Brevet FR2778285A1 — publié le 19991105

ALTERNATEUR-DÉMARREUR INTÉGRÉ. La présente invention concerne un alternateur-démarreur embarqué à bord d'un véhicule équipé d'un moteur à combustion interne. Lors d'un fonctionnement en alternateur, l'alternateur- démarreur est entraîné par le moteur à combustion interne et permet de fournir de l'énergie électrique aux différents organes du véhicule, par exemple la batterie, les phares, etc. Lors d'un fonctionnement en démarreur, l'alternateur-démarreur est alimenté en énergie électrique par la batterie et entraîne en rotation le moteur à combustion interne jusqu'au démarrage de celui-ci. On connaît, par la demande de brevet britannique n0 2 086 147, un alternateur intégré sur le volant moteur, comprenant un ou plusieurs segments de stator avec des enroulements d'induit, et un rotor. Au moins une carcasse d'excitation statique dans un enroulement d'excitation est associée sous la forme de segment avec le segment de stator. Cet alternateur est relativement volumineux, notamment en hauteur et son rendement est médiocre. L'intérêt d'un alternateur intégré apparaît au-delà d'une puissance de 2, 5 kW et d'un rendement de l'ordre de 80%, car l'accrochage de l'alternateur autour du moteur et son entraînement par courroie devient alors difficile, voire impossible. De plus, de nouveaux équipements électriques sont suceptibles d'être montés dans un véhicule, par exemple des soupapes pilotées électriquement, un freinage électrique, une pompe à eau électrique et un compresseur électrique de climatisation. L'apparition de ces nouveaux équipements électriques requiert des alternateurs de forte puissance avec un rendement élevé et une architecture compacte pour maintenir l'utilisation optimale de l'espace disponible sous le capot du véhicule. La présente invention a pour objet de résoudre ces problèmes et de proposer une disposition efficace des organes situés sous le capot d'un véhicule tout en maintenant une faible consommation d'énergie. L'alternateur-démarreur, selon l'invention, comprend un stator et un rotor, et est du type destiné à fournir de l'énergie électrique à bord d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne et à entraîner ledit moteur lors d'un démarrage, ledit alternateur étant entraîné par le moteur à combustion interne. Un organe consommateur d'énergie est intégré à l'intérieur de l'alternateur. Cet organe peut être disposé radialement à l'intérieur du stator et du rotor de l'alternateur. On obtient ainsi un alternateur-démarreur en forme de couronne à l'intérieur de laquelle est disposé un autre organe. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'alternateur et l'organe consommateur d'énergie sont entraînés mécaniquement par le vilebrequin du moteur. Dans un mode de réalisation de l'invention, l'organe consommateur d'énergie est une pompe à eau de refroidissement du moteur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, l'organe consommateur d'énergie est un compresseur de climatisation. Il est particulièrement avantageux d'entraîner directement le compresseur de climatisation par le moteur, car le fait de disposer un alternateur puis un moteur électrique d'entraînement du compresseur dans l'hypothèse d'une climatisation entièrement électrique, aboutit à diminuer le rendement global de l'ordre de 30 à 50%, ce qui est désavantageux pour l'entraînement d'un compresseur de climatisation qui est un organe de forte puissance. Il est donc particulièrement intéressant d'intégrer le compresseur de climatisation à l'intérieur de l'alternateur-démarreur et de l'entraîner mécaniquement par le vilebrequin du moteur. Dans un mode de réalisation de l'invention, le stator est disposé à l'extérieur du rotor et est intégré à un carter de l'alternateur. Le stator peut être refroidi par le liquide de refroidissement du moteur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le stator est disposé à l'intérieur du rotor et est fixé au compresseur. Le stator peut être refroidi par le fluide de climatisation, en amont ou en aval du compresseur. On obtient ainsi une architecture compacte avec intégration de fonctions qui utilise de façon intéressante l'espace disponible sous le capot du véhicule et permet une standardisation poussée et donc une réduction des coûts de l'alternateur-démarreur. L'électrification des autres accessoires du moteur permet de libérer l'extrémité du vilebrequin et de récupérer l'espace occupé par leur mécanisme d'entraînement. Un tel concept est différent de celui de l'alternateur-démarreur intégré dans la cloche de l'embrayage, c'est-à- dire en face arrière du moteur et non en face avant comme dans la présente invention, et permet une meilleure standardisation. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un alternateur- démarreur conforme à l'invention à stator extérieur; la figure 2 montre une variante de la figure 1, dans laquelle le stator est refroidi par le liquide de refroidissement du moteur; la figure 3 est une vue schématique en coupe d'un alternateur- démarreur conforme à l'invention à stator intérieur; et la figure 4 est une variante de la figure 3, dans laquelle le refroidissement du stator est assuré par le fluide de climatisation. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'alternateur-démarreur intégré 1 est disposé dans un carter 2 rigide et fixé par des vis 3 au moteur 4 du type à combustion interne. L'alternateur-démarreur comprend un stator bobiné solidaire du carter 2, et un rotor 6 disposé à l'intérieur du stator 5 et de type aimanté ou bobiné. Le stator 5 participe à la rigidité du carter 2 et diminue sa déformation (flèche) à l'extrémité opposée au moteur 4. Le stator 5 et le rotor 6 se présentent ainsi sous la forme d'une couronne, par exemple de diamètre extérieur égal à 258 mm, de diamètre intérieur égal à mm, et d'épaisseur comprise entre 60 et 100 mnm. Le rotor 6 est entraîné en rotation par le vilebrequin 7 du moteur 4 par l'intermédiaire d'un flasque 8. Un compresseur de climatisation 9 est disposé radialement à l'intérieur du rotor 6 et est fixé au carter 2 par des vis 1 1 disposées du côté opposé au moteur 4. Pour assurer un meilleur maintien du rotor 6, on peut prévoir des paliers à roulement disposés entre la périphérie du compresseur 9 et le diamètre intérieur du rotor 6. Le compresseur 9 est pourvu d'un arbre d'entraînement 10 accouplé au vilebrequin 7. On peut prévoir un accouplement spécifique rigide ou élastique. On peut aussi prévoir, de façon optionnelle, un embrayage 12 entre le vilebrequin 7 et l'arbre 10 d'entraînement du compresseur 9. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le stator 5, le rotor 6 et le compresseur 9 sont représentés comme étant de même longueur. Toutefois, il est tout à fait possible que le compresseur 9 soit de longueur différente de celle des autres éléments et ce sans sortir du cadre de la présente invention. Le compresseur 9 ainsi fixé au carter 2 est pourvu de conduites pour le fluide de climatisation, une conduite 13 d'amenée du fluide à basse pression et une conduite 14 de sortie du fluide à haute pression. La figure 2 est similaire à la figure 1, à ceci près que le stator 5 est pourvu de moyens de refroidissement par le liquide de refroidissement du moteur 4. A cet effet, une conduite 15 est connectée au circuit de refroidissement, non représenté, du moteur 4, et amène le liquide de refroidissement à proximité du stator 5 en traversant le carter 2. Les conduites de refroidissement 16 du stator 5, alimentées grâce à la conduite , sont disposées sur la surface cylindrique extérieure du carter 2 pour permettre le transfert de la chaleur dégagée dans le stator 5 vers le liquide de refroidissement. Une conduite de sortie 17 connectée au circuit de refroidissement du moteur 4 permet le retour du liquide de refroidissement ayant circulé dans les conduites 16 vers le circuit de refroidissement du moteur 4. Selon les variantes, on pourra disposer les moyens de refroidissement du stator 5 en aval du radiateur, en aval du moteur 4, ou encore en aval de la pompe à eau du circuit de refroidissement. L'alternateur-démarreur qui vient d'être décrit aux figures 1 et 2, offre de multiples facilités de refroidissement du stator par air ou par eau. Le carter fixé sur le moteur permet un raccordement direct sur le circuit de refroidissement du moteur sans ajout de durite supplémentaire. Le montage et le démontage rapides d'un tel dispositif sont plus aisés que pour les systèmes actuels à entraînement par courroie. Enfin, on peut aussi fabriquer et commercialiser l'alternateur-démarreur sans le compresseur en fonction des desideratas des clients. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, les références des éléments semblables à ceux des figures précédentes ont été augmentées du nombre 20. Le stator 25 est ici fixé sur la surface extérieure du compresseur 29 et disposé radialement à l'intérieur du rotor 26. Le rotor 26 se trouve radialement entre le stator 25 et le carter 22. Cette architecture permet d'aboutir à un alternateur-démarreur de faible diamètre extérieur. Dans le cas d'un rotor aimanté, on obtient une meilleure tenue des aimants qui sont plaqués par force centrifuge sur leur support. On prévoira une bonne conduction thermique entre le stator 25 et le compresseur 29 afin de mieux refroidir le stator 25 et d'améliorer son rendement. Comme on peut le voir sur la figure 4, la proximité du compresseur 29 permet de refroidir le stator 25 par une circulation du fluide frigorigène en aspiration par la conduite 33, le fluide frigorigène étant alors à 0 C. On obtient une augmentation de trois points du rendement de l'alternateur qui aboutit dans le cas d'une consommation moyenne de 700 Watts à une réduction de la consommation de carburantde 0,1 1/100 km du véhicule qui est tout à fait significative. Au contraire, si l'on privilégie la performance de la climatisation, on refroidira le stator 29 par le fluide frigorigène en sortie du compresseur à une température de C. Un circuit de refroidissement 35 du stator 25 est disposé entre ledit stator 25 et le compresseur 29. Grâce à l'invention, on dispose d'un alternateur-démarreur intégré et offrant un ensemble compact dans lequel on peut disposer la pompe à eau du moteur, un autre accessoire du moteur de dimensions adaptées ou, de préférence, le compresseur de climatisation qui peut ainsi être entraîné directement par le vilebrequin, ce qui permet un bon rendement de la climatisation. Cette architecture est parfaitement adaptée à un alternateur-démarreur de puissance comprise entre 3 et 7 kW apte à alimenter de nombreux équipements électriques, soupapes pilotées, freinage électrique, pompe à eau électrique, etc. Cet alternateur- démarreur peut être parfaitement standardisé dans la mesure o il peut aussi être vendu sans le compresseur ou la pompe à eau intégrée à l'intérieur, d'o un coût de fabrication relativement bas. Cette architecture assure une alternative intéressante à l'entraînement du compresseur par un moteur électrique et permet de profiter du refroidissement assuré par la climatisation pour refroidir l'alternateur- démarreur et améliorer ainsi son rendement et sa puissance massique. La possibilité de refroidissement liée à la climatisation, permet d'envisager un encapsulage spécifique de l'ensemble stator-compresseur. Un avantage important de l'invention réside dans l'intégration de fonction réalisée en disposant un accessoire du moteur dans le volume occupé par l'alternateur-démarreur et qui optimise l'utilisation de l'espace disponible sous capot. REVENDICATIONS 1. Alternateur-démarreur (1) comprenant un stator (5) et un rotor (6), du type destiné à fournir de l'énergie électrique à bord d'un véhicule automobile équipé d'un moteur à combustion interne (4) et à entraîner ledit moteur lors d'un démarrage, ledit alternateur (1) étant entraîné par le moteur à combustion interne, caractérisé par le fait qu'un organe consommateur d'énergie est intégré à l'intérieur de l'alternateur. 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'organe est disposé radialement à l'intérieur du stator et du rotor. 3. Alternateur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que l'alternateur et l'organe consommateur d'énergie sont entraînés mécaniquement par le vilebrequin (7) du moteur. 4. Alternateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'organe consommateur d'énergie est une pompe à eau de refroidissement du moteur. 5. Alternateur selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que l'organe consommateur d'énergie est un compresseur de climatisation (9). 6. Alternateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le stator est disposé à l'extérieur du rotor et est intégré à un carter (2) de l'alternateur. 7. Alternateur selon la revendication 6, caractérisé par le fait que le stator est refroidi par le liquide de refroidissement du moteur. 8. Alternateur selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le stator est disposé à l'intérieur du rotor et est fixé au compresseur. 9. Alternateur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le stator est refroidi par le fluide de climatisation, en amont ou en aval du compresseur.