Brevet FR2768272A1 — publié le 19990312

La présente invention a trait d'une facon générale aux alternateurs de véhicules automobiles. Les alternateurs de véhicules automobiles sont aujourd'hui des machines aussi légères et compactes que possible, que l'on cherche à entraîner à rotation à des vitesses élevées. La puissance électrique délivrée par ces alternateurs et leur vitesse de rotation font que le problème de leur refroidissement est critique, et ce problème a fait l'objet de très nombreux développements ces dernières années. Et une solution reconnue comme aboutissant à un refroidissement satisfaisant consiste à prévoir dans le carter (ou ensemble de paliers) de l'alternateur des ouvertures d'entrée et de sortie d'air. Ces ouvertures, en coopération avec différents types de ventilateurs, internes et/ou externes, permettent de créer dans l'alternateur un flux d'air balayant tous ses composants, tant mécaniques qu'électriques ou électroniques, susceptibles de s'échauffer, pour limiter l'élévation de température. Toutefois, la présence de ces ouvertures dans les paliers pose deux problèmes essentiels. Le premier est la nécessité de protéger les différents organes internes de l'alternateur vis-à-vis des agressions externes (eau, boues, air pollué) susceptibles de pénétrer dans son espace intérieur. Une solution connue à ce problème consiste à effectuer une enduction des différents composants, et notamment du rotor et du stator, à l'aide d'un vernis époxy de protection. Mais ceci accroît le coût de revient de l'ensemble, et n'exclut pas le risque de détérioration de certains composants par des objets solides susceptibles de pénétrer dans l'alternateur par ses ouies. Un autre problème tient au fait que les bruits engendrés par les différentes parties tournantes de l'alternateur, et notamment ses ventilateurs, peuvent facilement sortir vers l'extérieur par les ouies, ce qui donne un fonctionnement qui reste peu silencieux. On connaît par ailleurs par le document EP-A-0 062 706 un alternateur comportant un carter entièrement fermé dans lequel sont ménagés deux passages généralement annulaires de circulation de liquide de refroidissement, l'un de ces passages étant généralement circonférentiel et l'autre s'étendant généralement le long d'un flanc de l'alternateur. Cet agencement de passages pour liquide de refroidissement est toutefois désavantageux en ce qu'il nécessite une structure de carter extrêmement complexe, avec quatre éléments distincts définissant un système à double paroi à l'intérieur duquel le liquide de refroidissement peut circuler. Une telle structure de carter est donc d'un coût de revient élevé et son assemblage est fastidieux. En outre, il est nécessaire de prévoir des dispositions d'étanchéité particulières entre ces différents éléments, ce qui accroît encore le coût de revient et la difficulté de l'assemblage. La présente invention vise à pallier ces inconvénients de l'état de la technique, et à proposer un alternateur du type refroidi par liquide dont la structure de carter puisse être sensiblement simplifiée. Un autre objet de l'invention est de réaliser un alternateur refroidi par liquide, qui soit dépourvu de doubles parois assemblées, et qui en même temps offre un fonctionnement extrêmement silencieux et une excellente protection des différents organes qu'il abrite vis-à-vis des agressions extérieures. Plus précisément, les inventeurs ont observé qu'en disposant le passage pour liquide de refroidissement d'une manière telle qu'il reste possible de prévoir des ouies de ventilation par air dans les parois d'extrémités axiales du carter, pour contribuer également au refroidissement, et qu'en omettant ces ouies et en rendant lesdites parois d'extrémités axiales suffisamment épaisses, on pouvait réaliser un carter entièrement fermé mais restant apte, notamment par conduction dans lesdites parois épaisses, à assurer un refroidissement satisfaisant de l'ensemble des organes de l'alternateur qui sont susceptibles de produire de la chaleur. Ainsi la présente invention propose un alternateur notamment pour véhicule automobile, du type comprenant un carter, un rotor monté sur un arbre de rotor lui-même monté dans des paliers formés dans le carter, et un stator fixé dans le carter, le carter étant dépourvu d'ouvertures de refroidissement par air et abritant un circuit de refroidissement par liquide, caractérisé en ce que le carter est formé par deux éléments de carter conducteurs de la chaleur, réunis intimement l'un à l'autre, en ce qu'un passage pour liquide de refroidissement est noyé dans une première paroi de l'un des éléments de carter, et en ce que des secondes parois du carter sont massives, de manière à conduire la chaleur jusqu'à ladite première paroi. Des aspects préférés, mais non limitatifs, de l'alternateur selon l'invention sont les suivants - les secondes parois des deux éléments de carter présentent une épaisseur supérieure ou égale à environ 5 mm. - le carter est réalisé en alliage d'aluminium, et l'épaisseur des secondes parois est de l'ordre de 7 mm. - un premier élément de carter comprend une première paroi d'extrémité axiale et une paroi circonférentielle, le second élément de carter constitue une seconde paroi d'extrémité axiale et est en contact intime à sa périphérie avec le bord libre de ladite paroi circonférentielle, et ladite première paroi dans laquelle est noyé le passage pour liquide de refroidissement est la paroi circonférentielle. - le stator est fretté dans ladite paroi circonférentielle. - le conduit pour liquide de refroidissement est de section oblongue et s'étend sur une partie substantielle de la longueur axiale de ladite paroi circonférentielle. - l'alternateur comprend un jeu de diodes de redressement montées directement dans l'une desdites secondes parois du carter. - l'alternateur comprend en outre des moyens portebalais et des moyens de redressement situés à l'extérieur du carter, et en ce qu'il est prévu en outre un capot métallique fermé abritant ledits moyens porte-balais et lesdits moyens de redressement et en contact périphérique avec le carter. - au moins l'une des parois d'extrémités axiales possède à sa surface intérieure une série d'ailettes exposées à de l'air emprisonné brassé par le rotor en rotation. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation préférée de celle-ci, donnée à titre d'exemple et faite en référence au dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe verticale axiale d'un alternateur selon l'invention, et la figure 2 est une vue en coupe partielle En référence au dessin, on a représenté un alternateur pour véhicule automobile dont la structure générale est classique, avec un carter 1, 2, un couvercle 3 monté à l'arrière du carter, un arbre de rotor 4 monté tournant dans le carter et portant un ensemble de rotor 6, une poulie d'entraînement 5 montée sur l'arbre 4, un stator 7 monté fixement sur le carter, et un ensemble porte-balais et de régulation électronique 8, ainsi qu'un jeu de diodes de redressement, à savoir des diodes de côté négatif DN et des diodes de côté positif DP (voir figure 2). Le rotor 6 peut être d'un type quelconque, c'est-àdire à excitation par bobinage et/ou à excitation par aimants permanents, de façon bien connue en soi. Dans le présent exemple, il comporte côte-à-côte une partie 61 constituée de tôles empilées et abritant une série d'aimants permanents (non visible), et une partie 62 comportant des tôles empilées autour desquelles est enroulé un bobinage d'excitation 621. Le stator 7 est disposé autour du rotor et comporte de façon classique des tôles empilées 72 et une série de bobinages d'induit 71. Le carter 1, 2 est constitué de deux éléments 1, 2. Un premier élément 1, formant palier arrière, comporte une paroi cylindrique généralement circonférentielle 11 et une paroi d'extrémité axiale 14, s'étendant dans un plan généralement perpendiculaire à l'axe de rotation A de l'alternateur. Cette paroi 14 définit un logement 143 pour un roulement arrière 145 de l'arbre 4, par l'intermédiaire d'une capsule 144. Le stator 7 est avantageusement monté dans l'élément de palier 1 par frettage contre la face interne de sa paroi circonférentielle 11, ce qui assure une excellente conduction thermique entre ces deux éléments. On peut le cas échéant recouvrir le stator d'une matière d'enrobage surmoulée. En variante, c'est cette matière d'enrobage qui peut être utilisée pour immobiliser le stator 7 dans le palier arrière 1. On observera également que la paroi 14 du stator peut être utilisée pour recevoir directement les diodes de redressement DN du côté négatif, ces dernières étant par exemple des diodes à emmancher reçues dans des orifices 146 formés dans ladite paroi. Le second élément de carter 2, ou palier avant, est constitué par un élément en forme générale de disque, qui définit un logement 21 pour un roulement avant 22 de l'arbre de rotor 4. Ce second élément 2 est monté directement et fermement contre le bord annulaire libre de la paroi 11 de l'élément 1, par des boulons ou analogues, l'usinage des faces en contact étant réalisé avec une précision suffisante pour assurer entre ces deux éléments une conduction thermique satisfaisante. L'alternateur possède des moyens de refroidissement par liquide. A cet effet, la paroi circonférentielle 11 possède un passage annulaire 111 de section oblongue, s'étendant pratiquement sur toute la circonférence et communiquant à une extrémité avec un conduit d'entrée de liquide 121 et à l'autre extrémité avec un conduit de sortie de liquide 122 adjacent au conduit d'entrée 121 (voir figure 2). Ces conduits débouchent au niveau de l'extérieur du palier dans des éléments de raccord, respectivement 131, 132. Selon un aspect essentiel de la présente invention, le carter 1, 2 est entièrement fermé, les seules ouvertures prévues à la fabrication de celui-ci étant les ouvertures pour les roulements et l'arbre, les ouvertures pour boulons de fixation ou analogues, les ouvertures pour les diodes du côté négatif, et enfin les ouvertures, de taille réduite, pour les câbles destinées à relier les différents enroulements d'induit du stator au pont redresseur. Ainsi le refroidissement des divers composants reçus dans le carter est assuré par conduction thermique, par ledit carter, jusqu'au passage 111 de liquide de refroidissement. Plus précisément, on observe que les parois 2 et 11 du carter sont des parois pleines et massives, présentant une épaisseur significative, typiquement supérieure à celle qui est nécessaire pour la tenue mécanique de l'ensemble. Dans la pratique, cette épaisseur est comprise entre environ 5 et 10 mm, et typiquement de l'ordre de 7 mm pour un alternateur de véhicule léger dont le carter est réalisé en alliage d'aluminium. De cette manière, ces parois permettent d'acheminer directement la chaleur produite au niveau des roulements 22 et 145 et la chaleur produite au niveau des diodes montées directement dans la paroi 14. En outre, ces parois 2 et 14 présentant des surfaces importantes exposées aux flancs du rotor 6, l'agitation d'air qui résulte de la rotation du rotor permet de transmettre efficacement la chaleur engendrée dans ledit rotor vers ces parois 2, 14. Selon une variante de réalisation, illustrée en tiretés sur la figure 1, la paroi 14 du palier arrière 1 peut être équipée d'une série d'ailettes 141, venues de moulage avec ledit palier 1, qui permettent d'accroitre la surface de contact avec l'air brassé véhiculant la chaleur entre le rotor et ladite paroi 14, de manière à améliorer encore la dissipation de chaleur vers le liquide de refroidissement. Bien entendu, de telles ailettes peuvent également être prévues sur la face intérieure de l'autre élément de carter 2, de façon non illustrée. En outre, le recours à un carter entièrement fermé doté de parois épaisses permet de diminuer très sensiblement le niveau de bruit de l'alternateur en fonctionnement, ce qui est une considération de plus en plus importante dans les véhicules modernes. Par ailleurs, un avantage d'un carter fermé est d'éviter la pénétration de liquides, de poussières, de boue, de gaz corrosifs, etc., dans l'espace intérieur de l'alternateur. De la sorte, il n'est plus nécessaire de prévoir une protection spécifique des différents organes, notamment rotor et stator, protection conventionnellement réalisée par époxyage dans les alternateurs ouverts. Enfin un avantage d'une structure de carter entièrement fermée réside en ce qu'il permet de fermer le circuit magnétique de ensemble stator/rotor, ce qui peut occasionner dans une certaine mesure une amélioration du rendement de l'alternateur. Dans l'alternateur décrit ci-dessus, l'unité de porte-balais et de régulation 8, de type classique et qui ne sera pas décrit plus avant, de même que les diodes DP du côté positif, prévues sur un support spécial isolé de l'élément de carter 1, sont prévues à l'extérieur du carter 1, 2. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, ces éléments sont abrités par un capot métallique 3. Comme on l'observe sur la figure 1, ce capot présente un fond 31 et un rebord périphérique continue 32 qui est maintenu en contact, par des moyens de montage non représentés, avec la périphérie de l'élément de carter 1. Le capot 3 présente une épaisseur de paroi sensiblement plus petite que le carter 1, 2, mais suffisante pour assurer l'évacuation de la chaleur dégagée notamment par les diodes de redressement et le circuit régulateur à semi-conducteurs, vers l'élément de carter 1. On notera ici que la paroi 11 de cet élément de carter 1, exposée sur l'espace intérieur délimité par le capot 3, participe également à cette évacuation de chaleur. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée à la forme de réalisation décrite ci-dessus, mais l'homme du métier saura y apporter toute variante ou modification conforme à son esprit. REVENDICATIONS 1. Alternateur notamment pour véhicule automobile, du type comprenant un carter (1, 2), un rotor (6) monté sur un arbre de rotor (4) lui-même monté dans des paliers formés dans le carter, et un stator (7) fixé dans le carter, le carter étant dépourvu d'ouvertures de refroidissement par air et abritant un circuit de refroidissement par liquide, caractérisé en ce que le carter est formé par deux éléments de carter (1, 2) conducteurs de la chaleur, réunis intimement l'un à l'autre, en ce qu'un passage (111) pour liquide de refroidissement est noyé dans une première paroi (11) de l'un des éléments de carter, et en ce que des secondes parois (14, 2) du carter sont massives, de manière à conduire la chaleur jusqu'à ladite première paroi (11). 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les secondes parois (14, 2) des deux éléments de carter présentent une épaisseur supérieure ou égale à environ 5 mm. 3. Alternateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le carter (1, 2) est réalisé en alliage d'aluminium et en ce que l'épaisseur des secondes parois (14, 2) est de l'ordre de 6 à 8 mm. 4. Alternateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'un premier élément de carter (1) comprend une première paroi d'extrémité axiale (14) et une paroi circonférentielle (11), en ce que le second élément de carter (2) constitue une seconde paroi d'extrémité axiale et est en contact intime à sa périphérie avec le bord libre de ladite paroi circonférentielle (11), et en ce que ladite première paroi dans laquelle est noyé le passage pour liquide de refroidissement est la paroi circonférentielle (11). 5. Alternateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le stator (7) est fretté dans ladite paroi circonférentielle (11). 6. Alternateur selon l'une des revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le conduit pour liquide de refroidissement (111) est de section oblongue et s'étend sur une partie substantielle de la longueur axiale de ladite paroi circonférentielle (11). 7. Alternateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend un jeu de diodes de redressement (DN) montées directement dans l'une (14) desdites secondes parois du carter. 8. Alternateur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens porte-balais (8) et des moyens de redressement (DP) situés à l'extérieur du carter, et en ce qu'il est prévu en outre un capot métallique fermé (3) abritant ledits moyens porte-balais et lesdits moyens de redressement et en contact périphérique avec le carter (1, 2). 9. Alternateur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'au moins l'une des parois (14, 2) d'extrémités axiales possède à sa surface intérieure une série d'ailettes (141) exposées à de l'air emprisonné brassé par le rotor (6) en rotation.