Brevet FR2819119A1 — publié le 20020705

La présente invention concerne une machine électrique tournante. L'invention concerne notamment un alternateur de véhicule automobile. Les machines électriques tournantes sont constituées pour l'essentiel d'un rotor et d'un stator qui délimite au moins en partie une enceinte à l'intérieur de laquelle le rotor est monté tournant. Ce type de machine électrique tournante qui, en fonctionnement, dégage de la chaleur est généralement refroidi par air. Un tel procédé de refroidissement faisant appel à un ou plusieurs ventilateurs et/ou à une circulation forcée d'air n'est pas entièrement satisfaisant dans la mesure où il est bruyant et insuffisant. C'est notamment le cas pour un alternateur équipant un véhicule automobile qui, pour posséder des performances élevées en fonctionnement dans un environnement de plus en plus chaud, doit être équipé d'un ventilateur le plus efficace possible qui, compte tenu de l'état actuel de la technique des ventilateurs, est générateur de bruits importants, notamment pour les régimes élevés de rotation de l'alternateur. Les problèmes d'échauffement sont particulièrement critiques dans le cas d'un alternateur car l'un des flasques radiaux du stator porte, directement ou indirectement, le pont électrique redresseur sur sa paroi externe. Ce dispositif dissipe une quantité de chaleur importante en fonctionnement. La chaleur dissipée par le pont redresseur provoque l'échauffement du flasque radial du stator qui transmet la chaleur reçue par convection à l'air contenu dans l'enceinte du stator. De plus, le palier de l'arbre du rotor agencé dans ce flasque radial est insuffisamment refroidi. Il est ainsi souhaitable de pouvoir disposer d'une machine électrique tournante, notamment dans le cas d'un alternateur équipant un véhicule automobile, pour laquelle on réalise un bon compromis entre le refroidissement efficace de la machine à faible régime de rotation du rotor et la réduction du bruit aérolique ou aérodynamique résultant de la rotation de la roue du ventilateur à grande vitesse. Dans ce but, l'invention propose une machine électrique tournante du type comportant un rotor qui entraîne en rotation une roue de ventilateur de refroidissement de la machine, caractérisée en ce que la roue de ventilateur est montée libre en rotation par rapport à l'arbre du rotor, et en ce qu'il est prévu des moyens d'entraînement en rotation par couplage magnétique, entre le rotor et la roue de ventilateur. Grâce à un tel couplage magnétique entre la roue de ventilateur et le rotor de la machine électrique tournante, on dispose d'une structure équivalente à un ventilateur débrayable en fonction de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : - la roue de ventilateur est montée à rotation sur l'arbre du rotor avec interposition d'un roulement ; - les moyens d'entraînement en rotation par couplage magnétique comprennent un circuit magnétique, comportant n paires de pôles magnétiques agencées angulairement autour de l'axe de rotation du rotor et de la roue de ventilateur, qui est solidaire en rotation du rotor, et comprennent une série de 2n plots complémentaires portés par la roue de ventilateur, ou par le rotor respectivement ; - les paires de pôles magnétiques sont portées par un élément annulaire en forme de couronne rapporté sur une face d'extrémité axiale du rotor ; - chaque plot est réalisé venu de matière avec un flasque d'orientation radiale de la roue de ventilateur dont une face est adjacente à une face d'extrémité axiale en vis-à-vis du rotor sur laquelle sont agencés les pôles magnétiques ; - chaque pâle magnétique est réalisé sous la forme d'un Insert noyé dans un flasque d'orientation radiale de la roue de ventilateur dont une face est adjacente à une face d'extrémité axiale en vis-à-vis du rotor sur laquelle sont agencés les plots. L'invention propose également un alternateur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément aux enseignements de l'invention définis précédemment. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels. - la figure 1 est une vue, en section axiale partielle selon la ligne 1-1 de la figure 2, qui représente de manière schématique une extrémité axiale du rotor d'une machine électrique tournante en association avec une roue de ventilateur liée en rotation au rotor par des moyens de couplage magnétique conformes aux enseignements de l'invention, - la figure 2 est une vue en coupe partielle selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; et - les figures 3 et 4 sont des vues similaires à celles des figures 1 et 2 qui illustrent un deuxième mode de réalisation de l'invention Dans la description qui va suivre, des composants Identiques, similaires ou analogues seront désignés par les mêmes chiffres de référence. On a représenté aux figures 1 et 2 une extrémité axiale d'un rotor électrique 10 appartenant à une machine électrique tournante, par exemple à un alternateur de véhicule automobile, qui est notamment délimité par une face d'extrémité axiale 12 traversée par l'arbre 14 du rotor. Ainsi, l'ensemble constitué du rotor 10 et de son arbre 14 est susceptible de tourner autour de son axe de rotation A. Afin d'assurer le refroidissement de la machine électrique tournante, le rotor 10 est associé à une roue de ventilateur 16 qui comporte une série de pales ou aubes 18 qui, lorsque la roue 16 est entraînée en rotation, provoquent une circulation d'air de refroidissement de la machine. Conformément aux enseignements de l'invention, la roue de ventilateur 16 est coaxiale à l'arbre 14 du rotor 10 par rapport auquel elle est montée libre en rotation, la roue 16 étant susceptible d'être entraînée en rotation par le rotor 12 par l'intermédiaire de moyens d'entraînement par couplage magnétique Dans le mode de réalisation Illustré aux figures 1 et 2, la roue de ventilateur 16 est une pièce en tôle emboutie qui comporte un flasque 20 d'orientation globalement radiale en forme de disque annulaire à partir duquel les pales 18 s'étendent axialement. La partie centrale 22 du flasque 20 est conformée en un moyeu qui reçoit la bague extérieure 24 d'un roulement à billes 26 dont la bague intérieure 28 est montée sur l'arbre 14 du rotor 10. Le roulement à billes 26 est par exemple du type à une rangée de billes à contact radial de façon à positionner axialement de manière précise la roue de ventilateur 16 par rapport à la face transversale d'extrémité axiale 12 du rotor 10, et ceci dans le but de définir de manière précise un entrefer magnétique"e" Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, le flasque 20 de la roue de ventilateur 16 comporte dans sa partie annulaire centrale une série de 2n plots métalliques 30 dont chacun est ici constitué à la faveur d'un embouti de forme circulaire réalisé dans le flasque 20 Les 2n plots 30 sont répartis angulairement de manière régulière autour de l'axe de rotation A et chacun est délimité axialement en direction du rotor 12 par une face transversale d'extrémité axiale 32. A titre d'exemple, les plots 30 sont ici au nombre de 12. Afin d'assurer le couplage électromagnétique entre le rotor 10 et la roue de ventilateur 16, le rotor 10 est ici équipé d'une couronne annulaire 34 rapportée sur sa face transversale d'extrémité axiale 12 et qui porte n paires d'aimants 36. Plus précisément, la couronne 34 est par exemple réalisée sous la forme d'un élément annulaire 38 moulé en matière plastique dans laquelle sont agencés les douze aimants 36 pour constituer six paires de potes magnétiques. Chaque aimant 36 est délimité axialement par une face transversale d'extrémité axiale 40 tournée vers la roue de ventilateur et on définit ainsi l'entrefer magnétique"e"entre le plan des faces 40 des aimants 36 et le plan des faces 32 des plots 30 de la roue de ventilateur 16. Comme les plots 30, les n paires de potes (nord-sud) sont réparties également de manière angulaire pour constituer un circuit, et elles peuvent être réalisées de différentes manières. Il peut s'agir, comme cela est représenté, d'aimants rapportés, mais aussi de plastoferrites ou d'autres dispositifs ou arrangements permettant de créer un effet de couplage magnétique entre le rotor 10, auquel la couronne 34 est fixée et liée en rotation, et la roue de ventilateur 16 qui comporte dles plots complémentaires 30 susceptibles de coopérer avec les potes magnétiques 36. Le fonctionnement de l'agencement selon l'invention est le suivant. La combinaison des potes magnétiques 36 et des plots 30 permet d'assurer un entraînement en rotation, par couplage magnétique, de la roue de ventilateur 16 par le rotor 10 lorsque ce dernier tourne. Le couple d'entraînement de la roue de ventilateur 16 par le rotor 10, résultant du couplage magnétique, est fonction du nombre de paires de pôles magnétiques, du diamètre sur lequel sont disposés les potes magnétiques 36 et les plots complémentaires 30, de la valeur de l'induction dans les aimants, de la qualité du circuit magnétique ainsi obtenu, de la valeur de l'entrefer"e"et de la qualité des surfaces en regard 32 et 40 des plots 30 et des aimants 36, etc. Lorsque la roue de ventilateur 16 est entraînée en rotation, elle subit un couple aérodynamique résistant qui augmente en fonction de sa vitesse de rotation, la valeur du couple résistant dépendant aussi de la conception des pales 18. Au delà d'un certain régime de rotation, dont la valeur dépend des différents paramètres mentionnés précédemment, le couple résistant devient supérieur au couple moteur que le rotor est susceptible d'appliquer à la roue de ventilateur 16 par l'effet du couplage magnétique, et la roue de ventilateur 16 se trouve ainsi"débrayée"du rotor 10, l'entraînement par couplage magnétique permettant d'obtenir un glissement entre les deux composants sans aucun phénomène d'échauffement et sans faire appel à aucun moyen de commande d'un quelconque embrayage commandé. On décrira maintenant le deuxième mode de réalisation Illustré aux figures 3 et 4 dans lequel, par rapport au premier mode de réalisation qui vient d'être décrit et qui est représenté aux figures 1 et 2, on a inversé l'agencement des pôles magnétiques 36 qui sont ici portés par la roue de ventilateur 16 et des plots qui appartiennent au rotor 10. Ainsi, le flasque 20 est par exemple une pièce moulée en mat) ère plastique dans laquelle les aimants 36 sont agencés sous la forme d'inserts partiellement noyés dans le flasque. On a représenté de manière schématique la face d'extrémité axiale 12 du rotor 10 sous la forme d'une plaque en tôle comportant les plots complémentaires 30 réalisés à la faveur d'emboutis ménagés dans cette tôle. Cette solution est particulièrement avantageuse dans la mesure où elle permet, en fonction des applications, de modifier la valeur du couplage magnétique en changeant simplement la roue de ventilateur 16 avec ses potes magnétiques, tout en l'associant à un rotor 10 dont l'extrémité axiale 12 est standardisée. REVENDICATIONS 1 Machine électrique tournante du type comportant un rotor (10,12) qui entraîne en rotation une roue coaxiale de ventilateur (16) de refroidissement de la machine, caractérisée en ce que la roue de ventilateur (16) est montée libre en rotation par rapport à l'arbre (14) du rotor (10,12), et en ce qu'if est prévu des moyens (30,36) d'entraînement en rotation par couplage magnétique, entre le rotor (10,12) et la roue de ventilateur (16). 2. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la roue de ventilateur (16) est montée à rotation (A) sur l'arbre du rotor (14) avec interposition d'un roulement (26). 3. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens d'entraînement en rotation par couplage magnétique comprennent un circuit magnétique, comportant n paires de pôles magnétiques (36) agencées angulairement autour de l'axe (A) de rotation du rotor et de la roue de ventilateur, qui est solidaire en rotation du rotor (10,12, 14), et comprennent une série de 2n plots (30) complémentaires portés par la roue de ventilateur (16, 20), ou par le rotor respectivement. 4. Machine électrique tournante selon la revendication précédente, caractérisée en ce que les paires de pôles magnétiques (36) sont portées par un élément annulaire (34) en forme de couronne (38) rapporté sur une face d'extrémité axiale du rotor (10). 5. Machine électrique tournante selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisée en ce que chaque plot (30) est réalisé venu de matière avec un flasque (20) d'orientation radiale de la roue de ventilateur (16) dont une face est adjacente à une face d'extrémité axiale (12) en vis-à-vis du rotor (10) sur laquelle sont agencés les pôles magnétiques (36). 6. Machine électrique tournante selon la revendication 3, caractérisée en ce que chaque pôle magnétique est réalisé sous la forme d'un insert (36) noyé dans un flasque (20) d'orientation radiale de la roue de ventilateur (16) dont une face est adjacente à une face d'extrémité axiale (12) en vis-à-vis du rotor (10) sur laquelle sont agencés les plots (30). 7. Alternateur de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément à l'une quelconque des revendications précédentes.