Brevet FR2768870A1 — publié le 19990326

GENERATEUR AC POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE Contexte de l'invention La présente invention concerne un générateur AC (c'est-à- dire, un alternateur) pour un véhicule automobile, installé de préférence, dans un véhicule de passagers, un camion ou équivalent. Afin de diminuer la résistance aérodynamique dans une condition de vitesse, les carrosseries de véhicule ont tendance à avoir une forme pointue. Assurer un espace suffisant pour un compartiment passagers est une exigence très demandée. Pour satisfaire ces exigences, les emplacements des moteurs des véhicules automobiles sont devenus si étroits et compacts que seul un espace limité est encore disponible pour l'installation d'un générateur AC. Parallèlement, pour améliorer l'économie de carburant, la rotation d'un moteur a tendance à se réduire. En conséquence, la rotation d'un générateur AC est abaissée. D'un autre côté, il y a un besoin d'augmentation de la charge électrique pour des dispositifs de commande de sécurité etc... Ainsi, il y a un besoin important d'amélioration de la capacité de génération du générateur AC. En d'autres termes, il existe une forte demande pour un générateur AC pour automobiles qui soit peu cher, puissant et compact. A cette fin, la sortie de puissance peut être augmentée en réduisant la résistance au vent et l'espace ou en augmentant le courant d'excitation. Cependant, cela induira une génération de chaleur aux différents composants constituant le générateur AC. En particulier, un élément 2 2768870 redresseur (c'est-à-dire, une diode) est sujet à une forte augmentation de température. L'élément redresseur est généralement utilisé pour redresser la puissance électrique lorsqu'elle est générée par un stator, à partir d'une tension AC, en une tension DC. Pour assurer la fiabilité de cet élément redresseur, il est nécessaire de refroidir les ailettes de refroidissement de façon satisfaisante dans un espace restreint. Pour améliorer les performances de refroidissement, il est bien évidemment possible d'agrandir le ventilateur de refroidissement afin d'augmenter la quantité d'air de refroidissement. Cependant, de l'augmentation seule du volume d'air de refroidissement, il résultera une augmentation du bruit. La figure 4 représente une unité de puissance AC d'automobile pour un générateur AC conventionnel d'autombile. Des ailettes de refroidissement 511 et 512, utilisées pour le refroidissement des éléments redresseurs, sont disposées sur un cadre arrière. Un régulateur IC 7 et un logement de connecteur 8 sont respectivement disposés à des positions symétriques par rapport aux ailettes de refroidissement 511 et 512. Un porte-balais 6 est disposé au niveau d'une partie entourés par celles-ci. Un espace approprié est prévu au niveau d'une extrémité radiale interne et d'une extrémité radiale externe de chacune des ailettes de refroidissement 511 et 512. Plus spécifiquement, comme cela est représenté sur la figure 5, l'extrémité interne radiale de chaque ailette de refroidissement 511 ou 512 est espacéed'un espace radial, d'un dispositif de protection d'une bague glissante 91, tandis que l'extrémité extérieure radiale est espacée d'un autre espace radial, d'un couvercle arrière 92. Les ailettes de refroidissement 511 3 2768870 et 512 ont des extrémités circonférentielles qui sont partiellement amenées en contact avec des composants proches, afin de prévoir des espaces ouverts 93. Une partie centrale de chacune des ailettes de refroidissement 511 et 512 est suffisamment refroidie par l'air de refroidissement, puisque l'air de refroidissement est introduit à partir d'une ouverture prévue dans le couvercle arrière 92 et s'écoule le long de la surface de ces ailettes de refroidissement 511 et 512, comme cela est représenté sur la figure 5. Cependant, l'air de refroidissement ne s'écoule pas au niveau des parties d'extrémité en contact des ailettes de refroidissement 511 et 512 décrites au-dessus. Parallèlement, la résistance au flux d'air de refroidissement est abaissée de façon significative au niveau des parties d'extrémité ouvertes des ailettes de refroidissement 511 et 512, comparées aux autres parties o les composants sont disposés. Ainsi, l'air de refroidissement introduit peut être directement amené au travers de la partie d'extrémité ouverte sans interagir avec les ailettes de refroidissement 511 et 512. Par conséquent, les performances de refroidissement ne sont pas réparties de façon uniforme sur la pluralité des diodes 513 et 514 disposées dans une direction circonférentielle, sur les ailettes de refroidissement 511 et 512. Plus spécifiquement, les diodes 513 et 514 positionnées au niveau des extrémités circonférentielles des ailettes de refroidissement 511 et 512, ne sont pas refroidies de façon satisfaisante par l'air de refroidissement, comparées aux diodes 513 et 514 positionnées au centre des ailettes de refroidissement 511 et 512. Le brevet américain US 4'952'829 décrit une ailette de refroidissement pour un élément redresseur qui comporte une 4 2768870 ouverture sectorielle à une extrémité extérieure radiale d'un portebalais. Cette disposition rencontre le problème mentionné au-dessus qui est que les éléments redresseurs positionnés à proximité de l'ouverture, ne sont pas suffisamment refroidis du fait que l'air de refroidissement est directement guidé vers l'ouverture. Résumé de l'invention Au vu du problème précédent rencontré dans l'art antérieur, la présente invention a pour objet de proposer un générateur AC d'automobile qui est capable d'améliorer les performances de refroidissement des éléments redresseurs dans un espace encombré, comportant un porte-balais, un régulateur IC et un logement de connecteur, en augmentant une surface de refroidissement efficace d'une ailette de refroidissement tout en maintenant de façon appropriée les performances de refroidissement des autres composants. Afin d'atteindre les objets décrits au-dessus ainsi que d'autres objets, la présente invention propose un générateur AC pour automobile, nouveau et performant, caractérisé par les caractéristiques suivantes. Une ailette de refroidissement (511, 512) fixée à un cadre (42), comporte une pluralité d'éléments redresseurs (513, 514) montés dessus, redressant une puissance générée. Un porte- balais (6) comporte un conteneur de balais (62) logeant un balai (61) et un bras de fixation du conteneur de balais (63) supportant le conteneur de balais (62). Un logement de connecteur (8) comporte des bornes (81) pour l'entrée et la sortie de signaux électriques à partir et vers un dispositif électrique du véhicule. Un régulateur IC (7) ajuste une valeur de sortie de la tension générée. Une largeur circonférentielle du régulateur IC est pratiquement 2768870 identique à une largeur circonférentielle du conteneur de balai (62). L'ailette de refroidissement est configurée sous une forme d'anneau circulaire de section d'évidement (52). Le porte-balais, le logement du collecteur et le régulateur IC sont disposés dans la section d'évidement. Un espace circonférentiel B de la section d'évidement est plus petit que trois fois une largeur circonférentielle A du conteneur de balai. Selon la disposition décrite au-dessus, le porte-balais, le logement du connecteur et le régulateur IC sont disposés dans la section d'évidement de l'ailette de refroidissement. Cette disposition est avantageuse en ce que l'ailette de refroidissement pour l'élément redresseur, peut être prévue plus allongée le long d'une région circonférentielle complète sauf pour le porte-balais. Non seulement la surface efficace de l'ailette de refroidissement est augmentée, mais aussi l'air de refroidissement peut s'écouler de façon uniforme et efficace le long de la région circonférentielle complète. Ainsi les performances de refroidissement peuvent être grandement améliorées. L'espace circonférentiel de la section d'évidement de l'ailette de refroidissement comporte une corrélation sensible avec la génération d'air de refroidissement inutilisable. En d'autres termes, l'espace circonférentiel de la section d'évidement a une influence importante sur les performances de refroidissement des éléments redresseurs situés sur l'ailette de refroidissement, en particulier à proximité de la section d'évidement. A partir de là, les inventeurs de la présente invention ont réalisé un test pour vérifier l'augmentation de température 6 2768870 dans un élément redresseur disposé à proximité de la section d'évidemment (de découpe) de l'ailette de refroidissement lorsqu'un rapport B/A varie. Selon un résultat de test représenté par la figure 3, la température de l'élément redresseur peut être supprimé effectivement lorsque le rapport B/A est plus petit que 3. De plus, le porte-balais et le logement du connecteur peuvent tous les deux être fixés de façon sûre à l'ailette de refroidissement, en utilisant des bras de fixation plus petits. Cela procure l'avantage que la force de fixation et la résistance aux vibrations peuvent être améliorées pour - le porte-balais et le logement du connecteur. De préférence, l'espace circonférentiel (B) de la section d'évidement est dans une gamme de 1,5 à 2,8 fois la largeur circonférentielle A du conteneur de balais. De préférence, le générateur IC (7) est connecté à, au moins, le porte-balais (6) ou le logement du connecteur (8), avec un espace afin que l'air de refroidissement puisse s'écouler le long du régulateur IC. Avec cette disposition, il est tout à fait possible de refroidir de façon efficace le régulateur IC qui est un élément de génération de chaleur, de même que les éléments redresseurs. De préférence, l'ailette de refroidissement comporte une ailette d'électrode positive (511) et une ailette d'électrode négative (512) disposées en parallèle l'une par rapport à l'autre via un élément d'isolation (516). Dans ce cas l'ailette d'électrode positive est une ailette de refroidissement fixée aux éléments redresseurs côté tension haute qui servent comme bras supérieurs d'un circuit 7 2768870 redresseur pleine onde triphasé. L'ailette d'électrode négative est une ailette de refroidissement fixée à un élément redresseur côté basse tension qui sert comme bras inférieur de ce circuit redresseur pleine onde triphasé. Cette disposition est avantageuse pour l'air de refroidissement. L'air de refroidissement s'écoule dans une direction axiale à partir d'une côté arrière d'un générateur AC d'automobile en réponse à une révolution du rotor (3). L'air de refroidissement peut être doucement convoyé vers les ailettes de refroidissement (511, 512). Cela rend possible le rafraîchissement des ailettes de refroidissement de façon efficace. En outre, la zone - efficace des ailettes de refroidissement peut être augmentée. La performance de refroidissement peut être grandement améliorée. De préférence, une capacité (85) est connectée entre des bornes d'alimentation de puissance (82, 82) d'une circuit redresseur comportant les éléments redresseurs, et la capacité est disposée dans la section d'évidement (52). Cette disposition est avantageuse en ce que le câblage peut être simplifié. Cela rend possible de retirer des composantes d'ondulation d'une tension DC générée à partir du circuit redresseur. En outre, aucun espace supplémentaire n'est nécessaire pour le condensateur limiteur de bruit électrique. Ainsi la zone efficace de l'ailette de refroidissement peut être maintenue de façon adéquate. De préférence, le régulateur IC (7) comporte un dispositif de circuit intégré unique comportant une ailette de refroidissement moulée intégralement. Cet arrangement est avantageux car aucun logement de régulateur n'est nécessaire, et il en résulte que l'espace pour le 8 2768870 régulateur peut être réduit de façon significative. Par conséquent, la zone efficace de l'ailette de refroidissement peut être augmentée. La performance de refroidissement peut être améliorée. Les références numériques entre parenthèses, ajoutées dans la description ci-dessus, montrent la correspondance des composants décrits dans un mode de réalisation préférée de la présente invention décrit précédemment. Par conséquent, ces références sont utilisées pour améliorer la compréhension de la présente invention et ne sont pas utilisées pour interpréter de façon plus étroite l'étendue de la présente invention. Brève description des figures Les objets ci-dessus ainsi que d'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront plus apparents à partir de la description détaillée suivante, en relation avec les figures jointes, dans lesquelles: La figure 1 est une vue en coupe partielle représentant un générateur AC d'automobile selon un mode de réalisation préférée de la présente invention; La figure 2 représente une vue frontale montrant le générateur AC d'automobile représenté sur la figure 1 sous une condition dans laquelle un couvercle arrière et un anneau de joint sont retirés; La figure 3 représente un graphe montrant les caractéristique de température d'un élément redresseur 9 2768870 utilisé dans le générateur AC d'automobile représenté sur la figure 1, obtenu en réalisant un test; La figure 4 représente une vue frontale montrant un générateur AC d'automobile conventionnel sous une condition dans laquelle à la fois le couvercle arrière et un anneau de joint sont retirés; et La figure 5 représente une vue en coupe partiellement agrandie montrant une partie essentielle du générateur AC d'automobile conventionnel de la figure 4. Description du mode de réalisation préférée Un mode de réalisation préférée de la présente invention sera maintenant décrit ci-après en référence aux figures jointes. Les éléments identiques sont référencés avec les mêmes références numériques tout au long des figures. Comme cela est représenté sur les figures 1 et 2, un générateur AC d'automobile 1 selon un mode de réalisation préférée de la présente invention, comporte un stator 2 agissant comme une armature et un rotor 3 agissant comme un champ rotatif. Des cadres avant et arrière 41 et 42 supportent en coopération le stator 2 et le rotor 3. Un redresseur 5 est connecté au stator 2 pour rectifier une puissance AC générée dans ce générateur AC 1. Un porte- balais 6 supporte un balai 61 qui fournit le courant de champ au rotor 3. Un régulateur IC 7 comporte une fonction d'ajustement d'une valeur de sortie de la tension générée. Un logement de connecteur 8 comporte des bornes d'entrée et de sortie pour entrer et sortir des signaux électriques à partir et vers un appareil électrique du véhicule. Un 2768870 couvercle arrière 92 est prévu pour fermer l'extrémité arrière du générateur AC 1. Le redresseur S comporte une ailette de refroidissement d'électrode positive 511, et une ailette de refroidissement d'électrode négative 512. Une pluralité d'éléments redresseurs positifs 513 sont montés sur l'ailette de refroidissement d'électrode positive 511. Une pluralité d'éléments redresseurs négatifs 514 sont montés sur l'ailette de refroidissement d'électrode négative 512. Un support de bornes de connexion 515 et une gaine de d'espacement 516 sont faites d'un élément isolant de résine afin d'isoler électriquement les ailettes de refroidissement 511 et 512. Le support de bornes 515 loge un élément conducteur qui fournit la tension AC générée par le stator 2 aux éléments redresseurs 513 et 514. Les ailettes de refroidissement 511 et 512 sont faites d'un matériau conducteur de chaleur tel que du cuivre. Chacune des ailettes de refroidissement 511 et 512 est configurée dans une forme d'anneau circulaire qui est ouvert ou comporte une section de découpe d'évidemment 52. Un espace circonférentiel "B" de la section d'évidement 52 est plus petit que trois fois une largeur circonférentielle "A" d'un conteneur de brosse décrit précédemment 62. De préférence, l'espace "B" est dans une gamme de 1,5 à 2,8 fois la largeur "A", comme cela doit être compris à partir des caractéristiques de température de l'élément redresseur représenté sur la figure 3 qui montre l'augmentation de température de l'élément redresseur en relation avec la variation du rapport B/A. Une largeur circonférentielle du régulateur IC 7 est pratiquement identique à une largeur circonférentielle du conteneur de balais 62. Ces ailettes de refroidissement 511 et 512 sont assurées par fixation au il 2768870 cadre arrière 42 via les supports de bornes 515 et la gaine d'espacement 516 aux moyens d'éléments de liaison appropriés. Lorsque le stator 2 génère une tension AC, cette tension AC est convertie en une tension DC par la pluralité des éléments redresseurs 73 et 74 qui sont montés de façon fixe sur les ailettes de refroidissement 511 et 512 par soudure ou rivetage. Un dispositif de protection d'anneau de glissement 91 est interposé entre un anneau de joint 94 et le cadre arrière 42 afin d'entourer un anneau de glissement. L'anneau de joint 94 est disposé au centre d'une face d'extrémité interne du couvercle arrière 92. Un espace approprié est prévu à une extrémité interne radiale et à une extrémité externe radiale de chacune des ailettes de refroidissement 511 et 512. Plus particulièrement, dans une direction radiale, l'extrémité interne radiale de chaque ailette de refroidissement 511 ou 512 est espacée de façon appropriée du dispositif de protection d'anneau de glissement 91, tandis que l'extrémité externe radiale est espacée de façon appropriée de la paroi interne cylindrique du couvercle arrière 92. Le porte-balai 6 comporte le conteneur de balais 62 logeant le balai 61, et des bras de fixation de conteneur de brosse 63 supportant le conteneur de balais 62. Les bras de fixation du conteneur de balais 63 sont assurés de façon fixe à l'ailette de refroidissement d'électrode positive 511 et à l'ailette de refroidissement d'électrode négative 512. Le conteneur de balais 62 est disposé dans la section d'évidement 52 des ailettes de refroidissement 511 et 512. Le logement du connecteur 8 comporte des bornes 81 pour l'entrée et la sortie des signaux électriques à partir et 12 2768870 vers un dispositif électrique du véhicule. Le logement du connecteur 8 est connecté de façon fixe aux ailettes de refroidissement 511 et 512 par des bras de fixation 82. Les bras de fixation 82 ont une fonction d'alimentation de puissance électrique vers le régulateur IC 7. Les bornes 81 et les bras de fixation 82 sont intégralement moulés. Un condensateur 85, utilisé pour limiter le bruit électrique, est disposé derrière le logement du connecteur 8. Les électrodes 851 du condensateur 85 sont connectés électriquement aux parties intermédiaires des bras de fixation moulés 82. Les bras de fixation 82, chacun fait d'un élément métallique, sont assurés par fixation aux ailettes de refroidissement électrode positive 511 et électrode négative 512 du redresseur 5. Le condensateur 85 est disposé dans la section d'évidement 52. Le régulateur IC 7 comporte une pluralité de bornes de connexion externes 71, un corps principal IC (non représenté) et une ailette de refroidissement 73, qui sont intégralement moulés. Le régulateur IC 7 est couplé avec, ou lié sur, un support de régulateur 86 qui est situé sous le logement du connecteur 8. Un espace est prévu entre le régulateur IC 7 et le logement du connecteur 8, afin que l'air de refroidissement passe le long d'une surface supérieure du régulateur IC 7 et une surface de fond du logement du connecteur 8. Les bornes de connexion 71 sont connectées électriquement par soudure aux extrémités de borne 87 en saillie à partir du logement du connecteur moulé 8. En outre, un espace est prévu entre le régulateur IC 7 et le porte-balais 6, afin que l'air de refroidissement passe le long d'une surface inférieur du régulateur IC 7 et d'une surface supérieure du porte-balais 6. 13 2768870 Avec la disposition décrite au-dessus, le porte-balais 6, le régulateur IC 7 et le logement du connecteur 8 sont logés dans la section de découpe de type fente 52 des ailettes de refroidissement 511 et 512. Ainsi, il devient possible d'augmenter la zone de surface substantielle des ailettes de refroidissement 511 et 512, d'améliorer grandement les performances de refroidissement. En outre, l'air de refroidissement peut s'écouler doucement le long des surfaces supérieure et inférieure du régulateur IC 7 qui est un élément de génération de chaleur, de même que les éléments rectifieurs 513 et 514. De plus, le condensateur 85 peut être disposé derrière le logement du connecteur 8 (c'est-à-dire à un côté aval dans le flux d'air de refroidissement). Cette disposition est avantageuse du fait que la zone de surface efficace des ailettes de refroidissement 511 et 512 n'est pas réduite et l'air de refroidissement est convoyé doucement vers le stator 2. Selon le mode de réalisation décrit au-dessus, l'extrémité externe radiale de l'ailette de refroidissement d'électrode positive 511, est positionnée vers l'extérieur dans la direction radiale en comparaison avec l'ailette de refroidissement d'électrode négative 512. Cependant, lorsque les ailettes de refroidissement 511 et 512 sont disposées de façon inverse dans la direction axiale, il est préférable que l'extrémité extérieure radiale de l'ailette de refroidissement d'électrode positive 511 soit positionnée vers l'intérieur dans la direction radiale par rapport à l'ailette de refroidissement d'électrode négative 512. Il est aussi préférable que les extrémités internes radiales des ailettes de refroidissement 511 et 512 soient différenciées ou désaxées. Selon le mode de réalisation décrit au-dessus, l'ailette de refroidissement d'électrode positive 511 est prévue pour être adjacente au cadre arrière 42. Cependant, il est possible de disposer l'ailette de refroidissement d'électrode négative 512 adjacente au cadre arrière 42. En outre, il est possible d'amener l'ailette de refroidissement d'électrode négative 512 en contact avec le cadre arrière 42. L'élément isolant de résine interposé entre les ailettes de refroidissement 511 et 512, peut être remplacé par une feuille isolante ou équivalent. Dans ce cas, il devient possible de réduire la longueur axiale de la partie d'extrémité arrière du redresseur 5. Cette invention peut être mise en oeuvre sous plusieurs formes sans sortir du cadre de ses caractéristiques essentielles. Le présent mode de réalisation est par conséquent décrit à titre d'illustration et ne doit pas être restrictif, puisque l'étendue de l'invention est définie par les revendications ci-jointe plutôt que par la description qui les précède. Tous changements qui tombent dans l'étendue de protection des revendications, ou équivalent, sont par conséquent couverts par ces changements. 2768870 REVENDICATIONS 1. Un générateur AC pour automobile comportant: une ailette de refroidissement (511, 512) fixée à un cadre (42) et sur laquelle sont montés une pluralité d'éléments redresseurs (513, 514) redressant une puissance générée; un porte-balais (6) comportant un conteneur de balais (62) logeant un balai (61) et un bras de fixation du conteneur de balais (63) supportant ledit conteneur de balais (62); un logement de connecteur (8) comportant des bornes (81) pour l'entrée et la sortie de signaux électriques à partir de, et vers un, dispositif électrique du véhicule; et un régulateur IC (7) ajustant une tension de sortie de la puissance générée, une largeur circonférentielle dudit régulateur IC étant essentiellement identique à une largeur circonférentielle dudit conteneur de balais (62), caractérisé en ce que ladite ailette de refroidissement est configurée dans une forme d'anneau circulaire à section d'évidement (52) afin que ledit support de balais, ledit logement de connecteur et ledit régulateur IC, soient disposés dans ladite section d'évidement, et un espacement circonférentiel (B) de ladite section d'évidement est plus petit que trois fois une largeur circonférentielle (A) dudit conteneur de balais. 2. Le générateur AC pour automobile selon la revendication 1, dans lequel ledit espacement circonférentiel (B) de ladite section d'évidement (51) est dans une gamme de 1,5 à 2,8 fois ladite largeur circonférentielle (A) dudit conteneur de balais (62). 16 2768870 3. Le générateur AC pour automobile selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit régulateur (7) est connecté à au moins, ledit support de balais (6) ou ledit logement de connecteur (8), avec un espacement afin que l'air de refroidissement puisse s'écouler le long d'une surface dudit régulateur IC. 4. Le générateur AC pour automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ladite ailette de refroidissement comporte une ailette d'électrode positive (511) et une ailette d'électrode négative (512) disposées en parallèle l'une par rapport à l'autre via un élément isolant (516). 5. Un générateur AC pour automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel une capacité (85) est connectée entre des bornes d'alimentation de puissance (82, 82) d'un circuit redresseur incluant lesdits éléments redresseurs, et ladite capacité est disposée dans ladite section d'évidement (52). 6. Le générateur AC pour automobile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel ledit régulateur IC (7) comporte une disposition de circuit intégré monoplaquette comportant une ailette de refroidissement moulée intégralement (73).