Brevet FR2844647A1 — publié le 20040319

ALTERNATEUR AUTOMOBILE COMPORTANT UN CARTER PERMETTANT DE REDUIRE LE BRUIT DU VENTILATEUR La présente invention concerne un alternateur destiné à être utilisé dans un véhicule automobile et comportant un ventilateur. Un alternateur est en général installé dans un véhicule automobile. Le courant alternatif généré dans 10 l'alternateur à la suite d'une rotation d'un rotor est redressé en courant continu, et la batterie embarquée est chargée avec le courant continu redressé. Des ventilateurs sont montés au niveau des extrémités axiales du rotor, afin de refroidir les bobines du stator. A la suite d'une 15 rotation du ventilateur, de l'air extérieur est aspiré dans l'alternateur par des orifices d'entrée, formés sur une paroi d'extrémité axiale d'un carter, et l'air de refroidissement s'échappe par des orifices de sortie formés sur une paroi extérieure radiale du carter. En d'autres 20 termes, l'air extérieur introduit en direction axiale refroidit la bobine du stator et s'échappe dans la direction radiale du carter. Le bruit de l'écoulement de l'air apparaît à proximité des orifices de sortie, car c'est à cet endroit qu'est 25 perturbé l'écoulement de l'air de refroidissement. L'écoulement de l'air de refroidissement est également perturbé à proximité des orifices d'entrée, o se trouvent les membrures et les rayons du carter. Ainsi, le bruit de l'écoulement de l'air apparaît également à proximité des 30 orifices d'entrée. Différentes méthodes ont été proposées jusqu'à présent, afin de réduire le bruit de l'écoulement de l'air à proximité des orifices de sortie. Des telles propositions comprennent la modification des pales du ventilateur l'amélioration de la forme d'une extrémité de bobine de la bobine du stator; et la modification de la forme des orifices de sortie. L'utilisation de l'une ou de plusieurs 5 de ces propositions a permis de supprimer les perturbations de l'écoulement de l'air à proximité des orifices de sortie et de réduire le bruit de l'écoulement de l'air dans la zone des orifices de sortie. D'autre part, pour réduire le bruit de l'écoulement de 10 l'air apparaissant dans la zone des orifices d'entrée, le document WO-00/16467 propose d'incliner les membrures du carter dans la direction opposée au sens de rotation du rotor, par rapport à la direction radiale. Le document propose alors de définir l'angle d'inclinaison au sein 15 d'une plage comprise entre 25 et 35 degrés. Toutefois, on a pu observer que l'inclinaison des membrures ne permet pas de réduire suffisamment le bruit de l'écoulement de l'air. Cela est d à la taille des membrures formées sur la paroi d'extrémité axiale du carter, car ces membrures ne sont pas 20 assez larges à la fois dans la direction axiale et dans le sens de rotation du rotor. Les membrures sont uniquement destinées à empêcher des particules étrangères telles que de petits cailloux ou analogues de pénétrer dans le carter par les orifices d'entrée. C'est pourquoi les membrures ont 25 une taille inférieure à celles des rayons, qui permettent quant à eux de fixer une cage de roulement à une partie cylindrique du carter. La présente invention a été développée afin de 30 remédier au problème mentionné ci-dessus; le but de la présente invention est de créer un alternateur amélioré, dans lequel le bruit de l'écoulement de l'air de refroidissement apparaissant à proximité des orifices d'entrée est suffisamment réduit. L'alternateur destiné à être utilisé dans un véhicule automobile comprend un carter, un stator logé de façon fixe dans le carter et un rotor placé dans le carter de façon à 5 pouvoir tourner. Un ventilateur est relié à une surface d'extrémité axiale du rotor. Lorsqu'un moteur fait tourner le rotor, du courant alternatif est généré dans les bobines du stator, disposées dans le stator. Le courant alternatif généré est redressé en courant continu grâce à un 10 redresseur monté sur l'alternateur. Le courant continu alimente une batterie embarquée afin de la charger. Plusieurs rayons sont formés en tant qu'éléments de structure sur une paroi d'extrémité axiale du carter. Entre chaque paire de rayons voisins se trouvent des orifices 15 d'entrée, qui permettent l'introduction de l'air de refroidissement. Des membrures sont également formées dans chaque orifice d'entrée, afin d'empêcher des particules étrangères telles que de petits cailloux de pénétrer dans le carter. En comparaison avec les rayons, qui font office 20 d'éléments de structure, les membrures sont bien plus petites, à la fois en termes de largeur dans le sens de rotation du rotor et en termes de longueur axiale. Lorsque le ventilateur tourne conjointement avec le rotor, de l'air' de refroidissement est introduit par les 25 orifices d'entrée et les bobines du stator disposées dans le stator ainsi qu'une bobine du rotor enroulée sur le rotor sont refroidies. Afin de réduire le bruit de l'écoulement de l'air apparaissant à proximité des orifices d'entrée, les rayons sont inclinés dans une direction 30 opposée au sens de rotation du rotor, par rapport à des lignes radiales s'étendant à partir du centre de rotation du rotor. L'angle d'inclinaison est de préférence défini au sein d'une plage comprise entre 100 et 450, et plus préférablement au sein d'une plage comprise entre 100 et 25 . Il est possible d'incliner uniquement certains des rayons plutôt que d'incliner tous les rayons. Les deux 5 côtés de chaque rayon peuvent être inclinés, mais il est également possible de n'incliner qu'un seul côté de chaque rayon, ce côté étant alors situé en aval du sens de rotation du rotor. Conformément à la présente invention, le bruit de 10 l'écoulement de l'air apparaissant à proximité des orifices d'entrée est considérablement réduit. On pourra facilement reconnaître d'autres objets et caractéristiques de la présente invention grâce à une meilleure compréhension du mode de réalisation préféré décrit dans ce qui suit, en 15 référence aux dessins annexés. la figure 1 est une vue en plan d'un alternateur conforme à la présente invention, observée à partir d'un côté avant de l'alternateur; la figure 2 est une coupe transversale de l'alternateur de la figure 1; la figure 3 vue est une schématique de la longueur des rayons et des membrures, formés sur une paroi d'extrémité axiale d'un carter avant; la figure 4 est un graphique illustrant les niveaux sonores de l'écoulement de l'air sous la forme d'une valeur générale et d'une valeur d'enveloppe, les niveaux sonores d'un mode de réalisation de la présente invention étant comparés à ceux d'un alternateur traditionnel; la figure 5 est un graphique illustrant l'importance de la réduction du bruit de l'écoulement de l'air dans des alternateurs dont les rayons ont différents angles d'inclinaison; la figure 6 est une vue en plan d'un alternateur comportant un carter avant, dans lequel certains des rayons sont inclinés, observée à partir d'un côté avant de l'alternateur; et la figure 7 est une vue en plan d'un alternateur comportant un carter avant dans lequel seul un côté des rayons est incliné, observée à partir d'un côté avant de l'alternateur. Un mode de réalisation préféré de la présente invention est décrit en référence aux figures 1 et 2. Un alternateur 1 destiné à être utilisé dans un véhicule automobile comprend un rotor 2, un stator 3, un carter avant 4, un carter arrière 5, un système de balais 6, un 15 redresseur 7, un régulateur de tension 8 ainsi que d'autres composants associés. Le rotor 2 se compose de deux noyaux de rotor 22, 23 reliés de façon fixe à un arbre de rotor 24, ainsi que d'une bobine de champ 21 enroulée autour d'un bossage 20 central formé par la juxtaposition des deux noyaux de rotor 22, 23. Chaque noyau de rotor 22, 23 comporte six griffes formant les pôles magnétiques. Un ventilateur 25 est fixé par soudage ou procédé analogue à une surface d'extrémité axiale avant du noyau de rotor 22. Le ventilateur 25 est un 25 ventilateur de type hélicoide ou une combinaison d'un ventilateur de type hélicode et d'un ventilateur centrifuge. L'air de refroidissement est introduit dans l'alternateur 1 par le côté avant de celui-ci et s'échappe en direction radiale. De la même façon, un autre 30 ventilateur 26 est fixé par soudage ou procédé analogue à une surface d'extrémité axiale arrière du noyau de rotor 23. Le ventilateur 26 est un ventilateur centrifuge qui introduit l'air de refroidissement en direction axiale et le repousse en direction radiale. Deux bagues collectrices 27, 28 sont fixées sur la partie d'extrémité arrière de l'arbre de rotor 24. Deux balais 61, 62, maintenus dans un système de balais 6, sont 5 en contact avec les deux bagues collectrices de façon à pouvoir glisser, afin de fournir le courant d'excitation à la bobine de champ 21 à partir d'un redresseur 7. Le stator 3 se compose d'un noyau de stator 31 cylindrique et de bobines de stator 32 triphasées enroulées dans des rainures 10 formées dans le noyau du stator 31. Le redresseur 7 se compose d'une plaque de dissipateur thermique portant les éléments de redresseur positifs et d'une autre plaque de dissipateur thermique portant les éléments de redresseur négatifs. Les éléments de redresseur sont connectés 15 électriquement et mécaniquement aux plaques de redresseur thermique respectives par soudage ou procédé analogue. Le courant alternatif généré dans le stator 3 est redressé en courant continu par le redresseur 7. Un carter d'alternateur se compose d'un carter avant 4 20 et du carter arrière 5, fixés l'un à l'autre par quatre boulons traversants 34 insérés dans des parties de support 420 respectives formées sur la périphérie extérieure des carters 4, 5 et placées à même distance les unes des autres. Le stator 3 est maintenu de façon fixe entre le 25 carter avant 4 et le carter arrière 5. Le rotor 2 est disposé dans un perçage interne du stator 3, un petit entrefer étant présent entre ces deux éléments. Le rotor 2 est soutenu de façon à pouvoir tourner par un roulement 36 situé dans le carter avant 4 et par un autre roulement 30 situé dans le carter arrière 5. Le régulateur de tension 8 contrôle la quantité de courant fournie à la bobine de champ 21; ainsi, la tension de sortie de l'alternateur est maintenue à un niveau prédéterminé. La poulie 9 est reliée de façon fixe à une extrémité avant de l'arbre de rotor 24 à l'aide d'un écrou 91. Un moteur (non représenté) fait tourner le rotor 2 par le biais d'une courroie reliant la poulie 9 au moteur. Un 5 capot arrière 92 est disposé au niveau du côté arrière de l'alternateur 1, afin de recouvrir le système de balais 6, le redresseur 7 et le régulateur de tension 8. Un champ magnétique est généré dans le rotor 2 lorsqu'un courant d'excitation est fourni à la bobine de 10 champ 2, pendant que le moteur fait tourner le rotor 2. Le rotor 2 tourne dans le sens illustré dans la figure 1 (dans le sens des aiguilles d'une montre, vu du côté avant de l'alternateur 1). Un courant alternatif triphasé est généré dans les bobines du stator 32 et le courant alternatif 15 généré est redressé en courant continu par le redresseur 7. Le courant continu alimente la batterie embarquée afin de la charger. Le ventilateur 25 fixé à la surface d'extrémité avant du noyau de rotor 22 tourne conjointement avec le rotor 2, 20 dans le même sens que le rotor 2. En fonction de la rotation du ventilateur 25, de l'air de refroidissement est introduit dans l'alternateur 1 par les orifices d'entrée 440 formés sur la paroi d'extrémité axiale 45 du carter avant 4. La bobine de champ 21 est refroidie par une 25 composante axiale de l'écoulement de l'air de refroidissement, et une extrémité de bobine avant des bobines du stator 32 est refroidie par une composante radiale de l'écoulement de l'air de refroidissement. De même, l'autre ventilateur 26 fixé à la surface 30 d'extrémité arrière du noyau de rotor 23 tourne également conjointement avec le rotor 2. En fonction de la rotation du ventilateur 26, de l'air de refroidissement est introduit dans l'alternateur 1 et est poussé vers le redresseur 7 et le régulateur de tension 8, puis vers une extrémité de bobine arrière des bobines de stator 32. L'air de refroidissement s'échappe ensuite du carter arrière 5 en direction radiale. Ainsi, le redresseur, 7, le régulateur 5 de tension 8 et l'extrémité de bobine arrière sont refroidis. Le carter avant 4 est à présent décrit en détail, en référence aux figures 1 et 2. Le carter avant 4 est pour l'essentiel configuré en forme de coupe et comprend une 10 paroi d'extrémité axiale 45 ainsi qu'une partie cylindrique fixée à la paroi d'extrémité axiale 45. Une cage de roulement 400 contenant le roulement 36 est située au niveau de la partie centrale de la paroi d'extrémité axiale 45 et est soutenue par quatre rayons 430 s'étendant chacun 15 à partir de la cage de roulement 400 vers la partie cylindrique du carter avant 4. Des supports de montage 410, 412 permettant de monter l'alternateur 1 sur un bloc moteur, sont placés de façon à s'étendre en amont et en aval à partir du carter avant 4. Quatre parties de support 20 420, dans lesquelles sont insérés les quatre boulons traversants 34 permettant fixer le carter avant 4 au carter arrière 5, sont formées au niveau des parties inférieures des supports de montage 410, 412, à égale distance les unes des autres. Une ouverture permettant d'introduire l'air de refroidissement dans le carter avant 4 est formée entre chaque paire de rayons voisins, cette ouverture étant divisée en plusieurs orifices d'entrée 440 par des membrures 432 formées dans l'ouverture. Les membrures 432 30 s'étendent pour l'essentiel en, direction radiale. Les rayons 430 sont configurés de façon à posséder une force mécanique suffisante pour supporter la cage de roulement 400 qui à sont tour supporte le rotor 2. D'autre part, les membrures 432 sont conçues pour posséder une force mécanique bien plus faible, car elles sont utilisées uniquement pour empêcher des particules étrangères telles que de petits cailloux de pénétrer dans l'alternateur. La figure 3 montre une vue en coupe des rayons 430 et des membrures 432, dans une vue éclatée dans le sens de rotation du rotor 2. Comme le montre la figure 3, la hauteur du rayon 430 en direction axiale est supérieure à la hauteur de la membrure 432 et la largeur du rayon 430 10 dans le sens de rotation est supérieure à la largeur de la membrure 432. Pour réduire le bruit de l'écoulement de l'air à proximité des orifices d'entrée 440, chaque rayon 430 est incliné dans une direction opposée au sens de rotation du rotor 2, par rapport à la ligne radiale 15 s'étendant à partir du centre de rotation du rotor 2, comme le montre la figure 1. L'angle d'inclinaison aE est défini au sein d'une plage comprise entre 100 et 450. La figure 4 montre les niveaux sonores de l'écoulement de l'air en dB-A, pour différentes vitesses de rotation 20 (tr/min). Dans le graphique sont illustrés un niveau sonore général et un niveau sonore d'enveloppe (niveau sonore enveloppant des composantes dans un ordre respectif). Une ligne en trait continu illustre le niveau sonore de l'alternateur 1 conforme à la présente invention et une 25 ligne en pointillés illustre le niveau sonore d'un alternateur traditionnel dans lequel les rayons ne sont pas inclinés (angle d'inclinaison a = 0). Le graphique illustre les résultats des mesures réelles. Il montre clairement que les niveaux sonores de l'écoulement de l'air sont meilleurs 30 dans l'alternateur conforme à la présente invention, à la fois pour le niveau général et pour le niveau d'enveloppe. En particulier, les niveaux sonores sont considérablement améliorés au sein d'une plage de vitesses de rotation comprise entre 5 000 tr/min et 12 000 tr/min. La figure 5 montre les résultats des tests permettant de mesurer l'importance de la réduction du niveau sonore dans des alternateurs présentant différents angles 5 d'inclinaison aE. L'importance de la réduction du niveau sonore, qui correspond à la différence entre le niveau sonore de l'alternateur conventionnel ne présentant aucun angle d'inclinaison et le niveau sonore de l'alternateur présentant des angles d'inclinaison respectifs de 10 , 200 10 ou 450, est illustrée sur l'axe des ordonnées. L'angle d'inclinaison aE est illustré sur l'axe des abscisses. La ligne en trait continu représente la valeur générale et la ligne en pointillés représente la valeur d'enveloppe. On peut ainsi confirmer que les niveaux sonores sont réduits 15 si l'on incline les rayons au sein d'une plage comprise entre 10 et 450. Plus particulièrement, le niveau sonore de la valeur générale est réduit de 3 (dB-A) tandis que celui de la valeur d'enveloppe est réduit de 2-4 (dB-A). Plus l'angle d'inclinaison cx augmente, plus la zone 20 d'ouverture des orifices d'entrée 440 diminue. C'est pourquoi l'angle d'inclinaison a doit être défini de manière préférée entre toutes au sein d'une plage comprise entre 100 et 250, afin d'obtenir la réduction du bruit souhaitée tout -en maintenant la zone d'ouverture des 25 orifices d'entrée 440 à un niveau suffisant. Conformément à la présente invention, les rayons 430, dont la hauteur et la largeur sont supérieures à celles des membrures 432, sont inclinés dans une direction opposée au sens de rotation du rotor, par rapport à la direction 30 radiale. En inclinant les rayons 430 de cette façon, la perturbation de l'écoulement de l'air de refroidissement générée à proximité des orifices d'entrée 440 est réduite à un niveau minimum. Il est ainsi possible de réduire le 1l niveau sonore de l'écoulement de l'air dans la zone des orifices d'entrée 440. Des expériences ont permis de prouver que l'on obtient une réduction considérable du niveau sonore en définissant l'angle d'inclinaison aE au sein d'une plage comprise entre 100 et 450. La présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit ci-dessus, mais peut être modifiée de diverses façons. Par exemple, comme le montre la figure 6, seuls certains des rayons 430 peuvent être inclinés, plutôt 10 que tous les rayons. Dans l'alternateur représenté à la figure 6, trois rayons 430 sont inclinés et un rayon n'est pas incliné. On peut de cette manière obtenir une réduction du niveau sonore dans une certaine mesure. Bien que les deux côtés de chaque rayon 430 soient inclinés dans le mode 15 de réalisation décrit ci-dessus, il est également possible de n'incliner qu'un seul côté du rayon, ce côté étant positionné en aval du sens de rotation du rotor 2. Le rayon 430A, dont un seul côté est incliné, est illustré à la figure 7. On peut également obtenir une réduction du bruit 20 de cette manière. Bien que la présente invention ait été illustrée et décrite en référence au mode de réalisation préféré précité, il est évident pour l'homme du métier que des modifications peuvent être effectuées dans la forme et le 25 détail, sans sortir de l'étendue de l'invention, telle qu'elle est définie dans les revendications jointes. REVENDICATIONS 1. Alternateur destiné à être utilisé dans un véhicule automobile, comprenant: un carter ayant pour l'essentiel une forme cylindrique et comportant une paroi d'extrémité axiale; un stator disposé de façon fixe dans le carter un rotor soutenu dans le stator de façon à pouvoir tourner, ledit rotor incluant un ventilateur fixé au niveau 10 de sa surface d'extrémité axiale, caractérisé en ce que: plusieurs rayons sont formés sur la paroi d'extrémité axiale du carter; des orifices d'entrée situés en face du ventilateur sont formés des deux côtés des rayons, de telle sorte que 15 l'air de refroidissement est introduit dans le carter par les orifices d'entrée en fonction de la rotation du ventilateur fixé au rotor; et les rayons sont inclinés dans une direction opposée au sens de rotation du rotor, par rapport à une ligne radiale 20 s'étendant à partir d'un centre de rotation du rotor. 2. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: les rayons sont inclinés selon un angle d'inclinaison 25 compris dans une plage de 100 à 450. 3. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: seul un côté des rayons, positionné en aval du sens de 30 rotation du rotor est incliné. 4. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'angle d'inclinaison est défini de façon à ne pas excéder 250. 5. Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que: seuls certains des nombreux rayons sont inclinés, tandis que les autres rayons ne sont pas inclinés.