Brevet FR2742606A1 — publié le 19970620

MACHINE ELECTRODYNAMIQUE, NOTAMMENT ALTERNATEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE REFROIDI PAR EAU La présente invention concerne une machine électrodynamique, notamment un alternateur pour véhicule automobile disposant de moyens de refroidissement par eau. Elle est issue d'une réflexion concernant le gain de place toujours recherché en matière de conception d'habitacle moteur, ceci plus particulièrement sur les véhicules disposant de moteurs transversaux qui, s'ils présentent l'avantage d'obtenir un gain d'encombrement selon l'axe longitudinal du véhicule, en revanche ils présentent l'inconvénient de devoir disposer certains équipements auxiliaires au moteur, tels que la pompe à eau et l'alternateur, dans le sens longitudinal pour tenir compte des courroies de renvoi s'étendant perpendiculairement vers ces équipements. Le gain précédemment obtenu est par conséquent perdu, car si par exemple la pompe pouvait être placée derrière l'axe transversal du véhicule suivant lequel est aligné le moteur, l'alternateur serait quant à lui obligatoirement placé devant et donc au détriment de l'encombrement longitudinal déjà évoqué. Ceci induit non seulement des contraintes d'implantation et donc de style du véhicule conduisant à une perte de résistance en cas de choc frontal, car l'espace résiduel entre le moteur et ses équipements est réduit par rapport à l'avant du véhicule. Bien entendu, on pourrait remédier à cela en augmentant la longueur du véhicule, mais cela n'est pas forcément recherché par les stylistes et génère de toutes façons des surcoûts. La compacité d'un moteur, équipements y compris est par conséquent une vertu fondamentale en matière de conception de véhicules automobiles. Il a été imaginé, pour réduire la consommation d'essence de diminuer l'encombrement de l'alternateur en supprimant son ventilateur de refroidissement. Il est également connu par le brevet américain nO 4 427 150 un dispositif de refroidissement d'un alternateur dans lequel un agencement particulier de sa structure permet de faire circuler de l'eau à l'intérieur même de celui-ci, ce qui conduit à des problèmes d'isolement importants à résoudre au niveau des composants et à devoir opter pour un stator tournant et un rotor fixe. Il est bien connu que ce type d'alternateur, en fait sans balai et à aimants permanents, est d'une réalisation délicate et plus onéreuse que le recours à une conception traditionnelle d'un stator fixe avec rotor bobiné alimenté électriquement par des balais. En fait, le brevet précité ne répond pas au même problème posé, mais il y a été recherché de refroidir un alternateur par eau à partir d'une pompe auxiliaire afin de bénéficier de la puissance thermique cédée à l'eau, en vue d'accélérer le chauffage de l'habitacle du véhicule par injection d'eau chaude d'une autre provenance dans le circuit traditionnel de refroidissement du moteur ou de chauffage de l'habitacle. L'invention a pour but de réaliser un ensemble compact, intégrant les fonctions alternateur et pompe à eau, qui soit performant et de conception simple et fiable. L'invention concerne à cet effet une machine électrodynamique, notamment alternateur pour véhicule automobile, disposant de moyens de refroidissement par eau et comportant un rotor porté par un arbre d'entraînement, monté entre deux paliers d'extrémité reliés entre eux par une carcasse périphérique dans laquelle est logé solidairement un stator, à l'intérieur duquel le rotor est susceptible d'être entraîné en rotation par le moteur du véhicule, disposant lui-même de son propre circuit de refroidissement, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement de la machine consistent en une pompe à eau qui lui est intégrée et qui est constituée par une turbine montée en rotation sur l'arbre du rotor et disposée à l'intérieur d'une chambre à eau formée dans l'un des paliers d'extrémité de ladite machine, palier sur lequel sont ménagés, d'une part, un orifice externe d'entrée et un orifice externe de sortie d'eau destinée à l'alimentation du circuit de refroidissement du moteur du véhicule et d'autre part, au moins un orifice interne d'entrée et un orifice interne de sortie d'eau destinée à l'alimentation en dérivation d'un circuit auxiliaire interne de refroidissement de la machine, intégré dans sa carcasse périphérique avec laquelle ledit stator est en contact thermique. Il est ainsi réalisé un ensemble compact intégrant un alternateur et une pompe à eau suivant un même axe, la pompe cumulant la double fonction de refroidissement de l'alternateur et du moteur et cela sans problème d'isolement interne dudit alternateur car la circulation d'eau s'effectuant dans la carcasse périphérique intégrant un stator traditionnel fixe. Un autre avantage réside dans le fait que le ventilateur de refroidissement n'ayant plus lieu d'être, ceci permet un gain appréciable au niveau du bruit de la machine. Ceci conduit non seulement au gain d'une pièce détachée et de ses éléments de fixation, mais procure également une réduction de la surconsommation électrique et donc d'essence du véhicule liée à la ventilation de l'alternateur. La présente invention concerne également les caractéristiques qui ressortiront au cours de la description qui va suivre, et qui devront être considérées isolément ou selon toutes leurs combinaisons techniques possibles. Cette description donnée à titre d'exemple non limitatif, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée, en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un alternateur refroidi par eau suivant un premier mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une pompe à eau intégrée à l'alternateur selon la figure 1; - la figure 3 est une vue en coupe longitudinale d'un alternateur refroidi par eau suivant un second mode de réalisation de l'invention; - la figure 4 est une vue en coupe transversale d'une pompe à eau intégrée à l'alternateur selon la figure 2; - la figure 5 est une vue en perspective d'un circuit auxiliaire de refroidissement intégré à une carcasse d'alternateur selon les figures 1 à 4. De manière connue l'alternateur 1 ou 1A représenté respectivement sur les figures 1 ou 3 comporte un rotor 2 porté par un arbre d'entraînement 3, monté entre deux paliers d'extrémité 4 et 5 - 4A et 5A reliés entre eux par une carcasse périphérique 6, 6A dans laquelle est logé solidairement un stator 7, à l'intérieur duquel le rotor 2 est susceptible d'être entraîné en rotation par le moteur du véhicule, disposant lui-même de son propre circuit de refroidissement (non représenté). Le fonctionnement d'un alternateur étant connu en soi, il ne sera pas décrit ici. Selon les premiers exemples de réalisation de l'invention représenté sur les figures 1 à 4, les moyens de refroidissement de l'alternateur 1, 1A consistent en une pompe à eau 8, 8A qui lui est intégrée et qui est constituée par une turbine 9, 9A montée sur l'arbre 3 du rotor 2 et disposée à l'intérieur d'une chambre à eau 10, 10A formée dans l'un des paliers d'extrémité 4 ou 5A de l'alternateur, palier 4 ou 5A sur lequel sont ménagés d'une part, un orifice externe d'entrée 11, llA et un orifice externe de sortie 12, 12A d'eau connectés au circuit de refroidissement du moteur du véhicule et, d'autre part, des orifices internes d'entrée 13, 14 et 13A, 14A et des orifices internes de sortie d'eau 15, 16 et 15A, 16A destinés à l'alimentation en dérivation d'un circuit auxiliaire interne de refroidissement 17 de l'alternateur, intégré dans sa carcasse périphérique 6, 6A avec laquelle le stator 7 est en contact thermique. Comme le montre la figure 5, le circuit de refroidissement 17 est constitué par deux serpentins creux 18 et 19 décrivant une pluralité de spires tout autour du stator 7 venant se loger dans l'épaisseur de sa carcasse périphérique 6, 6A. Préférentiellement, les serpentins 18 et 19 sont réalisés dans la carcasse périphérique 6, 6A au cours d'une même opération de moulage par injection. I1 est possible que la carcasse périphérique 6, 6A intègre un serpentin unique 18 ou 19 dont l'orifice d'entrée 13 ou 14 et l'orifice de sortie 15 ou 16 d'eau débouche de manière interne dans la chambre à eau 10, 10A de la pompe 8, 8A. Néanmoins, il a été estimé avantageux au travers des différents essais que la carcasse périphérique 6, 6A intègre deux serpentins 18 et 19 disposés symétriquement et de façon équilibrée, ceux-ci disposant chacun et indépendamment l'un de l'autre d'un orifice d'entrée respectivement 13 ou 13A et 14 ou 14A et d'un orifice de sortie respectivement 15 ou 15A et 16 ou 16A d'eau débouchant de manière interne dans la chambre à eau 10 ou 10A de la pompe 8 ou 8A. Dans l'un ou l'autre des exemples des figures 1 et 2 ou 3 et 4, les deux orifices d'entrée 13, 14 ou 13A, 14A et les deux orifices de sortie 15, 16 ou 15A, 16A d'eau débouchant dans la chambre à eau de la pompe sont situés respectivement à proximité l'un de l'autre, les deux orifices d'entrée 13, 14 ou 13A, 14A étant globalement diamétralement opposés aux deux orifices de sortie 15, 16 ou 15A, 16A et respectivement disposés à proximité des orifices externes d'entrée 11 ou llA et de sortie 12, 12A d'eau du circuit de refroidissement du moteur du véhicule. Selon le premier exemple de réalisation des figures 1 et 2, la pompe 8 est disposée sur la partie avant de l'alternateur 1, du côté d'un moyen d'entraînement 20, pignon ou poulie, par le moteur du véhicule et dont les deux conduits externes d'entrée 11 et de sortie 12 d'eau du circuit de refroidissement du moteur sont ménagés sur la chambre à eau 10 formée dans le palier avant 4 de manière radiale par rapport à une turbine 9 concentrique à la chambre 10. Par contre, selon le second exemple de réalisation représenté sur les figures 3 et 4, la pompe 8A est disposés sur la partie arrière de l'alternateur 1A du côté opposé d'un moyen d'entraînement 20A par le moteur du véhicule et dont les deux conduits externes d'entrée llA et de sortie 12A d'eau du circuit de refroidissement du moteur sont ménagés sur la chambre à eau 10A formée dans le palier arrière 5A, de manière axiale pour celui d'entrée llA et de manière radiale pour celui de sortie 12A, par rapport à une turbine excentrée 9A dans la chambre 10A afin d'obtenir une mise en vitesse de l'eau par effet spirale. Dans les deux exemples de réalisation, le rotor 2 est refroidi par conduction entre la turbine 9 ou 9A et l'arbre 3. Les turbines 9 et 9A pourront comporter des aubes du type représenté en figure 2 ou en figure 4. REVENDICATIONS 1 - Machine électrodynamique, notamment alternateur pour véhicule automobile disposant de moyens de refroidissement par eau et comportant un rotor (2) porté par un arbre d'entraînement (3), monté entre deux paliers d'extrémité (4 et 5 - 4A et 5A) reliés entre eux par une carcasse périphérique (6, 6A) dans laquelle est logé solidairement un stator (7), à l'intérieur duquel le rotor (2) est susceptible d'être entraîné en rotation par le moteur du véhicule, disposant lui-même de son propre circuit de refroidissement, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement de la machine (lia) consistent en une pompe à eau (8, 8A) qui lui est intégrée et qui est constituée par une turbine (9, 9A) montée sur l'arbre (3) du rotor (2) et disposée à l'intérieur d'une chambre à eau (10, 10A) formée dans l'un des paliers d'extrémité (4 ou 5A) de ladite machine, palier (4 ou 5A) sur lequel sont ménagés, d'une part, un orifice externe d'entrée (11, llA) et un orifice externe de sortie (12, 12A) d'eau connectés au circuit de refroidissement du moteur du véhicule et, d'autre part, au moins un orifice interne d'entrée (13, 14 et 13A, 14A) et un orifice interne de sortie d'eau (15, 16 et 15A, 16A) connectés en dérivation à un circuit auxiliaire interne de refroidissement (17) de la machine, intégré dans sa carcasse périphérique (6, 6A) avec laquelle ledit stator (7) est en contact thermique. 2 - Machine électrodynamique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le circuit de refroidissement (17) est constitué par au moins un serpentin creux (18 et 19) décrivant une pluralité de spires tout autour du stator (7) est logé dans l'épaisseur de sa carcasse périphérique (6, 6A). 3 - Machine électrodynamique selon la revendication 2, caractérisée en ce que le serpentin (18 et 19) est réalisé dans la carcasse périphérique (6, 6A) au cours d'une même opération de moulage par injection. 4 - Machine électrodynamique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que sa carcasse périphérique (6, 6A) intègre un serpentin unique (18 ou 19) dont l'orifice d'entrée (13 ou 14) et l'orifice de sortie (15 ou 16) d'eau débouche de manière interne dans la chambre à eau (10, 10A) de la pompe (8, 8A). 5 - Machine électrodynamique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que sa carcasse périphérique (6, 6A) intègre deux serpentins (18 et 19) disposés symétriquement et de façon équilibrée, ceux-ci disposant chacun et indépendamment l'un de l'autre d'un orifice d'entrée (13 ou 13A et 14 ou 14A) et d'un orifice de sortie (15 ou 15A et 16 ou 16A) d'eau débouchant de manière interne dans la chambre à eau (10 ou 10A) de la pompe (8 ou 8A). 6 - Machine électrodynamique selon la revendication 5, caractérisée en ce que les deux orifices d'entrée (13, 14 ou 13A, 14A) et les deux orifices de sortie (15, 16 ou 15A, 16A) d'eau débouchant dans la chambre à eau de la pompe sont situés respectivement à proximité l'un de l'autre, les deux orifices d'entrée (13, 14 ou 13A, 14A) étant globalement diamétralement opposés aux deux orifices de sortie (15, 16 ou 15A, 16A) et respectivement disposés à proximité des orifices externes d'entrée (11 ou llA) et de sortie (12 ou 12A) d'eau du circuit de refroidissement du moteur du véhicule. 7 - Machine électrodynamique selon la revendication 1 à 6, caractérisée en ce que la pompe (8) est disposée sur sa partie avant du côté d'un moyen d'entraînement (20) par le moteur du véhicule et dont les deux conduits externes d'entrée (11) et de sortie (12) d'eau du circuit de refroidissement dudit moteur sont ménagés sur la chambre à eau (10) formant palier avant (4) de manière radiale par rapport à une turbine (9) concentrique à la chambre (10). 8 - Machine électrodynamique selon la revendication 1 à 6, caractérisée en ce que la pompe (8A) est disposés sur sa partie arrière du côté opposé d'un moyen d'entraînement (20A) par le moteur du véhicule et dont les deux conduits externes d'entrée (llA) et de sortie (12A) d'eau du circuit de refroidissement dudit moteur sont ménagés sur la chambre à eau (10A) formant palier arrière (5A), de manière axiale pour celui d'entrée (ilA) et de manière radiale pour celui de sortie (12A), par rapport à une turbine excentrée (9A) dans la chambre (10A) afin d'obtenir une mise en vitesse de l'eau par effet spirale. 9 - Machine électrodynamique selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le rotor est refroidi par conduction entre la turbine et son arbre.