Brevet FR2836761A1 — publié le 20030905

DESCRIPTION L'invention se rapporte à un alternateur électrique d'automobile, et en particulier à un alternateur comportant des canaux de refroidissement conçus pour faire passer un agent liquide de refroidissement du moteur au travers de l'alternateur afin de refroidir l'alternateur. Cette invention se rapporte à un alternateur électrique, en particulier conçu pour être utilisé dans des applications de véhicules à moteur comprenant des véhicules de tourisme et des camionnettes. Ces dispositifs sont habituellement entraînés mécaniquement en utilisant une courroie d'entraînement enroulée sur une poulie reliée au vilebrequin du moteur à combustion interne du véhicule. La courroie entraîne une poulie sur l'alternateur qui fait tourner un ensemble de rotor interne pour générer une alimentation électrique en courant alternatif (AC). Cette alimentation électrique en courant alternatif est redressée en courant continu (CC) et elle est fournie au circuit électrique du véhicule à moteur et à la batterie de stockage. Bien que des alternateurs aient été utilisés dans des véhicules à moteur pendant de nombreuses décennies, les besoins actuels de conception, de coûts et de performances des véhicules à moteur ont mis davantage l'accent sur la conception d'alternateurs plus efficaces. Les véhicules à moteur actuels sont caractérisés par une augmentation très importante du nombre des systèmes et des accessoires électriques embarqués. De tels dispositifs électriques comprennent l'éclairage intérieur et extérieur, les systèmes de commande de climatisation, les systèmes de commande de train de transmission de plus en plus élaborés, les systèmes de stabilité de véhicule, les systèmes de commande de traction et les systèmes d'antiblocage de freins. Les systèmes audio et télématiques de véhicule imposent d'autres besoins au système électrique du véhicule. Encore d'autres défis termes de capacité de débit des alternateurs électriques de véhicules à moteur apparaîtront avec l'adoption largement répandue de systèmes de direction assistée électriquement et de freinage électrique de véhicule. La réunion de ces défis de conception fait que les demandes de systèmes électriques de véhicule varient à la hausse, indépendamment du régime de fonctionnement du moteur qui entraîne l'alternateur et varie en raison des diverses conditions de conduite. En plus des défis consistant à fournir une puissance électrique élevée de l'alternateur électrique de véhicule, d'autres contraintes comprennent le souhait de minimiser la taille de l'alternateur en fonction des limitations de conditionnement sous le capot, et sa masse qui est liée à la consommation de carburant du véhicule. En outre, les concepteurs de ces dispositifs s'efforcent d'obtenir un haut rendement de la conversion de la puissance mécanique délivrée par la courroie entraînée par le moteur en une sortie de puissance électrique. Un tel rendement se traduit directement en un rendement thermique général plus élevé du véhicule à moteur et donc en gains d'économie de carburant. Et enfin, comme c'est le cas avec tous les composants pour véhicules à moteur fabriqués en série, le coût reste un facteur dans l'offre compétitive de tels composants à des fabricants d'équipement d'origine. Une première préoccupation avec les alternateurs produisant une puissance plus élevée est la production de chaleur. Des ventilateurs montés à l'avant de l'alternateur feront circuler l'air au travers de la face avant pour maintenir l'alternateur froid. Cependant, avec des alternateurs à puissance plus élevée, la chaleur générée est trop importante pour être dissipée par ces ventilateurs. Les alternateurs refroidis par liquide dissipent la chaleur plus efficacement, mais nécessitent une taille supplémentaire pour loger des canaux de flux de refroidissement. Un problème associé est la génération de bruit. Les alternateurs refroidis par air génèrent un bruit de ventilateur, qui peut être désagréable pour les occupants d'un véhicule. Le refroidissement liquide des alternateurs est une technique connue pour rendre des alternateurs plus silencieux que les alternateurs refroidis par air. Par conséquent, il existe un besoin d'un alternateur amélioré comportant des canaux de circulation pour permettre que l'alternateur soit refroidi par un liquide, tout en conservant encore une petite taille compacte. Afin de répondre à ce besoin, la présente invention a pour objet un alternateur caractérisé en ce qu'il comprend : un boîtier intérieur, et un boîtier extérieur monté au-dessus dudit ou par-dessus ledit boîtier intérieur, ledit boîtier intérieur et ledit boîtier extérieur définissant une chambre de circulation comprenant un premier collecteur en forme de disque s'étendant diamétralement en travers dudit alternateur, une enveloppe axiale s'étendant annulairement autour dudit alternateur, et un second collecteur en forme de disque s'étendant diamétralement en travers dudit alternateur. Selon une première caractéristique de l'invention, ledit premier collecteur est défini par l'opposition de première et seconde parties en forme de disque dudit boîtier intérieur, de sorte que ledit premier collecteur est une cavité en forme de disque s'étendant diamétralement en travers dudit alternateur et qui est adjacente à une extrémité arrière dudit alternateur, ladite enveloppe axiale est définie par un diamètre intérieur dudit boîtier extérieur et par un diamètre extérieur dudit boîtier intérieur, de sorte que ladite enveloppe axiale forme une enveloppe annulaire s'étendant pratiquement autour dudit alternateur, et ledit second collecteur est défini par une troisième partie en forme de disque dudit boîtier intérieur et par une partie avant en forme de disque dudit boîtier extérieur, de sorte que ledit second collecteur est une cavité en forme de disque s'étendant diamétralement en travers dudit alternateur qui est adjacente à une extrémité avant dudit alternateur. Préférentiellement, ladite enveloppe axiale est disposée entre ledit premier collecteur et ledit second collecteur et relie mutuellement ceux-ci, ledit premier collecteur, ladite enveloppe axiale et ledit second collecteur étant en communication de fluide ou fluidique les uns avec les autres. Ledit alternateur peut comprendre, en outre, un orifice d'entrée s'étendant depuis ledit premier collecteur conçu pour permettre à l'agent de refroidissement de pénétrer dans ledit premier collecteur, et un orifice de sortie s'étendant depuis ledit second collecteur et conçu pour permettre à l'agent de refroidissement de sortir de ladite chambre de circulation. Avantageusement, ledit orifice d'entrée et ledit orifice de sortie sont conçus pour être reliés à un système de refroidissement d'une automobile de sorte que l'agent de refroidissement du moteur est amené à circuler à travers ledit alternateur. Ledit alternateur peut comprendre, en outre, une encoche incurvée formée à l'intérieur de ladite première partie en forme de disque dudit boîtier intérieur définissant un premier passage reliant mutuellement ledit premier collecteur et ladite enveloppe axiale et une encoche incurvée formée à l'intérieur de ladite troisième partie en forme de disque dudit boîtier intérieur définissant un second passage reliant mutuellement ladite enveloppe axiale et ledit second collecteur. En accord avec l'invention, il peut, en outre, être prévu que : ledit premier passage soit situé diamétralement à l'opposé dudit orifice d'entrée de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans ledit premier collecteur doit circuler diamétralement en travers dudit alternateur pour atteindre ledit premier passage, ledit second passage soit situé diamétralement à l'opposé dudit premier passage, de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans ladite enveloppe axiale par ledit premier passage doit circuler annulairement autour dudit alternateur pour atteindre ledit second passage, et/ou ledit orifice de sortie soit situé diamétralement à l'opposé dudit second passage, de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans ledit second collecteur par ledit second passage doit circuler diamétralement en travers dudit alternateur pour atteindre ledit orifice de sortie. Enfin, ledit alternateur peut comprendre en outre : un arbre supporté avec possibilité de rotation à l'intérieur dudit boîtier intérieur par une paire d'éléments de paliers, comportant une poulie montée à une première extrémité et une paire de bagues collectrices montées à une seconde extrémité, un ensemble de rotor comprenant des première et seconde pièces polaires montées sur ledit arbre, un enroulement d'excitation étant monté entre lesdites première et seconde pièces polaires, un ensemble de stator monté fixement à l'intérieur dudit boîtier intérieur dans une mise en prise fonctionnelle avec ledit ensemble de rotor. Ainsi, comme indiqué ci-dessus et selon un premier aspect de la présente invention, un alternateur comprend un boîtier intérieur et un boîtier extérieur monté sur le boîtier intérieur, une paire de joints toriques étant positionnée entre ceux-ci afin de définir une chambre de circulation scellée comportant un premier collecteur, un second collecteur et une enveloppe axiale interconnectant les premier et second collecteurs. Dans un autre aspect de la présente invention, le premier collecteur est défini par l'opposition des première et seconde parties en forme de disque du boîtier intérieur, de sorte que le premier collecteur est une cavité en forme de disque s'étendant diamétralement en travers de l'alternateur qui est adjacente à une extrémité arrière de l'alternateur. L'enveloppe axiale est définie par un diamètre intérieur du boîtier extérieur et par un diamètre extérieur du boîtier intérieur, de sorte que l'enveloppe axiale forme une enveloppe annulaire s'étendant entièrement autour de l'alternateur. Le second collecteur est défini par une seconde partie en forme de disque du boîtier intérieur et par une partie avant en forme de disque du boîtier extérieur, de sorte que le second collecteur est une cavité en forme de disque s'étendant diamétralement en travers de l'alternateur en étant adjacente à une extrémité avant de l'alternateur. Dans encore un autre aspect de la présente invention, un orifice d'entrée s'étend depuis le premier collecteur et il est conçu pour permettre à l'agent de refroidissement de pénétrer dans le premier collecteur et un orifice de sortie s'étend depuis le second collecteur et il est conçu pour permettre à l'agent de refroidissement de sortir de la chambre de circulation. Dans encore un autre aspect de la présente invention, une encoche incurvée est formée à l'intérieur de la première partie en forme de disque dudit boîtier intérieur définissant un premier passage interconnectant le premier collecteur et l'enveloppe axiale et une encoche incurvée est formée à l'intérieur de la troisième partie en forme de disque du boîtier intérieur définissant un second passage interconnectant l'enveloppe axiale et le troisième collecteur. L'orifice d'entrée est diamétralement positionné à l'opposé du premier passage de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans l'orifice d'entrée doit circuler diamétralement au travers de l'alternateur pour atteindre le premier passage. Le premier passage est positionné diamétralement à l'opposé du second passage de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans l'enveloppe axiale doit circuler annulairement autour de l'alternateur pour atteindre le second passage. L'orifice de sortie est diamétralement positionné à l'opposé du second passage de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans le second collecteur doit se propager diamétralement à travers l'alternateur pour atteindre l'orifice de sortie. Dans encore un autre aspect de la présente invention, les orifices d'entrée et de sortie sont conçus pour être raccordés à un système de refroidissement d'une automobile de sorte qu'un agent de refroidissement du moteur soit mis en circulation au travers de l'alternateur. Des bénéfices et avantages supplémentaires de la présente invention deviendront évidents pour l'homme de l'art auquel s'adresse la présente invention d'après la description suivante du mode de réalisation préféré, prise conjointement avec les dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue en coupe transversale d'un premier mode de réalisation préféré de la présente invention, La figure 2 est une vue en coupe transversale d'un second mode de réalisation préféré de la présente invention, La figure 3 est une vue en coupe de l'alternateur de la figure 2 prise suivant la ligne 3-3, La figure 4 est une vue en coupe de l'alternateur de la figure 2 prise suivant la ligne 4-4, et La figure 5 est une vue simplifiée illustrant la circulation de l'agent de refroidissement à travers l'alternateur. En se référant à la figure 1, un alternateur de la présente invention est représenté généralement en 10. L'alternateur 10 comprend un boîtier intérieur 12 qui est conçu pour supporter des composants internes de l'alternateur 10. Un arbre de rotor 14 est supporté avec possibilité de rotation à l'intérieur du boîtier intérieur 12 par une paire d'éléments de paliers 16 et 18. Une poulie 20 est montée à une première extrémité de l'arbre 14 et elle est conçue pour accueillir une courroie d'entraînement (non représentée) afin de fournir un entraînement en rotation à l'arbre 14 de l'alternateur 10. Une paire de bagues collectrices 22 et 24 sont montées sur une seconde extrémité de l'arbre 14 et sont conçues pour recevoir des balais 26 à l'intérieur de l'alternateur 10. Un ensemble de rotor 28 est monté à l'intérieur du boîtier intérieur 12. L'ensemble de rotor 28 comprend des première et seconde pièces polaires 30 et 32 montées sur l'arbre 14. Un enroulement d'excitation 34 est monté entre les première et seconde pièces polaires 30 et 32. Un ensemble de stator 36 est monté fixement à l'intérieur du boîtier intérieur 12 dans une mise en prise fonctionnelle avec l'ensemble de rotor 28. Un boîtier extérieur 38 est monté au-dessus du boîtier intérieur 12 et un joint torique 40 est positionné entre le boîtier intérieur 12 et le boîtier extérieur 38, créant ainsi une chambre de circulation scellée 42. La chambre de circulation 42 comprend un premier collecteur 44, une enveloppe axiale 46 et un second collecteur 48. L'enveloppe axiale 46 est positionnée entre les premier et second collecteurs 44,48 et s'interconnecte avec ceux-ci, permettant une communication de fluide entre ceux-ci. Le premier collecteur 44 est une cavité en forme de disque s'étendant diamétralement en travers de l'alternateur 10 qui est adjacente à une extrémité arrière 50 de l'alternateur 10. Le premier collecteur 44 est défini par une première partie en forme de disque 52 du boîtier intérieur 12 positionnée à une certaine distance d'une seconde partie en forme de disque 54 du boîtier intérieur 12 et par le diamètre intérieur 56 du boîtier extérieur 38. L'enveloppe axiale 46 s'étend annulairement autour de la périphérie entière de l'alternateur 10 et elle est définie par le diamètre interne cylindrique 56 du boîtier extérieur 38 et par un diamètre extérieur cylindrique 58 du boîtier intérieur 12. L'enveloppe axiale 46 forme une enveloppe annulaire qui s'étend sur 360 degrés autour de l'alternateur 10. Le second collecteur 48 est une cavité en forme de disque s'étendant diamétralement en travers de l'alternateur 10 qui est adjacente à une extrémité avant 60 de l'alternateur 10. Le second collecteur 48 est défini par une troisième partie en forme de disque 62 du boîtier intérieur 12 positionnée à une certaine distance d'une partie avant en forme de disque 64 du boîtier extérieur 38. Un orifice d'entrée 66 s'étend depuis le premier collecteur 44 et il est conçu pour être relié à une source d'agent de refroidissement et pour permettre à l'agent de refroidissement de pénétrer dans le premier collecteur 44. Un orifice de sortie 68 s'étend depuis le second collecteur 48 et il est conçu pour permettre au liquide de refroidissement de sortir de la chambre de circulation 42. De préférence, l'orifice d'entrée 66 et l'orifice de sortie 68 sont adaptés pour être reliés au système de refroidissement d'une automobile. La conception de la présente invention permet à l'alternateur 10 d'être suffisamment compact pour être placé en amont de la partie centrale d'un dispositif de chauffage de sorte que la chaleur absorbée par l'agent de refroidissement s'écoulant à travers l'alternateur 10 est ensuite utilisées dans la partie centrale du dispositif de chauffage afin de fournir de l'air chaud à l'intérieur du véhicule. De plus, la conception de la présente invention permet à l'orifice d'entrée 66 et à l'orifice de sortie 68 d'être commutés. Le refroidissement de l'alternateur 10 est aussi efficace lorsque l'écoulement de l'agent de refroidissement est inversé. En se référant à la figure 2, un second mode de réalisation préféré de l'alternateur de la présente invention est représenté généralement en 70. Les éléments qui sont similaires à ceux représentés dans le premier mode de réalisation préféré de la figure 1 sont désignés par les mêmes références numériques. L'alternateur 70 du second mode de réalisation préféré comprend un premier passage 72 positionné entre le premier collecteur 44 et l'enveloppe axiale 46 et un second passage 74 positionné entre l'enveloppe axiale 46 et le troisième collecteur 48. Les premier et second passages 72,74 dirigent l'écoulement de l'agent de refroidissement à travers l'alternateur 70 pour un refroidissement plus efficace de l'alternateur 70. En se référant à la figure 3, le premier passage 72 est défini par une encoche incurvée formée à l'intérieur de la première partie en forme de disque 52 du boîtier intérieur 12. De préférence, le premier passage 72 est situé diamétralement en travers de l'orifice d'entrée 66 de sorte que l'agent de refroidissement s'écoulant dans le premier collecteur 44 depuis l'orifice d'entrée 66 doit s'écouler diamétralement en travers de l'alternateur 70 pour atteindre le premier passage 72. Après l'écoulement en travers de l'alternateur 70, l'agent de refroidissement changera ensuite de direction, s'écoulant axialement par le premier passage 72 dans l'enveloppe axiale 46. En se référant à la figure 4, le second passage 74 est défini par une encoche incurvée formée à l'intérieur de la troisième partie en forme de disque 62 du boîtier intérieur 12. De préférence, le second passage 74 est situé diamétralement en travers du premier passage 72 de sorte que l'agent de refroidissement s'écoulant dans l'enveloppe axiale 46 par le premier passage 72 doit s'écouler annulairement autour de l'alternateur 70 afin d'atteindre le second passage 74. L'agent de refroidissement s'écoulant dans l'enveloppe axiale 46 se sépare également et reflue tangentiellement vers le second passage 74 du côté opposé autour des deux côtés de l'alternateur 70. Après un écoulement autour de l'alternateur 70, l'agent de refroidissement changera ensuite de direction, s'écoulant axialement par le second passage 74 et dans le second collecteur 48. L'orifice de sortie 68 est de préférence situé diamétralement à l'opposé du second passage de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans le second collecteur 48 doit circuler diamétralement en travers de l'alternateur 70 pour atteindre l'orifice de sortie 68. En se référant à la figure 5, une vue simplifiée de l'alternateur 70 représente la manière dont l'agent de refroidissement circule à travers celui-ci. L'agent de refroidissement pénètre dans le premier collecteur 44 par l'orifice d'entrée 68 et s'écoule diamétralement en travers de l'alternateur 70 comme indiqué par les flèches 76. L'agent de refroidissement change ensuite de direction et s'écoule axialement par le premier passage 72 dans l'enveloppe axiale 46 comme représenté par la flèche 78. L'agent de refroidissement circule de façon annulaire autour de l'alternateur 70 comme indiqué par les flèches 80. L'agent de refroidissement change ensuite de direction et s'écoule axialement par le second passage 74 dans le second collecteur 48 comme indiqué par les flèches 82. Finalement, l'agent de refroidissement circule diamétralement en travers de l'alternateur 70 par le second collecteur 48 comme indiqué par les flèches 84 et sort par l'orifice de sortie 68. Bien que la description ci-dessus constitue diamétralement les modes de réalisation préférés de la présente invention, on se rendra compte que l'invention est susceptible de connaître une modification, une variation et un changement. REVENDICATIONS 1. Alternateur (10,70) caractérisé en ce qu'il comprend : un boîtier intérieur (12), et un boîtier extérieur (38) monté au-dessus dudit ou par-dessus ledit boîtier intérieur (12), ledit boîtier intérieur (12) et ledit boîtier extérieur (38) définissant une chambre de circulation (42) comprenant un premier collecteur en forme de disque (44) s'étendant diamétralement en travers dudit alternateur (10), une enveloppe axiale (46) s'étendant annulairement autour dudit alternateur (10), et un second collecteur en forme de disque (48) s'étendant diamétralement en travers dudit alternateur (10). 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier collecteur est défini par l'opposition de première et seconde parties en forme de disque (52,54) dudit boîtier intérieur, de sorte que ledit premier collecteur est une cavité en forme de disque s'étendant diamétralement en travers dudit alternateur et qui est adjacente à une extrémité arrière (50) dudit alternateur, ladite enveloppe axiale est définie par un diamètre intérieur (56) dudit boîtier extérieur et par un diamètre extérieur (58) dudit boîtier intérieur, de sorte que ladite enveloppe axiale forme une enveloppe annulaire s'étendant pratiquement autour dudit alternateur, et ledit second collecteur est défini par une troisième partie en forme de disque (62) dudit boîtier intérieur et par une partie avant en forme de disque dudit boîtier extérieur, de sorte que ledit second collecteur est une cavité en forme de disque s'étendant diamétralement en travers dudit alternateur qui est adjacente à une extrémité avant (60) dudit alternateur. 3. Alternateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite enveloppe axiale (46) est disposée entre ledit premier collecteur et ledit second collecteur et relie mutuellement ceux-ci, ledit premier collecteur, ladite enveloppe axiale et ledit second collecteur étant en communication de fluide ou fluidique les uns avec les autres. 4. Alternateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un orifice d'entrée (66) s'étendant depuis ledit premier collecteur conçu pour permettre à l'agent de refroidissement de pénétrer dans ledit premier collecteur, et un orifice de sortie (68) s'étendant depuis ledit second collecteur et conçu pour permettre à l'agent de refroidissement de sortir de ladite chambre de circulation. 5. Alternateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit orifice d'entrée et ledit orifice de sortie sont conçus pour être reliés à un système de refroidissement d'une automobile de sorte que l'agent de refroidissement du moteur est amené à circuler à travers ledit alternateur. 6. Alternateur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une encoche incurvée formée à l'intérieur de ladite première partie en forme de disque dudit boîtier intérieur définissant un premier passage (72) reliant mutuellement ledit premier collecteur et ladite enveloppe axiale et une encoche incurvée formée à l'intérieur de ladite troisième partie en forme de disque dudit boîtier intérieur définissant un second passage (74) reliant mutuellement ladite enveloppe axiale et ledit second collecteur. 7. Alternateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit premier passage est situé diamétralement à l'opposé dudit orifice d'entrée de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans ledit premier collecteur doit circuler diamétralement en travers dudit alternateur pour atteindre ledit premier passage. 8. Alternateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit second passage est situé diamétralement à l'opposé dudit premier passage, de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans ladite enveloppe axiale par ledit premier passage doit circuler annulairement autour dudit alternateur pour atteindre ledit second passage. 9. Alternateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit orifice de sortie est situé diamétralement à l'opposé dudit second passage, de sorte que l'agent de refroidissement pénétrant dans ledit second collecteur par ledit second passage doit circuler diamétralement en travers dudit alternateur pour atteindre ledit orifice de sortie. 10. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre : un arbre (14) supporté avec possibilité de rotation à l'intérieur dudit boîtier intérieur par une paire d'éléments de paliers (16,18), comportant une poulie (20) montée à une première extrémité et une paire de bagues collectrices (22,24) montées à une seconde extrémité, un ensemble de rotor (28) comprenant des première et seconde pièces polaires (30, 32) montées sur ledit arbre, un enroulement d'excitation (34) étant monté entre lesdites première et seconde pièces polaires, un ensemble de stator (36) monté fixement à l'intérieur dudit boîtier intérieur dans une mise en prise fonctionnelle avec ledit ensemble de rotor.