Brevet FR2793084A1 — publié le 20001103

L'invention concerne d'une façon générale les machines électriques tournantes. Plus précisément, I'invention concerne les dispositifs de refroidissement pour machines électriques tournantes. Ces machines électriques tournantes sont, par exemple, des alternateurs pour véhicules automobiles. On connaît, par exemple par le document FR 2 749 109, un alternateur de véhicule automobile à carter refroidi par fluide. Ce carter comporte une paroi latérale cylindrique creuse présentant deux parois coaxiales définissant une chambre recevant un liquide de refroidissement en circulation. Ce liquide permet d'évacuer rapidement la chaleur produite par le fonctionnement de l'alternateur. En effet, des pertes thermiques sont dissipées par le stator de la machine tournante. La chaleur générée par ces pertes thermiques est transmise à la paroi la plus interne du carter. Cette chaleur est ensuite transmise au liquide de refroidissement en circulation. Puis le liquide de refroidissement évacue la chaleur dans un circuit de refroidissement auquel est branchée la chambre. Un but de l'invention est d'améliorer encore l'efficacité du refroidissement du stator des machines électriques tournantes. En vue de la réalisation de ce but, on prévoit, selon l'invention une machine électrique tournante comprenant une enceinte délimitée par un carter, dans laquelle sont situés un rotor et un stator, le stator comportant un paquet de tôles, caractérisée par le fait qu'au moins une partie périphérique d'une tôle s'étend en saillie à l'extérieur de l'enceinte. Ainsi, la présence d'une (ou plusieurs) partie (s) périphérique (s) en saillie sur une (ou plusieurs) tôle (s) à l'extérieur de 1'enceinte, permet une meilleure évacuation de la chaleur emmagasinée par les tôles, de la partie interne de t'enceinte, vers l'extérieur de l'enceinte, en augmentant la surface d'échange entre le milieu situé à l'extérieur de l'enceinte et les tôles. Le milieu dans lequel se trouvent ces parties périphériques en saillie, par exemple formant des ailettes, peut tre un gaz, tel que de I'air, un solide ayant de bonnes propriétés de conductivité thermique, ou bien encore un liquide. Lorsque le milieu est un liquide de refroidissement, le carter comporte avantageusement une paroi creuse formant une chambre dans Xaquelle s'étend chaque partie périphérique en saillie et circule un liquide baignant chaque partie périphérique en saillie pour la refroidir. Pour éviter que le fluide de refroidissement ne pénètre à l'intérieur de 1'enceinte, un joint d'étanchéité est avantageusement placé entre l'ensemble des tôles et le carter pour assurer l'étanchéité entre l'intérieur et l'extérieur de 1'enceinte. Avantageusement, ce joint d'étanchéité permet aussi l'amortissement des vibrations des tôles par rapport au carter. Toujours afin d'améliorer J'étanchéité entre l'extérieur et l'intérieur de 1'enceinte, les surfaces des tôles adjacentes, en contact l'une avec !'autre, sont recouvertes d'une substance fine assurant !'étanchéité entre les tôles. Afin d'augmenter la turbulence et le coefficient d'échange de chaleur convectif entre une partie périphérique en saillie et le milieu dans lequel elle baigne, cette partie périphérique en saillie présente des découpes. Ces découpes sont par exemple des dents situées en bordure d'une partie périphérique ou des trous percés à travers une partie périphérique, perpendiculairement à la surface principale de celle-ci, etc. Avantageusement, au moins une partie périphérique s'étend radialement entre deux parois latérales de la chambre. Avantageusement aussi, la forme de chaque partie périphérique favorise une circulation radiale du liquide de refroidissement, dans la chambre. Afin de permettre, après compactage des tôles, une soudure des tôles ensemble, les tôles présentent des parties périphériques en saillie formant des ailettes et des zones périphériques sans ailettes. D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit. L'invention sera aussi mieux comprise à I'aide des références aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 représente schématiquement une demi-coupe axiale d'un alternateur pour véhicule automobile conforme à la présente ; -la figure 2 représente schématiquement, selon une demi-coupe axiale, une variante de I'alternateur pour véhicule automobile, représenté à la figure 1 ; -la figure 3 représente schématiquement en coupe axiale, une partie correspondant au stator d'une variante de l'alternateur représenté sur la figure 2 ; -la figure 4 représente schématiquement, vue de dessus, une tôle d'une variante de I'alternateur représenté sur les figures 2 et 3 ; -la figure 5 représente, selon une vue analogue à celle de la figure 4, une autre variante de tôle pour I'alternateur représenté sur les figures 2 et 3 ; et -la figure 6 représente, selon une coupe analogue à celle de la figure 3, une variante de l'alternateur représenté sur les figures 2 et 3. On a illustré sur les figures 1 à 6 des modes préférés de réalisation de l'invention sous la forme d'un alternateur 1 pour véhicule automobile. Selon le premier mode de réalisation, illustré par la figure 1, I'alternateur 1 comporte une enceinte 2 fermée par un carter 4. L'enceinte 2 renferme un rotor 6 et un stator 8. Le carter 4 a globalement une symétrie axiale cylindrique autour de I'axe 0-0 du rotor 6. Le carter 4 est constitué de deux paliers 9,11. Chaque palier 9,11 a principalement la forme d'un cylindre obturé à l'une de ses extrémités axiales par une paroi transversale 5. Le rotor 6 et le stator 8 comportent respectivement un bobinage réalisé d'une manière classique. Chaque bobinage comprend des chignons 10 situés aux extrémités axiales du rotor 6 et du stator 8. Bien évidemment, le rotor 6 peut tre dépourvu de chignons 10, dans d'autres modes de réalisation de I'alternateur 1, comme c'est le cas notamment pour les rotors 6 à griffes. Le stator 8 comprend une série de tôles 12,14 empilées selon une direction parallèle à I'axe rotorique 0-0, constituant ainsi un empilement ou paquet de tôle 13. Chaque tôle 12,14 a une forme annulaire plane dont la symétrie circulaire est centrée sur I'axe rotorique 0-0. Sur le bord périphérique -interne des tôles 12,14 est ménagée une série d'encoches 15 (non représentées sur la figure 1) dans lesquelles passent les fils du bobinage du stator 8. Le stator 8 représenté sur la figure 1 comporte deux types de tôles 12,14, à savoir des petites tôles 12 (petites relativement à leur diamètre externe), et des grandes tôles 14, de plus grand diamètre externe que les petites tôles 12. Le diamètre externe des petites 12 et grandes 14 tôles est supérieur au diamètre externe du carter 4. A t'extérieur de l'enceinte 2, la partie de chaque grande tôle 14 s'étendant radialement au-delà des petites tôles 12, constitue une ailette 16 baignant dans le milieu extérieur à l'enceinte 2. L'empilement 13 des petites 12 et grandes 14 tôles est réalise en intercalant une petite tôle 12 entre deux grandes tôles 14. Deux ailettes 16 voisines sont distantes l'une de l'autre de l'épaisseur d'une petite tôle 12. Chaque ailette 16 présente en contact avec le milieu extérieur à l'enceinte 2 deux faces principales 18 favorisant les échanges de chaleur entre les tôles 12,14 et ce milieu extérieur à l'enceinte 2. Les deux paliers 9,11 sont assemblés coaxialement en rapprochant leurs extrémités ouvertes l'une de l'autre. Les bords libres 23 de chaque cylindre constitutif de chaque palier 9,11 laissent, après assemblage, une ouverture adaptée pour laisser passer les tôles 12,14 du stator 8, à travers le carter 4. Une partie de l'énergie de I'alternateur 1 est dissipée sous forme de chaleur à l'intérieur de l'enceinte 2. Une partie de cette chaleur est transférée vers les tôles 12,14, pour tre évacuée au niveau des ailettes 16 vers le milieu extérieur à l'enceinte 2. Selon le deuxième mode de réalisation de l'invention, illustré sur la figure 2, I'agencement du rotor 6 et du stator 8 est analogue à celui décrit en correspondance avec la figure 1. De mme, la géométrie et la configuration des tôles 12,14, ainsi que des ailettes 16, sont aussi analogues à celles décrites en correspondance avec la figure 1. Par contre, le carter 4 comporte une paroi creuse. Cette paroi creuse forme une chambre 24 délimitée par une paroi interne 20 et une paroi externe 22, coaxiales. Dans la chambre 24 circule un liquide de refroidissement. Cette chambre 24 communique avec un circuit de refroidissement 26 dont t'entrée et la sortie dans la chambre 24 se trouvent dans des plans longitudinaux décalés angulairement autour de I'axe 0-0, afin de favoriser une orientation radiale du liquide de refroidissement. La différence essentielle entre les modes de réalisation illustrés par les figures 1 et 2 provient du fait qu'un fluide, en circulation dans la chambre 24 par exemple de l'eau, baigne les ailettes 16 et transporte, grâce au circuit de refroidissement 26, la chaleur dégagée par l'alternateur 1, à distance de celui-ci. Avantageusement, I'alternateur 1 correspondant au mode de réalisation représenté sur la figure 2, comprend un joint 28 d'étanchéité entre 1'empilement 13 des tôles 12,14 et la paroi interne 20 du carter 4 au niveau de l'ouverture réalisée par les bords 23 libres des paliers 9,11, ainsi qu'un joint d'étanchéité 29 entre les bords libres des parois externes 22. Le joint 28 d'étanchéité, par exemple en élastomère, constitue avantageusement aussi, un amortisseur de vibration des tôles 12,14 par rapport au carter 4. Ce joint 28 d'étanchéité, a une forme annulaire avec une rainure ménagée sur l'une de ses faces principales, la largeur de cette rainure correspondant à l'épaisseur de la paroi interne 20, dans la direction radiale. Le joint 28 d'étanchéité est alors placé, entre les tôles 12,14 des extrémités axiales de 1'empilement 13 et le bord 23 de la paroi interne 20, de manière à placer ce bord 23 dans le fond de la rainure de chaque joint d'étanchéité 28. Au cours du montage de l'alternateur 1, le premier joint 28 est placé sur le bord libre du premier palier 9, puis le stator 8 est introduit dans ce premier palier 9, I'empilement 13 de tôles 12,14 s'appuyant sur le premier joint 28. Le deuxième palier 11 est ensuite placé sur le premier palier 9 et 1'empilement 13, en intercalant le deuxième joint 28 entre 1'empilement 13 et le deuxième palier 11. Les paliers 9,11 sont alors compressés axialement l'un vers l'autre pour assurer un serrage des joints 28 et une immobilisation du stator 8 dans le carter 4. Pour que les joints 28 assurent aussi un rôle d'amortissement des vibrations du stator 8 par rapport au carter 4, il est nécessaire que le stator 4 ne soit immobilisé dans le carter 4 qu'avec ces joints 28. Une liaison rigide du stator 8 au carter 4, autoriserait la propagation des vibrations de l'un à l'autre. L'ensemble des deux paliers 9, 11 et du stator 8 est maintenu en position grâce à des vis de serrage 35. Les joints 28 assurent un rattrapage des jeux. Les joints 28 et 29 assurent l'étanchéité de la chambre 24. Préférentiellement, des reliefs 36 en anneaux centrés sur l'axe 0-0, s'étendent en saillie de la face de la paroi interne 20, dirigée vers la paroi externe 22, pour augmenter encore les échanges thermiques entre l'intérieur de 1'enceinte 2 et le fluide de refroidissement circulant dans la chambre 24. Avantageusement encore, afin d'assurer l'étanchéité entre les tôles 12, 14, un revtement 17 de faible épaisseur est déposé, avant le compactage des tôles 12,14 permettant de réaliser 1'empilement 13, sur les surfaces principales des tôles 12,14, au moins sur la partie de ces surfaces destinée à tre en contact avec une tôle 12,14 voisine. Les ailettes 16 peuvent tre réalisées selon de nombreuses variantes, permettant d'augmenter le coefficient d'échange thermique entre ces ailettes 16 et le fluide de refroidissement. Les figures 3,4,5 et 6 illustrent, à titre d'exemple, certaines de ces variantes. La figure 3 représente un troisième mode de réalisation de I'alternateur 1. Celui-ci comprend un empilement 13 de tôles 12,14, dans lequel les grandes tôles 14 ont un diamètre externe variable. Certaines de ces grandes tôles 14, celles dont le diamètre externe est le plus grand, forment des ailettes 16 s'étendant radialement de la paroi interne 20 jusqu'à -la paroi externe 22. Celles-ci favorisent un écoulement circulaire du fluide de refroidissement autour de I'axe rotorique 0-0. Elles ne s'étendent pas de manière continue sur toute la circonférence des tôles 14, de la paroi interne 20 jusqu'à la paroi externe 22. En effet, des découpes 32 sont réalisées, au moins dans les tôles 14 dont le diamètre externe est le plus grand pour favoriser un écoulement axial du fluide de refroidissement (fig. 4). L'alternance d'ailettes 16 s'étendant plus ou moins radialement entre la paroi interne 20 et la paroi externe 22, ainsi que la réalisation des découpes 32 dans les ailettes 16 s'étendant radialement entre la paroi interne 20 et la paroi externe 22, favorisent un écoulement turbulent du fluide de refroidissement qui permet d'augmenter le coefficient d'échanges thermiques entre les ailettes 16 et ce fluide. Les figures 4 et 5 représentent des exemples de géométries des découpes 32. Dans le quatrième mode de réalisation, représenté sur la figure 4, ces découpes 32 sont en forme de dents situées sur le bord périphérique externe des tôles 12,14. Dans le cinquième mode de réalisation, représenté sur la figure 5, les découpes 32 sont en forme de trous circulaires. De nombreuses autres géométries peuvent tre envisagées. Ces découpes 32 peuvent aussi tre décalées circonférentiellement les unes par rapport aux autres, d'une grande tôle 14 à une autre. Préférentiellement aussi, il est prévu en périphérie des tôles 12,14 des zones 33 dépourvues d'ailettes 16 afin de souder les tôles 12,14 ensemble après leur compactage (fig. 4). Selon le sixième mode de réalisation de l'alternateur 1, conforme à la présente invention et illustré par la figure 6, toutes les tôles 12,14 ont le mme diamètre externe. Selon ce mode de réalisation, il n'existe pas, à proprement parler, d'ailettes 16 espacées les unes des autres. Par contre, des découpes 32 ménagées dans les parties des tôles 12,14 s'étendant radialement à l'extérieur de l'enceinte 2, constituent, après réalisation de 1'empilement 13, des canaux 34 de circulation du fluide de refroidissement (fig. 6). Un décalage angulaire, autour de I'axe O-O, et/ou radial des découpes 32 peuvent permettre une circulation du fluide de refroidissement, radialement et axialement, par exemple, selon des canaux 34 hélicoïdaux autour de I'axe O-O. REVENDICATIONS 1. Machine électrique tournante comprenant une enceinte (2) délimitée par un carter (4), dans laquelle sont situés un rotor (6) et un stator {8), le stator (8) comportant un paquet de tôles (12,14), caractérisée par le fait qu'au moins une partie périphérique d'une tôle (12,14) s'étend en saillie à l'extérieur de l'enceinte (2). 2. Machine selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un joint (28) d'étanchéité est placé entre le paquet de tôles (12,14) et le carter (4). 3. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les surfaces des tôles adjacentes (12,14), en contact l'une avec !'autre, sont recouvertes d'une substance assurant t'étanchéité entre les tôles (12,14). 4. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les tôles (12,14) présentent des parties périphériques en saillie formant des ailettes (16) et des zones (33) périphériques sans ailette (16) afin de permettre une soudure des tôles (12,14) ensemble après compactage de celles-ci. 5. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le carter (4) comporte une paroi creuse formant une chambre (24) dans laquelle s'étend chaque partie périphérique en saillie et circule un fluide de refroidissement baignant chaque partie périphérique pour la refroidir. 6. Machine selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'au moins une partie périphérique s'étend radialement entre deux parois latérales de la chambre 24. 7. Machine selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée par le fait qu'elle comporte des moyens pour favoriser une circulation radiale du liquide de refroidissement, dans la chambre (24). 8. Machine selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait qu'au moins une partie périphérique en saillie présente une découpe (32). 9. Machine selon la revendication 8, caractérisée par le fait qu'au moins une découpe (32) est une dent située en bordure d'une partie périphérique. 10. Machine selon l'une des revendications 8 et 9, caractérisée par le fait qu'au moins une découpe (32) est un trou percé dans une partie périphérique, perpendiculairement à la surface principale de celle-ci.