Brevet FR2711283A1 — 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 délimite au moins en partie une enceinte & 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. C'est notamment le cas pour un alternateur équipant un véhicule automobile qui, pour posséder des performances élevées en fonctionnement dans un environnement de plus en plus chaud, doit être équipé d'un ventilateur le plus efficace possible qui, compte tenu de l'état actuel de la technique des ventilateurs, est générateur de bruits importants, notamment pour les régimes élevés de rotation de l'alternateur. Les problèmes d'échauffement sont particulièrement critiques dans le cas d'un alternateur 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 & 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. Afin de résoudre les problèmes d'échauffement d'un alternateur, il a déjà été proposé d'adopter un refroidissement plus efficace et plus silencieux en utilisant par exemple une circulation extérieure d'eau. L'alternateur comporte dans ce cas un boîtier 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. Un tel mode de refroidissement permet de supprimer les ventilateurs, et donc de réduire les bruits de fonctionnement, et d'obtenir un refroidissement suffisant du stator. Le refroidissement de l'équipage tournant constitué de l'arbre du rotor, des roues polaires et de la bobine d'excitation demeure toutefois insuffisant et la chaleur dissipée dans le rotor et par le rotor ne peut s'évacuer que très faiblement à travers le flasque du stator puis ensuite vers le circuit d'eau de refroidissement, la capacité de dissipation thermique de la partie d'extrémité du stator étant faible. L'invention a pour but de proposer une machine électrique tournante du type mentionné précédemment dont la conception permet de remédier aux inconvénients inhérents à sa structure et permet notamment un meilleur refroidissement global de la machine. Dans ce but, l'invention propose une machine électrique tournante caractérisée en ce que le rotor comporte au moins un radiateur qui accroît la surface d'échange thermique entre le rotor et l'air contenu dans l'enceinte du stator. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la machine comporte au moins un élément de radiateur réalisé sous la forme d'un disque de refroidissement traversé par l'arbre du rotor et qui est en contact par l'une de ses faces radiales avec au moins une portion d'une face radiale d'extrémité du rotor - l'autre face radiale du disque de refroidissement comporte au moins une nervure de refroidissement - la nervure de refroidissement est une nervure annulaire ; - le radiateur est adjacent à une portion en visà-vis de la paroi interne du stator ; - le stator comporte au moins un flasque d'extrémité qui est traversé par l'arbre du rotor, et l'autre face radiale du disque de refroidissement est adjacente à la paroi interne en vis-à-vis du flasque du stator - la paroi interne du flasque du stator comporte au moins une rainure annulaire dans laquelle est reçue la nervure annulaire de refroidissement du disque de refroidissement - l'autre face radiale du disque de refroidissement comporte une série de nervures annulaires de refroidissement concentriques - le stator est entouré au moins partiellement par une chambre de refroidissement remplie d'un fluide caloporteur ; - la chambre de refroidissement s'étend en regard de la paroi externe du flasque radial d'extrémité du stator. 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 alternateur de véhicule automobile réalisé conformément aux enseignements de l'invention - la figure 2 est à plus grande échelle d'un détail de la figure 1 ; et - la figure 3 est une vue en section selon la ligne 3-3 de la figure 1. L'alternateur 10 illustré sur les 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 du rotor 12. 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. Le stator 18 est fermé à ses deux extrémités axiales opposées 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'entraînement 36. Afin de réduire la température de fonctionnement de l'alternateur 10, et notamment d'évacuer la chaleur régnant dans l'enceinte 13 du stator 18, l'alternateur 10 est, dans cet exemple, refroidi par eau. A cet effet, le stator 18 est entouré par un boîtier 38 qui comporte 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 du stator 18 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. Les jupes 20 et 40 délimitent une chambre annulaire périphérique 50 de refroidissement qui communique avec une chambre latérale de refroidissement 52 qui est délimitée par la paroi externe 54 du flasque 24 du stator 18 et par la paroi interne en vis-à-vis 56 de la cloison 42 du boîtier 38. Les chambres de refroidissement communiquantes 50 et 52 sont reliées à un circuit externe de circulation d'eau (non représenté) par des raccords 58. Conformément aux enseignements de l'invention, et afin d'améliorer le refroidissement de l'alternateur 10, le rotor 12 est équipé d'un radiateur 60. Comme cela est représenté plus en détail sur la figure 2, le radiateur 60 est une pièce moulée qui présente sensiblement la forme d'un disque traversé en son centre 62 par l'arbre 16 du rotor 12. Le disque de refroidissement est en contact par sa face radiale 64 avec la face radiale en vis-à-vis 66 des pièces polaires 14A du rotor. Un serrage des surfaces en contact 64 et 66 est assuré par des rivets 70. Le disque de refroidissement 60 est conçu sous la forme d'un radiateur, c'est-à-dire qu'il comporte une surface d'échange thermique importante qui est obtenue grâce à deux nervures annulaires concentriques 72 et 74 formées en relief sur la face radiale 76 du disque 60 tournée vers le flasque 24. Conformément à une autre caractéristique de l'invention, et afin d'évacuer quasi directement la chaleur du rotor en direction de l'eau de refroidissement, chacune des nervures annulaires 72, 74 est reçue avec un jeu minimal dans une rainure annulaire correspondante 78, 80 qui sont toutes les deux formées dans une portion en saillie 82 de la paroi radiale interne 25 du flasque 24 du stator. Les nervures ou ailettes annulaires 72, 74 permettent donc d'accroître la surface et le coefficient d'échange thermique entre le rotor et l'air contenu dans l'enceinte 13 et leur coopération avec les rainures 78 et 80 permet de dissiper directement une partie de la chaleur du rotor en direction de la chambre latérale de refroidissement 52. L'ensemble des nervures 72, 74 et des rainures 78, 80 est tel qu'il permet le mouvement relatif de rotation du rotor 12 et de son disque de refroidissement 60 sans qu'il n'y ait de contact, ni de frottement, supplémentaire avec les parties fixes, les nervures et rainures étant séparées par des fines lames d'air. La forme annulaire des nervures et des rainures offre de plus une très faible résistance par frottement dans l'air lors de la rotation du rotor par rapport au stator. Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures, les nervures 72, 74 et les rainures 78, 80 sont continues mais il est possible, à titre de variante, de prévoir des fentes destinées à favoriser la circulation de l'air dans l'enceinte 13. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante (10) du type comportant un rotor (12) et un stator (18) qui délimite au moins en partie une enceinte à l'intérieur de laquelle le rotor (12) est monté tournant, caractérisée en ce que le rotor (12) comporte au moins un radiateur (60) qui accroît la surface d'échange thermique entre le rotor (12) et l'air contenu dans l'enceinte (13) du stator (18). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un élément de radiateur (60) réalisé sous la forme d'un disque de refroidissement traversé par l'arbre (16) du rotor (12) et qui est en contact par l'une de ses faces radiales (64) avec au moins une portion (66) d'une face radiale d'extrémité du rotor. (12, 14A) 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'autre face radiale (76) du disque de refroidissement (60) comporte au moins une nervure de refroidissement (72, 74). 4. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que la nervure de refroidissement (72, 74) est une nervure annulaire. 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le radiateur (60) est adjacent à une portion en vis-à-vis (82) de la paroi interne (25) du stator (18). 6. Machine électrique tournante selon la revendication 5 prise en combinaison avec la revendication 2, caractérisée en ce que le stator (18) comporte au moins un flasque d'extrémité (24) qui est traversé par l'arbre du rotor (16), et en ce que l'autre face radiale (76) du disque de refroidissement (60) est adjacente à la paroi interne en vis-à-vis (25, 82) du flasque du stator (18). 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6 prise en combinaison avec la revendication 4, caractérisée en ce que la paroi interne (25, 82) du flasque (24) du stator comporte au moins une rainure annulaire (78, 80) dans laquelle est reçue la nervure annulaire de refroidissement (72, 74) du disque de refroidissement (60). 8. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 4 ou 7, caractérisée en ce que l'autre face radiale (76) du disque de refroidissement (60) comporte une série de nervures annulaires de refroidissement concentriques (72, 74). 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le stator (18) est entouré au moins partiellement par une chambre de refroidissement (50, 52) remplie d'un fluide caloporteur. 10. Machine électrique tournante selon la revendication 9 prise en combinaison avec l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que la chambre de refroidissement s'étend (52) en regard de la paroi externe (54) du flasque radial d'extrémité (24) du stator (18). 11. Alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément à l'une quelconque des revendications précédentes.