine électrique tournante selon la revendication 10 prise en combinaison avec la revendication 9, caractérisée en ce que ladite zone annulaire périphérique (62) du disque de refroidissement comporte au moins un orifice (66) qui est traversé par l'ailette de refroidissement (64). 12. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce qu'elle comporte une série d'ailettes de refroidissement (64) agencées en couronne. 13. Alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément à l'une quelconque des revendications précédentes.