Brevet FR2773922A1 — publié le 19990723

Etat de la technique L'invention concerne une machine électrique, en particulier un alternateur triphasé refroidi par un liquide comprenant un stator disposé dans un carter en forme de pot, et un système d'induit à pôles à griffes qui est fixé sur un arbre, entraîné par un système d'entraînement, une première bague polaire fixée sur l'arbre, constituée sous la forme d'une demi roue polaire, s'étendant dans des griffes, et une deuxième bague polaire, s'étendant également dans des grif- fes, sous la forme d'une demi roue polaire, les pointes des griffes de l'une des bagues polaires s'étendant respective- ment dans les intervalles entre les griffes de l'autre bague polaire, et un écoulement d'air de refroidissement produit dans le carter par des moyens de ventilation, écoulement d'air de refroidissement qui évacue la chaleur produite dans la machine par convection via l'enveloppe extérieure du car- ter sur un agent liquide qui entoure le carter. On connaît par exemple une machine de ce type par le document DE-43 42 870. Dans ce document le refroidissement du système des pôles à griffes a lieu au moyen d'une conduite de chaleur des roulements à billes, par rayonnement vers le stator et le carter, par convection sur la poulie de la cour- roie et par convection dans le carter fermé. En particulier dans le cas de machines de ce type il arrive lors de vitesses de rotation très élevées, par exemple supérieures à 15000 tours par minute, que l'on ait des problèmes de température et de refroidissement, car les pertes par courants parasites dans le système de l'induit ainsi que les pertes dans les roulements à billes augmentent avec la vitesse de rotation. On n'a alors plus l'assurance dans le cas des machines con- nues du type mentionné au début d'avoir un refroidissement suffisant. Avantages de l'invention La machine électrique selon l'invention est ca- ractérisée en ce que: * les moyens de ventilation sont constitués sous la forme d'ailettes de ventilateur (29) qui s'étendent à peu près radialement sur le côté frontal (21A) à peu près plan de celle des bagues polaires (21) qui se trouve sur le côté opposé au système d'entraînement et * un espace annulaire (31) se raccorde dans le sens axial aux ailettes du ventilateur en faisant partie du fond (10A) du carter. La machine électrique selon l'invention a ainsi l'avantage que le refroidissement est sensiblement amélioré par une convection forcée et un écoulement raisonnable de l'air à l'intérieur de la machine. Le ventilateur selon l'in- vention résout ce problème de manière efficace grâce au débit de l'air qui augmente avec la vitesse de rotation et ceci en particulier aux vitesses de rotation élevées. Selon d'autres caractéristiques de l'invention: * les ailettes du ventilateur vont presque jusqu'à un moyeu qui reçoit un roulement à billes d'arbre, au fond du car- ter, * sur le fond de l'espace annulaire il est constitué des ner- vures qui s'étendent à peu près radialement, avec des rai- nures qui se trouvent dans les intervalles et qui se trouvent dans la hauteur des ailettes du ventilateur et s'étendent en ligne droite ou en forme d'arc, * dans la zone des nervures on dispose une rondelle annulaire métallique qui recouvre en partie celles-ci, * la rondelle annulaire est thermiquement accouplée aux ner- vures. Dessins La présente invention va être décrite ci-après plus en détail à partir d'un exemple de réalisation représen- té sur les dessins annexés sur lesquels: * la figure 1 montre une coupe longitudinale à travers un al- ternateur triphasé refroidi par un liquide, et * la figure 2 montre une vue partielle d'une variante de l'exemple de réalisation selon la figure 1. Description de l'exemple de réalisation L'alternateur selon la figure 1 présente un car- ter 10 ayant à peu près la forme d'un pot, carter qui est fermé par un couvercle 11 et sur le fond 10A duquel est cons- titué un moyeu 12 qui reçoit un roulement à billes 13. On a monté dans ce roulement à billes l'une des extrémités 14A d'un arbre 14, dont l'extrémité opposée sort du carter et est montée dans un roulement à billes 16 qui est monté également dans un moyeu 17 du couvercle 11. A cet endroit se trouve le côté de l'entraînement de l'alternateur. A peu près au milieu du carter 10 on a disposé sur sa paroi un stator 19. Entre le stator et l'arbre se trouve un système d'induit à pôles à griffes 20, constitué sous la forme d'un induit à transducteurs, consistant en des anneaux polaires 21 et 22, dont les griffes viennent en prise les unes dans les autres de façon alternée. Entre les griffes et l'arbre 14 on a disposé un enroulement fixe d'excitation 24 qui est disposé sur une bride 26 du carter constituée sous une forme à peu près tubulaire et qui se trouve sur le cou- vercle du carter 11, la bride du carter 26 étant fixée au moyen de boulons 27 et reposant sur le couvercle 11. Entre le couvercle 11 et un capot 28 fermant le carter se trouvent des composants de commande et de réglage pour l'alternateur sur lesquels on n'entrera cependant pas dans les détails car ils ne sont pas essentiels pour l'inven- tion et ils sont habituels dans les alternateurs de ce type. Sur le côté frontal plan 21A de la bague polaire 21 se trouvent plusieurs ailettes de ventilateur 29 qui s'étendent à peu près radialement, et qui vont presque jus- qu'à proximité du moyeu 12. Entre la face frontale 21A de la bague polaire 21 et le fond 10A du carter 10 se trouve un es- pace annulaire 31, relativement large, sur lequel sont cons- tituées plusieurs nervures 32 qui s'étendent à peu près radialement et qui vont presque jusqu'à proximité des ailet- tes du ventilateur 29; il subsiste cependant une fente dans l'intervalle. Les nervures peuvent s'étendre radialement en ligne droite ou aussi être coudées, ce qui vaut également pour les ailettes du ventilateur 29. Grâce à la configuration particulière de l'espace annulaire 31 et à la zone 33 qui s'y raccorde et qui s'étend alors à peu près parallèlement à l'arbre 14 et grâce à l'inclusion de la tête de l'enroulement presque jusqu'au stator 19, on obtient une surface de refroi- dissement relativement grande, se trouvant à l'intérieur. De l'eau de refroidissement circule dans le carter. Grâce à la surface de refroidissement relativement grande et grâce à la circulation de l'air sous l'action des ailettes du ventila- teur, circulation indiquée par des flèches, on évacue la cha- leur produite dans l'alternateur d'une manière très efficace au moyen du liquide de refroidissement de telle sorte que l'on réduit au minimum la quantité d'eau qui n'est pas ac- tive, moyennant quoi on a un écoulement qui ne présente que très peu de mouvement. D'une manière appropriée, on réunit les ailettes du ventilateur qui sont en une matière qui conduit bien la chaleur, à la bague polaire 21 pour conduire la chaleur, par exemple en les forgeant dessus, en les soudant ou en les col- lant. Le nombre optimal d'ailettes de ventilateur 29 et de nervures 32 ou de rainures est fonction de la grandeur de l'alternateur. Le changement de l'air vers le volume d'air com- pris entre les bagues polaires 21, 22 a lieu au moyen d'arê- tes de guidage dans le carter et radialement au moyen du ventilateur. L'avantage particulier de l'alternateur selon l'invention réside donc dans l'utilisation complète voulue de la grande surface de refroidissement qui se trouve à l'inté- rieur, du carter et du type et de la disposition particuliers des ailettes du ventilateur qui provoquent une turbulence élevée et procurent un coefficient élevé de transfert de cha- leur, ainsi qu'à l'agrandissement des surfaces de refroidis- sement, en particulier de l'espace annulaire 31 et de la zone 33. Grâce à la circulation forcée de l'air on obtient avant tout aux vitesses de rotation élevées un transfert de la cha- leur par l'air entre le système de l'induit à pôles à griffes et la surface de refroidissement supérieure décrite. Les sur- faces dans l'entrefer sur le système 20 de l'induit à pôles à griffes ou sur l'enroulement du stator et l'enroulement d'ex- citation servent au transfert de la chaleur sur l'air. Dans le cas de la variante selon la figure 2 on obtient une ventilation qui est encore plus efficace, grâce au fait que sur les nervures 32 on a disposé une rondelle an- nulaire métallique 35, par exemple en aluminium, dont la lar- geur correspond à peu près à la longueur des ailettes du ven- tilateur 29, c'est à dire qu'il se forme ainsi des fentes des deux côtés de la rondelle annulaire vers les rainures qui se5 trouvent entre les nervures 32. Si cette rondelle annulaire est couplée thermiquement avec le fond 10A, la surface de refroidissement se trouve accrue d'autant. REV E N D I C A T I ON S 1 ) Machine électrique, en particulier alternateur triphasé refroidi par un liquide, comprenant un stator (19) disposé dans un carter (10) en forme de pot, et un système (20) d'in- duit à pôles à griffes qui est fixé sur un arbre (14), en- traîné par un système d'entraînement, une première bague polaire (21) fixée sur l'arbre, constituée sous la forme d'une demi roue polaire, s'étendant dans des griffes, et une deuxième bague polaire (22), s'étendant également dans des griffes, sous la forme d'une demi roue polaire, les pointes des griffes de l'une des bagues polaires s'étendant respecti- vement dans les intervalles entre les griffes de l'autre ba- gue polaire, et un écoulement d'air de refroidissement produit dans le carter par des moyens de ventilation (29), écoulement d'air de refroidissement qui évacue la chaleur produite dans la machine par convection via l'enveloppe exté- rieure du carter (10) sur un agent liquide qui entoure le carter, caractérisée en ce que * les moyens de ventilation sont constitués sous la forme d'ailettes de ventilateur (29) qui s'étendent à peu près radialement sur le côté frontal (21A) à peu près plan de celle des bagues polaires (21) qui se trouve sur le côté opposé au système d'entraînement et * un espace annulaire (31) se raccorde dans le sens axial aux ailettes du ventilateur en faisant partie du fond (10A) du carter. 2 ) Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ailettes du ventilateur (29) vont presque jusqu'à un moyeu (12) qui reçoit un roulement à billes d'arbre (13), au fond du carter (10). 30) Machine selon la revendication 1 et/ou 2, caractérisée en ce que sur le fond de l'espace annulaire (31) il est constitué des nervures (32) qui s'étendent à peu près radialement, avec des rainures qui se trouvent dans les intervalles et qui se trou- vent dans la hauteur des ailettes (29) du ventilateur et s'étendent en ligne droite ou en forme d'arc. 4 ) Machine selon la revendication 3, caractérisée en ce que dans la zone des nervures (32) on dispose une rondelle annu- laire (35) métallique qui recouvre en partie celles-ci. 5 ) Machine selon la revendication 4, caractérisée en ce que la rondelle annulaire (35) est thermiquement accouplée aux nervures (32).