Brevet FR2722623A1 — publié le 19960119

" Machine électrique notamment alternateur pour véhicule automobile " Etat de la technique L'invention concerne une machine électrique, notamment alternateur pour véhicule automobile comportant un boîtier en deux parties vissées par des vis de serrage pour le montage du rotor et pour enserrer le stator dont le paquet de tôles est formé de lamelles séparées, reliées en- tre elles à la périphérie extérieure par des liaisons lon- gitudinales rigides notamment des cordons de soudure, et qui comporte sur au moins plusieurs lamelles séparées, au niveau de sa zone de bord extérieur, des surfaces d'appui et de centrage pour le recevoir dans au moins l'une des deux moitiés de boîtier. Selon le modèle d'utilité DE 91 07 542 on con- naît un alternateur correspondant à ce type et dont le pa- quet de tôles est renforcé par des cordons de soudure prévus à la périphérie. Selon le document DE 41 21 734 Al on connaît un alternateur dont seulement certaines lamelles de tôle, in- termédiaires du paquet de tôles du stator, sont munies de déformations au niveau des vis de serrage, à la périphérie extérieure, et sont reçues entre les moitiés de boîtier par des surfaces d'appui et de centrage. Pour fixer le paquet de tôles de stator, il est en outre connu de prévoir à la place de cordons de soudure, à la périphérie du paquet de tôles, des rivets en plusieurs endroits ou encore des bos- sages matricés en forme de rainures par lesquels les diffé- rentes lamelles sont emboîtées. L'inconvénient des solutions connues est que le paquet de tôles du stator, en particulier au niveau du ser- rage entre les deux moitiés du boîtier de la machine à l'endroit des vis de serrage, n'est pas suffisamment rigide si bien que les excitations d'oscillations peuvent se transmettre, par ces zones de serrage, à tout le boîtier. Les oscillations d'origine électromagnétique, ainsi émises sous forme d'ondes sonores, représentent une partie impor- tante des bruits de palier et de ventilation dans une plage plus ou moins grande de la vitesse de rotation. La présente invention a pour but de réduire le niveau sonore de la machine par un serrage solide du stator entre les moitiés de boîtier de la machine, pour réduire dans une très large mesure ce niveau sonore, et d'améliorer en même temps le montage du paquet de tôles du stator entre les deux moitiés de boîtier au niveau des vis de serrage. Avantages de l'invention L'invention concerne une machine électrique du type défini ci-dessus, caractérisée en ce que les lamelles séparées du paquet de tôles de stator, qui sont enserrées entre les surfaces d'appui et de centrage des deux moitiés de boîtier, sont reliées par au moins deux liaisons longi- tudinales symétriques par rapport aux vis de serrage et faiblement distantes, ces liaisons étant de préférence des cordons de soudure. La machine électrique selon l'invention offre l'avantage que le paquet de tôles du stator au niveau des surfaces d'appui et de centrage des deux moitiés de boî- tier, grâce aux liaisons longitudinales des lamelles de tôle, constituées de préférence par deux cordons de sou- dure, constituant un ensemble rigide de lamelles, est serré de manière précise et rigide par une vis de serrage montée de manière symétrique entre les moitiés du boîtier. Il en résulte également l'avantage que le paquet de tôles du sta- tor ne peut plus être comprimé élastiquement au niveau des surfaces d'appui et de centrage par les vis de serrage des deux moitiés de boîtier, mais qu'il est monté sans serrage entre les deux moitiés de boîtier. De plus, cette rigidifi- cation du paquet de tôles du stator par des cordons de sou- dure prévus par paire, permet un serrage ajusté du stator, sans jeu, avec un centrage radial. Suivant d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention: - les liaisons longitudinales de préférence constituées par des cordons de soudure au niveau de la di- rection périphérique, correspondent à une répartition angu- laire irrégulière et, de part et d'autre des vis de serrage, elles sont décalées d'au moins sensiblement une division de dent et parallèles; - les cordons de soudure sont réalisés dans des rainures prévues dans le diamètre extérieur du paquet de tôles, chaque fois au-dessus d'un milieu de dent des diffé- rentes lamelles à denture intérieure; - les cordons de soudure sont dirigés axiale- ment, perpendiculairement aux faces frontales du paquet de tôles; - la répartition angulaire des cordons de sou- dure n'est pas harmonique par rapport à la division polaire de la machine. Il est particulièrement avantageux que les sur- faces d'appui et de centrage des deux parties de boîtier soient des segments d'anneaux de cercle et se trouvent cha- que fois disposées symétriquement par rapport aux vis de serrage. Pour le blocage radial du stator, on a une autre possibilité avantageuse en ce que, sur au moins l'une des deux moitiés de boîtier, symétriquement par rapport aux vis de serrage, les segments d'anneaux de cercle des moitiés de boîtier respectives s'appliquent suivant un siège pressé contre la périphérie extérieure du paquet de tôles du sta- tor. Suivant une autre caractéristique, la moitié de boîtier comporte au niveau de ses segments d'anneaux de cercle, des surfaces de centrage offrant un couple résis- tant plus élevé aux efforts radiaux que la zone périphéri- que intermédiaire de la moitié de boîtier. Suivant d'autres caractéristiques avantageu- ses: - le couple résistant radial au niveau des sur- faces de centrage est au moins double de celui des zones périphériques intermédiaires des moitiés de boîtier; - la paroi des moitiés de boîtier qui entoure le paquet de tôles de stator présente dans les zones péri- phériques entre les surfaces de centrage, un intervalle d'air par rapport à la périphérie extérieure du paquet de tôles; - les segments d'anneaux de cercle présentant des surfaces de centrage sont reliés par des branches ra- diales à un moyeu de palier pour rigidifier radialement la partie de boîtier; - les branches radiales sont prévues chaque fois par paire et de manière symétrique de part et d'autre des vis de serrage; - les moitiés de boîtier ont des zones situées entre les segments d'anneaux de cercle munies de surfaces d'appui et de centrage comportant des passages d'air, - la paroi des moitiés de boîtier, dans les zo- nes périphériques situées entre les surfaces d'appui et de centrage, comportent chaque fois une autre partie en saillie dirigée radialement vers l'intérieur, qui enserre de manière complémentaire le paquet de tôles de stator dans la direction radiale et/ou axiale. Dessins Des exemples de réalisation de l'invention sont représentés dans les dessins et seront décrits ci-après de manière plus détaillée. Ainsi: - la figure 1 est une coupe longitudinale d'une génératrice pour véhicules automobiles comportant un stator enserré selon l'invention entre deux moitiés de boîtier et correspondant à un premier exemple de réalisation; - la figure 2 montre un détail des points de serrage du stator; - la figure 3 montre, en coupe transversale, un détail du paquet de tôles de stator avec une paire de cor- dons de soudure; - la figure 4 montre un autre exemple de réali- sation d'un point de serrage en coupe longitudinale; - la figure 5 est une vue de face selon IV-IV de la figure 4; - la figure 6 montre une vue de dessus d'un troisième exemple de réalisation sur les points d'appui et de centrage d'une moitié de boîtier; - la figure 7 montre une coupe longitudinale avec une nervure de rigidification, selon V-V de la figure 6; - la figure 8 est une coupe longitudinale selon VI-VI de la figure 6. Description des exemples de réalisation L'alternateur (génératrice) pour véhicule auto- mobile, représenté en coupe longitudinale à la figure 1, se compose essentiellement d'un stator 10 constitué par un pa- quet de tôles 11, empilées; ce paquet de tôles portant un enroulement de stator 12, triphasé, est serré à l'aide de vis 15 entre les moitiés de boîtier 13 et 14. Les moitiés de boîtier 13 et 14 forment sur leur face frontale des pan- neaux de palier recevant, du côté de l'entraînement, un pa- lier d'entraînement 16 relativement grand et, du côté des balais, un palier de collecteur 17 relativement plus léger. Un rotor à griffes polaires 18 est prévu dans le stator ; ce rotor se compose de deux disques à griffes polaires 19, 20 entre lesquelles est serrée une pièce de guidage de flux 21 portant un enroulement d'excitation 22. Le rotor à griffes polaires 18 est fretté sur l'axe de rotor 23; cet axe est logé dans les deux paliers 16 et 17 et, à son ex- trémité d'entraînement, l'axe porte une partie filetée 24.- pour fixer une poulie d'entraînement. De part et d'autre du rotor à griffes polaires 18, l'axe de rotor 23 porte chaque fois un disque de ventilation 25, 26 pour évacuer la cha- leur de déperdition de l'alternateur. A l'extrémité de l'axe 23, du côté des balais, on a un dispositif à bague collectrice pour l'alimentation de l'enroulement d'excitation 22; ce dispositif est relié par les balais en charbon d'un porte-balais 27, à un régu- lateur 28 et à un ensemble redresseur non représenté. Cet ensemble redresseur convertit le courant alternatif en cou- rant continu pour alimenter le réseau embarqué ainsi qu'une batterie d'accumulateur du véhicule. Le régulateur 28 ainsi que l'ensemble redresseur sont couverts par un capot 29 en forme de pot qui est également fixé à la moitié de boîtier 14 du côté des balais et reçoit les bornes électriques 30 de l'alternateur. La figure 2 montre un détail d'un point de fixation du paquet de tôles de stator 11 entre les deux moitiés de boîtier 13, 14; les différentes lamelles lla enserrées du paquet de tôles sont reliées rigidement au ni- veau des surfaces d'appui 31 des moitiés de boîtier 13, 14, chaque fois par un cordon de soudure 32 prévu des deux cô- tés, de manière symétrique par rapport à la vis de serrage 15. La partie en saillie axiale 33 des moitiés de boîtier 13 et 14 dans la zone des vis de serrage 15, fait que les surfaces d'appui 31, comme cela apparaît à la figure 1, des surfaces de centrage 34 radialement adjacentes, sont des segments d'anneaux de cercle, symétriques par rapport aux vis de serrage 15. La figure 3 montre un détail du paquet de tôles 11 à prendre en combinaison avec la figure 2; il apparaît que les cordons de soudure 32 se trouvent chaque fois par paire dans la direction périphérique, de part et d'autre des vis de serrage 15, avec un décalage d'une division de dent, par exemple 10 ; ces cordons sont parallèles. Cette figure montre en outre que les cordons de soudure 32 sont réalisés dans des rainures 35 prévues sur le diamètre exté- rieur du paquet de tôles 11, chaque fois au-dessus d'un segment de dent des différentes lamelles à denture inté- rieure. Les cordons de soudure 32 sont dirigés, comme les vis de serrage 15, perpendiculairement aux faces frontales llb du paquet de tôle 11. Comme entre les deux cordons de soudure 32 selon la figure 3, il y a trois dents 36 du sta- tor de l'enroulement de stator 12, triphasé, il en résulte que la division angulaire des cordons de soudure 32 n'est pas harmonique de la division polaire T de l'alternateur, qui correspond par exemple à 20 . Les figures 4 et 5 représentent un détail d'un alternateur correspondant à un autre exemple de réalisa- tion, montrant le point de serrage du stator; on utilisera ici les mêmes références pour désigner les mêmes éléments que dans le premier exemple de réalisation. Seules les deux moitiés de boîtier 13 et 14 sont légèrement différentes. L'important est d'avoir une fixation radiale du stator 10 sur les deux moitiés de boîtier 13, 14, chaque fois par un siège pressé, de sorte que les surfaces de centrage 34 pré- vues symétriquement par rapport aux vis de serrage 15 sur un segment d'anneau de cercle 37 sur les deux moitiés de boîtier 13, 14, sont pressées avec un diamètre légèrement plus réduit contre la périphérie extérieure des lamelles de tôle lia, extérieures du paquet de tôles 11. Pour cela, les deux moitiés de boîtier 13, 14 ont, au niveau des segments de cercle 27 des surfaces de centrage 34, un renforcement radial 38 au niveau des vis de serrage 15, pour offrir un couple résistant plus important contre les efforts radiaux que les zones périphériques 39 intermédiaires des moitiés de boîtier 13, 14. Pour que d'une part les zones périphéri- ques 39 situées entre les points de serrage des deux moi- tiés de boîtier 13, 14 puissent céder élastiquement dans la direction radiale, lors du pressage des surfaces de cen- trage 34 sur le paquet de tôles 11, et que d'autre part la circulation d'air permette d'évacuer la chaleur dégagée dans le paquet de tôles 11, la paroi des moitiés de boîtier 13, 14 enserrant le paquet de tôles 11 présente, dans les zones périphériques 39 entre les surfaces de centrage 34, un intervalle d'air 40 par rapport à la périphérie du pa- quet de tôles 11. Le renforcement 38 au niveau des zones de serrage du paquet de tôles 1l fait que le couple résistant, radial, des moitiés de boîtier 13, 14 au niveau des surfa- ces de centrage 34, est au moins double de celui des zones périphériques intermédiaires 39. Les figures 6 à 8 montrent, comme autre exemple de réalisation, une moitié du panneau de palier du côté de l'entraînement d'un alternateur; il s'agit de la partie supérieure de la moitié de boîtier 13. La figure 6 repré- sente une vue de dessus de la moitié de boîtier 13 vue à partir du côté du stator, comme cela est indiqué par les flèches VI-VI à la figure 7. La figure 7 est une coupe transversale de la moitié de boîtier 13 selon la ligne VII-VII de la figure 6; la figure 8 est une coupe transversale correspondante selon la ligne VIII-VIII de la figure 6. Dans ce cas égale- ment, au niveau des points de serrage, on a réalisé chaque fois sur un segment d'anneau de cercle 37, une surface d'appui et de centrage 31, 34, symétriquement par rapport aux vis de serrage 15. Les segments d'anneaux de cercle 37 et les surfaces de centrage 34 sont reliés, de même que dans l'exemple de réalisation des figures 1 et 2, pour le renforcement radial, par une branche 41 dirigée sensible- ment de manière radiale, jusqu'au moyeu de palier 42 de la partie de boîtier 13. Les branches 41 sont prévues par paire et de manière symétrique de part et d'autre des vis de serrage 15. Entre les segments d'anneaux de cercle 37 avec les surfaces d'appui et de centrage 31, 34, la partie de boîtier est munie, sur sa face frontale, d'ouvertures de ventilation 43, 44 en forme de segments; les ouvertures de ventilation 43 radialement à l'extérieur arrivent jusque dans la zone périphérique 39 située radialement à l'extérieur, pour réduire le couple résistant, radial, de ces zones (figure 8). Le courant d'air peut pénétrer à tra- vers les ouvertures de ventilation 44 intérieures, pour être conduit par un ventilateur radial 26 porté par le ro- tor de la machine vers la tête d'enroulement du stator 10 et, de là, passer par les ouvertures de ventilation 43, ex- térieures, ainsi qu'à travers l'intervalle de ventilation 40 au- dessus du paquet de tôles 11 pour passer à l'extérieur. Dans le cas de machines électriques de puis- sance importante ayant des zones périphériques longues 39 entre les points de serrage, il peut être intéressant que la paroi des moitiés de boîtier 13, 14 (comme le montre la figure 6), présente dans les zones périphériques 39 situées entre les segments d'anneaux de cercle 37 avec les surfaces d'appui et de centrage 31, 34, chaque fois une autre saillie radiale 45 dirigée vers l'intérieur, qui assure en outre un serrage radial et/ou axial complémentaire des fa- ces frontales des lames du paquet de tôle 11. De plus, pour la forme donnée aux moitiés de boîtier 13, 14 réalisées en aluminium injecté, de la machine électrique, il peut être avantageux de prévoir, au niveau des taraudages 46 ou des passages 47 des vis de serrage 15 (comme cela apparaît aux figures 4 et 5), chaque fois une ouverture 48 dans les seg- ments d'anneaux de cercle 37 pour que, dans chaque segment d'anneau de cercle 37, la surface de centrage 34 soit divi- sée en deux surfaces partielles de centrage 34a, distantes l'une de l'autre, symétriquement par rapport à la vis de serrage 15. L'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation représentés. Pour avoir un serrage précis, sans distorsion, et aussi rigide que possible vis-à-vis de l'excitation par les oscillations. C'est ainsi qu'il peut, par exemple, être avantageux de prévoir, à la place des cordons de soudure 32 disposés par paire dans la direction axiale, des cordons parallèles par paire mais néanmoins dé- calés axialement et, pour renforcer la rigidité du paquet de tôles de stator 11, les cordons de soudure 32, parallè- les, par paire, sont décalés par rapport aux cordons de soudure des paires voisines, en les décalant de manière op- posée. En outre, on peut également prévoir le nombre des moyens de fixation du stator 10 dans la direction axiale et dans la direction radiale, dans des plages angulaires dif- férentes à la périphérie du stator pour les moitiés de boî- tier 13 et 14, par exemple par huit appuis axiaux et quatre points de blocage radial. Grâce aux segments d'anneaux de cercle 37 partiellement rigides et aux zones périphériques 39 intermédiaires, élastiques souples et conçues pour le passage de l'air de refroidissement, on obtient, comme avantage, vis-à-vis du serrage connu sur 360 , un appui de stator rigide vis-à-vis des oscillations, compact, et cer- tain, permettant de transmettre de manière dirigée les ef- forts de serrage et d'assurer un bon contact pour l'évacuation de la chaleur du stator 10 vers les moitiés de boîtier 13, 14, tout en réduisant en même temps le bruit émis. Le serrage axial partiel du stator entre les deux moitiés de boîtier 13, 14 permet en outre un montage sans jeu sans nécessiter de montage fretté, coûteux et sensible à la température. Les dilatations thermiques différentes des moitiés de boîtier par exemple en aluminium, et du sta- tor 10 par exemple en tôle d'acier, conduisent grâce aux zones de panneaux de palier, élastiques souples, entre les points de serrage du stator, à une déformation réduite du stator vis-à-vis des variations de température. Enfin, la fabrication du paquet de tôles 11 et des moitiés de boîtier 13 et 14 permet une réalisation moins coûteuse, grâce à une meilleure compensation des tolérances selon l'invention, que pour les solutions connues. A la place des cordons de soudure, on peut éga- lement relier rigidement les lamelles de tôle constituant le paquet 11 d'une manière différente, par des liaisons longitudinales assurant une liaison partiellement rigide, par exemple des rivets, des combinaisons de bossages, des matriçages au niveau des différentes lamelles, par collage ou par des moyens analogues. RE V E N D I C A T I ONS 1) Machine électrique, notamment alternateur pour véhicule automobile comportant un boîtier en deux par- ties vissées par des vis de serrage pour le montage du ro- tor et pour enserrer le stator dont le paquet de tôles est formé de lamelles séparées, reliées entre elles à la péri- phérie extérieure par des liaisons longitudinales rigides notamment des cordons de soudure, et qui comporte sur au moins plusieurs lamelles séparées, au niveau de sa zone de bord extérieur, des surfaces d'appui et de centrage pour le recevoir dans au moins l'une des deux moitiés de boîtier, machine caractérisée en ce que les lamelles séparées (lia) du paquet de tôles de stator (11), qui sont enserrées entre les surfaces d'appui et de centrage (31, 34) des deux moi- tiés de boîtier (13, 14), sont reliées par au moins deux liaisons longitudinales symétriques par rapport aux vis de serrage (15) et faiblement distantes, ces liaisons étant de préférence des cordons de soudure (32). 2) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les liaisons longitudinales de pré- férence constituées par des cordons de soudure (32) au ni- veau de la direction périphérique, correspondent à une répartition angulaire irrégulière et, de part et d'autre des vis de serrage (15), elles sont décalées d'au moins sensiblement une division de dent et parallèles. 3) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que les cor- dons de soudure (32) sont réalisés dans des rainures (35) prévues dans le diamètre extérieur du paquet de tôles (11), chaque fois au-dessus d'un milieu de dent des différentes lamelles à denture intérieure (lia). 4) Machine électrique selon l'une des revendi- cations 1 à 3, caractérisée en ce que les cordons de sou- dure (32) sont dirigés axialement, perpendiculairement aux faces frontales du paquet de tôles (11). ) Machine électrique selon l'une des revendi- cations précédentes, caractérisée en ce que la répartition angulaire des cordons de soudure (32) n'est pas harmonique par rapport à la division polaire (T) de la machine. 6) Machine électrique selon la revendication 1, caractérisée en ce que les surfaces d'appui et de centrage (31, 34) sont réalisées sous la forme de segments d'anneaux de cercle (37) des moitiés de boîtier (13, 14) et sont pré- vues chaque fois de manière symétrique par rapport aux vis de serrage (15) et aux cordons de soudure (32) prévus par paire. 7) Machine électrique selon la revendication 6, caractérisée en ce que le blocage radial (34) du stator (10) est prévu sur les segments d'anneaux de cercle (37) qui s'appuient sur un siège pressé contre la périphérie ex- térieure des paquets de tôles de stator (11). 8) Machine électrique selon la revendication 7, caractérisée en ce qu'au moins une moitié de boîtier (13, 14) dans les segments d'anneaux de cercle (37) des surfaces de centrage (34), présente un couple résistant plus élevé vis-à-vis des forces radiales que la zone périphérique (39) intermédiaire de la partie de boîtier (13, 14). 9) Machine électrique selon la revendication 8, caractérisée en ce que le couple résistant radial au niveau des surfaces de centrage (34) est au moins double de celui des zones périphériques (39) intermédiaires des moitiés de boîtier (13, 14). ) Machine électrique selon l'une des revendi- cations 7 à 9, caractérisée en ce que la paroi des moitiés de boîtier (13, 14) qui entoure le paquet de tôles de sta- tor (11) présente dans les zones périphériques (39) entre les surfaces de centrage (34), un intervalle d'air (40) par rapport à la périphérie extérieure du paquet de tôles (11). 11) Machine électrique selon la revendication 8, caractérisée en ce que les segments d'anneaux de cercle (37) présentant des surfaces de centrage (34) sont reliés par des branches radiales (41) à un moyeu de palier (42) pour rigidifier radialement la partie de boîtier (13, 14). 12) Machine électrique selon la revendication 11, caractérisée en ce que les branches radiales (41) sont prévues chaque fois par paire et de manière symétrique de part et d'autre des vis de serrage (15). 13) Machine électrique selon l'une quelconque des revendications 10 ou 11, caractérisée en ce que les moitiés de boîtier (13, 14) ont des zones situées entre les segments d'anneaux de cercle (37) munies de surfaces d'appui et de centrage (31, 34) comportant des passages d'air (43, 44). 14) Machine électrique selon la revendication 10, caractérisée en ce que la paroi des moitiés de boîtier (13, 14), dans les zones périphériques (39) situées entre les surfaces d'appui et de centrage (31, 34), comportent chaque fois une autre partie en saillie (45) dirigée radia- lement vers l'intérieur, qui enserre de manière complémen- taire le paquet de tôles de stator (11) dans la direction radiale et/ou axiale.