Brevet FR2717639A1 — 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 au moins une jupe cylindrique annulaire et deux flasques radiaux d'extrémité traversé par l'arbre du rotor et qui délimitent 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 ou 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 électrique machine 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. Dans le cas d'un alternateur, les besoins de refroidissement de l'ensemble sont particulièrement élevés car 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 refroidit. Dans les conceptions connues d'un tel alternateur à refroidissement par eau, la capacité de dissipation thermique de l'ensemble de la machine tournante, et notamment de la partie d'extrémité du stator, est insuffisante. De plus, dans une telle conception, l'ensemble du rotor et plus particulièrement le bobinage rotorique situé entre les roues polaires n'est plus refroidi. L'invention a pour but de proposé 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 tout en lui conservant un grand silence de fonctionnement. Dans ce but, l'invention propose une machine électrique tournante, caractérisée en ce qu'elle comporte un ventilateur interne dont l'hélice est entraînée en rotation par le rotor et provoque une circulation axiale forcée d'air de refroidissement dans l'enceinte. Selon d'autres caractéristiques de la machine selon l'invention - chaque flasque radial d'extrémité comporte au moins un orifice axial d'entrée, respectivement de sortie, de l'air de refroidissement - chaque flasque radial d'extrémité comporte une série d'orifices d'entrée, respectivement de sortie, de l'air de refroidissement, agencés angulairement autour de l'axe de la machine - le second boîtier comporte une paroi radiale d'extrémité qui s'étend en regard d'un premier des deux flasques radiaux d'extrémité avec lequel elle délimite une chambre radiale d'extrémité de refroidissement reliée à la chambre annulaire périphérique de refroidissement - chaque orifice axial formé dans le premier flasque radial traverse la paroi radiale d'extrémité du boîtier - le premier flasque radial d'extrémité et la paroi radiale d'extrémité du second boîtier comportent deux zones annulaires adjacentes par leurs faces en vis-àvis agencés radialement vers l'intérieur par rapport à la chambre radiale d'extrémité de refroidissement, et dans laquelle est formé au moins un orifice axial - l'hélice du ventilateur est agencée axialement entre le premier flasque et le rotor et l'air de refroidissement entre dans l'enceinte par au moins un orifice axial formé dans le premier flasque - le ventilateur est réalisé sous la forme d'une hélice fixée sur une des pattes radiales d'extrémité du rotor - l'hélice du ventilateur est réalisé en tôle découpée et emboutie. 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 apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera au dessin annexé dont la figure unique est une vue en coupe axiale d'un exemple de réalisation d'un alternateur de véhicule automobile réalisé conformément aux enseignements de l'invention. L'alternateur 10 illustré sur la figure comporte un rotor 12 constitué notamment d'une série de roues polaires 14A et 14B liées en rotation à l'arbre tournant 16 du rotor 12. Le rotor 12 est monté tournant à l'intérieur d'un boîtier 18 comportant une jupe annulaire cylindrique 20 à l'intérieur de laquelle est agencé un enroulement statorique 22. Le boîtier 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 réalisé sous la forme d'un couvercle de fermeture rapporté. La première extrémité axiale 32 de l'arbre 16 traverse le premier flasque radial 24, avec interposition d'un palier à roulement à billes 28, tandis que sa seconde extrémité 34 traverse le second flasque 26, avec interposition d'un palier à roulement à billes 30 et porte une poulie d'entraînement 36. Afin de réduire la température de fonctionnement de l'alternateur 10, et notamment afin d'évacuer la chaleur régnant dans l'enceinte 13 du boîtier 18, l'alternateur 10 est du type refroidi par eau et par air. A cet effet, le boîtier 18 est entouré par un second boîtier 38 comportant une jupe cylindrique périphérique 40 qui s'étend sensiblement parallèlement à la jupe 20 du boîtier 18 et qui se prolonge radialement vers l'intérieur par une paroi radiale d'extrémité 42 qui s'étend parallèlement au premier flasque radial d'extrémité 24 du stator 18 et dont une portion annulaire interne 44 en forme de coussinet reçoit directement le palier 18 et est centrée dans une portée correspondante 46 du flasque 24. La liaison entre le boîtier 18, le second flasque 26 et le second boîtier 38 est assurée par une série de vis 48 dont l'une est illustrée sur la figure. La chambre annulaire périphérique 50 délimité par les jupes 20 et 40 est remplie d'eau de refroidissement. Le refroidissement par eau est complété par une chambre radiale d'extrémité 52 qui communique avec la chambre périphérique annulaire 50 et qui est délimitée par des évidements en vis-à-vis 54 et 56 formés respectivement dans les faces radiales adjacentes du premier flasque radial d'extrémité 24 et de la paroi radiale d'extrémité 42. Un disque d'étanchéité, non représenté, peut être interposé entre ces faces radiales adjacentes et il peut comporté une série de trous et orifices permettant le passage de différents composants, et notamment de fils électriques pour le raccordement du pont redresseur 58 qui est agencé sur la face radiale externe 60 de la paroi radiale d'extrémité 42 du boîtier 38. Conformément aux enseignement de l'invention, et afin d'accroître le refroidissement de l'alternateur 10, ce dernier est également refroidi par air au moyen d'un ventilateur hélicoïde 62 qui est agencée entre une face radiale d'extrémité 64 du rotor et la face radiale interne en vis-à-vis du premier flasque radial d'extrémité 24. L'hélice 62 est par exemple une pièce en tôle découpée et emboutie qui comporte une série d'aubes 66 destinées à provoquer une circulation forcée d'air à l'intérieur de l'enceinte 13 sensiblement selon une direction parallèle à l'axe de rotation X-X de l'alternateur. L'hélice 62 peut par exemple être fixée par soudage sur la face radiale d'extrémité 64 du rotor. Afin de permettre la circulation axiale forcée de l'air, le premier flasque radial d'extrémité 24 et la paroi radiale d'extrémité 42 comportent une série d'orifices axiaux 68 pour l'entrée de l'air de refroidissement. Les orifices 68, dont un seul est illustré sur la figure, sont par exemple répartis angulairement de manière régulière autour de l'axe de rotation X-X et ils sont agencés dans la partie annulaire radialement la plus à l'intérieur du flasque 24 et de la paroi 42 afin de ne pas traverser la chambre radiale d'extrémité de refroidissement 52. L'air qui pénètre par les orifices axiaux 68 et qui traverse le rotor 12 dans l'enceinte 13 sort ensuite par une série d'orifices axiaux 70 agencés angulairement de manière régulière autour de l'axe X-X et qui sont formés dans le second flasque latéral formant couvercle 26. Dès que le rotor tourne à l'intérieur de l'enceinte 13, il entraîne simultanément en rotation l'hélice 62 du ventilateur qui provoque une circulation axiale forcée d'air frais provenant de l'extérieur qui circule, de la droite vers la gauche en considérant la figure, et qui refroidit d'abord la partie la plus chaude de l'alternateur constituée par son extrémité qui porte notamment le pont redresseur 58, puis le rotor 12 avant d'être évacué vers l'extérieur par les orifices 70. Dans le cas ou l'alternateur 10 comporte un capot 72 de protection des principaux composants électriques, et notamment du pont redresseur 58, ce dernier comporte bien entendu une multiplicité de trous 74 permettant à l'air extérieur frais de pénétrer dans les orifices axiaux d'entrée d'air 68. On notera que, du fait de son agencement à l'intérieur de l'enceinte 13 qui est elle-même entourée par la chambre annulaire périphérique de refroidissement 50, que le ventilateur interne ne provoque qu'une très faible augmentation du niveau général de bruit de l'alternateur. REVEND I CATIONS 1. Machine électrique tournante (10) du type comportant un rotor (12), un boîtier (18) qui comporte au moins une jupe cylindrique annulaire et 2 flasques radiaux d'extrémité (24) traversés par l'arbre (16) du rotor (12) et qui délimitent au moins en partie une enceinte (13) à l'intérieur de laquelle le rotor (12) est monté tournant, et du type comportant un second 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, caractérisé en ce qu'elle comporte un ventilateur interne dont l'hélice (62) est entraînée en rotation par le rotor (12) et provoque une circulation axiale forcée d'air de refroidissement dans l'enceinte (13). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que chaque flasque radial d'extrémité (24, 26) comporte au moins un orifice axial d'entrée (68), respectivement de sortie (70), de l'air de refroidissement. 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que chaque flasque d'extrémité (24, 26) comporte une série d'orifices d'entrée (68), respectivement de sortie (70), de l'air de refroidissement, agencés angulairement autour de l'axe X-X de rotation de la machine. 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le second boîtier (38) comporte une paroi radiale d'extrémité (42) qui s'étend en regard d'un premier (24) des deux flasques radiaux d'extrémité (24, 26) avec lequel elle délimite une chambre radiale d'extrémité de refroidissement (52) reliée à la chambre annulaire périphérique de refroidissement (50). 5. Machine électrique tournante selon la revendication 4, caractérisée en ce que chaque orifice axial (68) formé dans le premier flasque radial (24)traverse la paroi radiale d'extrémité (42) du boîtier (38) 6. Machine électrique tournante selon la revendication 5, caractérisée en ce que le premier flasque radial d'extrémité (24) et la paroi radiale d'extrémité (42) du second boîtier (38) comportent deux zones annulaires adjacentes par leurs faces en vis-à-vis, agencées radialement vers l'intérieur, par rapport à la chambre radiale d'extrémité de refroidissement (52), et dans lesquelles est formé au moins un orifice axial (68). 7. Machine électrique tournante selon l'une des revendication 5 ou 6, caractérisée en ce que l'hélice (62) du ventilateur est agencée axialement entre le premier flasque radial d'extrémité (24) et le rotor (12, 64), et en ce que l'air de refroidissement entre dans l'enceinte (13) par au moins un orifice axial (68) formé dans le premier flasque (24). 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le ventilateur (62) est réalisé sous la forme d'une hélice fixée sur une (64) des faces radiales d'extrémité du rotor (12). 9. Machine électrique tournante selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'hélice t62) du ventilateur est réalisée en tôle coupée et emboutie. 10. Alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément à l'une quelconque des revendications précédentes.