Brevet FR2839214A1 — publié le 20031031

transmettre à une charge (14) l'électricité produite par ladite génératrice (3). GENERATEUR DE COURANT ALTERNATIF POUR VEHICULE La présente invention concerne un générateur de courant alternatif pour véhicule qui génère une puissance d'entraînement pour charges électriques montées sur le véhicule et une puissance de charge pour une batterie. Un générateur de courant alternatif pour véhicule est muni d'un rotor comprenant une paire de noyaux en fer de type Randell, ayant chacun plusieurs pôles à griffes et produit une puissance électrique en faisant tourner le rotor à grande vitesse. Récemment, en association avec une augmentation des charges électriques sur le véhicule, un besoin du marché, en faveur de l' augmentation de la puissance de sortie du générateur de courant alternatif pour véhicule, s'est fait intense. :: Le générateurprésenté par exemple dans le document JP-A-61-85045 est connu en tant que générateur de courant alternatif classique pour véhicule, qui renforce la puissance électrique de sortie. Dans le générateur de courant alternatif pour véhicule présenté en disposant des aimants permanents entre les pôles à griffes du rotor, les flux de fuite entre les pôles à griffes sont diminués, les flux actifs qui contribuent à la production d'énergie sont augmentés et la puissance de sortie du générateur de - courant alternatif pour véhicule est renforcée. Cependant, dans le générateur de courant alternatif classique pour véhicule, quand la charge électrique connectée en régime permanent est petite et que le rotor de celui-ci est amené en rotation à grande vitesse, une tension bien plus grande qutune tension de régulation cible est occasionnée en raison des flux de fuite qui proviennent des aimants permanents incorporés et une tension excessivement grande, supérieure à une tension nominale, est ainsi appliquée à des éléments tels que les charges électriques et à la batterie montées sur le véhicule, dont aucune mesure n'est prise. Un objet de la présente invention est de proposer un générateur de courant alternatif hautement fiable qui obtient une puissance de sortie élevée tout en supprimant la production de la surtension. Pour l'objet ci-dessus selon un aspect de la présente invention, des aimants, de densité de flux magnétique résiduel supérieure à 1,0 T et qui ont une polarité qui réduit les flux de fuite entre les pôles à griffes adjacents en direction circonférentielle du noyau en fer, sont disposés entre les pôles à griffes adjacents dans la direction circonférentielle du noyau en fer, de même qu'un entrefer entre un rotor et un stator, disposé de façon à faire face au rotor, est fixé à 0,55 0,66 mm. Selon la présente invention ainsi constituée de l' aspect ci-dessus, même si le rotor est amené en rotation à grande vitesse, quand la charge électrique connectée en régime permanent est petite, aucune tension bien supérieure à la tension de réqulation cible due aux flux de fuite émanant des aimants n'est occasionnée. Ainsi, aucune surtension excessive supérieure à la tension nominale n'est appliquée à des éléments tels que les charges électriques et la batterie montées sur le véhicule. Un mode de réalisation de la présente invention va être expliqué avec référence à la Fig. 1 à la Fig. 9. La Fig. 1 est une vue en coupe transvereale qui montre une structure complète d'un générateur de courant alternatif pour véhicule qui représente un mode de réalisation de la présente invention; la Fig. 2 est une vue en perspective qui montre la structure générale du rotor du générateur de courant alternatif pour véhicule de la Fig. 1; la Fig. 3 est. une vue en perspective qui montre un élément magnétique disposé dans le rotor du générateur de courant alternatif pour véhicule de la Fig. 2; la Fig. 4 est une vue en coupe tranaversale qui montre une structure interne du rotor du générateur de courant alternatif pour véhicule de la Fig. 2; la Fig. 5 est une vue en coupe transversale partielle qui montre une structure partielle du rotor du générateur de courant alternatif pour véhicule de la Fig. 2; la Fig. 6 est une vue en perepective qui montre une structure d'un noyau polaire dans le rotor du générateur de courant alternatif pour véhicule de la Fig. 2; la Fig. 7 est une vue de devant qui montre la structure de l'élément magnétique disposé dans le rotor du générateur de courant alternatif pour véhicule de la Fig. 3 la Fig. 8 est une vue en perepective d'une structure d'un aimant permanent enfermé dans l'élément magnétique disposé dans le rotor du générateur de courant alternatif pour véhicule de la Fig. 3 et la Fig. 9 est un diagramme caractéristique qui montre une relation entre l'entreter situé entre le stator et le rotor, la tension générée durant l' absence d'excitation et le courant de sortie dans le générateur de courant alternatif pour véhicule selon la présente invention. Le rotor du générateur de courant alternatif pour véhicule du présent mode de réalisation est amené en rotation en faisant tourner la force d'entralnement d'un moteur d' automobile à combustion interne, tout en recevant une alimentation en courant d' excitation et le stator de celuici génère une puissance en courant alternatif et, par l'intermédiaire d'un redressement de la puissance en courant alternatif générée par un redresseur, une puissance en courant continu (puissance d'entraînement pour charges électriques montées sur l'automobile et puissance de charge pour la batterie), est obtenue. En outre, dans le générateur de courant alternatif pour véhicule selon le présent mode de réalisation, de l'eau de refroidissement est mise en circulation à l'intérieur de la machine de facon à refroidir un corps producteur de chaleur, par exemple, le stator. En cela, le présent générateur de courant alternatif est ce que l'on appelle un générateur synchrone de type à refroidissement à eau, qui est quelques fois appelé un alternateur ou un générateur de charge pour : véhicule. En ce qui concerne l'eau de refroidissement, une partie de l'eau de refroidissement est utilisée pour refroidir le moteur de l 'automobile refroidie par un radiateur qui appartient au moteur et qui y est branché. Sur les dessins, 1 est une patte avant, 2 est une patte arrière. La patte avant 1 est un élément annulaire en aluminium et une unité de palier est maintenue sur le côté circonférentiel intérieur. La patte arrière 2 est un élément en forme de coupelle en aluminium et est constitué par une paroi circonférentielle de forme sensiblement cylindrique 2a et d'une paroi latérale 2b qui ferme le côté opposé de la paroi ciraonférentielle 2a depuis le côté de la patte avant 1. La partie centrale de la paroi latérale 2b, présente dans la patte arrière 2, fait saillie sur le côté opposé depuis la patte avant. Une autre unité de palier est maintenue sur le côté ciraonférentiel intérieur supérieur de la partie faisant saillie dans la paroi s latérale 2b. A l'intérieur de la paroi circonférentielle 2a, un passage d'eau de refroidissement 2c destiné à faire circuler l'eau de refroidissement est formé, dont la partie d'extrémité est ouverte vers la patte avant 1. La patte avant 1 ferme l'extrémité ouverte du passage d'eau de refroidissement 2c. Un stator 6 est maintenu dans le côté circonférentiel intérieur de la paroi circonférentielle 2a. Le stator 6 comporte un noyau de stator 19 et une bobine de stator 20. Le noyau de stator est un élément magnétique de forme cylindrique et plusieurs rainures sont formées le long du côté circonférentiel intérieur de celui-ci. La bobine de stator 20 est insérée dans les diverses rainures du noyau de stator 19. Eu égard à la bobine de stator 20, les bobines de phases respectives, qui constituent les trois phases: phase u, phase v et phase w, sont insércesdans les rainures correspondantes et y sont connectées et une puissance en courant alternatif est générce par l'intermédiaire de la variation de flux magnétique causée dans une bobine de rotor 13, en association avec la rotation du rotor 5. Le rotor de type Randell 5, qui est disposé à l'opposé du stator 6 par l'intermédiaire de l'entrefer, est disposé à rotation sur le côté ciraonférentiel intérieur du stator 6. L'entrefer, situé entre le stator 6 et le rotor 5, plus spécifiquement, l'entrefer situé entre la surface circonférentielle intérieure du noyau de stator 19 et la surface circonférentielle extérieure des pôles à griffes 14a, 15a dans les noyaux polaires 14, 15, est fixé à 0,55 0,66 mm. Le rotor 5 comporte les noyaux polaires 14, 15, faits en fer. Plusieurs pôles à griffes 14a sont formés dans la G direction circonférentielle dans le noyau polaire 14. Plusieurs pôles à griffes 15a sont formés dans la direction circonférentielle dans le noyau polaire 15. Les noyaux polaires 14, 15, s'opposent mutuellement dans la direction axiale de l'axe de rotation de sorte que les pôles à griffes 14a, 15a, sont disposés tour à tour dans la direction circonférentielle et fixés sur l'arbre 4. Une bobine de rotor 13, enroulée sur un dévidoir et affectée d'un traitement d' isolation, est fournie sur la 1 0 part ie opposée à la face circonférent iel le intérieure des pôles à griffes 14a, 15. Des corps magnétiques 16 sont disposés de façon à recouvrir la bobine de rotor 13 entre les pôles à griffes adjacents 14a, 15a, dans la direction circonférentielle. Le corps magnétique 16 est un corps résineux moulé dans lequel l'intégralité de la surface de l'aimant permanent 17 est recouverte par une résine et est constituée par une partie de retenue 21 et une partie magnétique 23. La partie de retenue 21 est une partie en résine moulée cylindrique qui présente de l'élasticité, ce qui permet un déplacement dans la direction radiale et comporte un étage qui vient en contact sur un étage formé sur le côté arrière des pôles à griffes 14a, 15a. Les parties magnétiques 23 sont des parties résineuses moulées disposses en zigzag: sur la circonférence de la partie de retenue 21 et chacune est constituée par un aimant permanent rectangulaire 17 et une partie de recouvrement 18 qui recouvre l'intégralité de la surface de l'aimant permanent 17 et est disposé entre les faces latérales des pôles à griffes adjacents 14a, 15a dans la direction circonférentielle. Dans les présentes, l'agencement en zigzag des parties aimantées 23, présentes sur la ciconf6rence de la parLie de reLeue 21, ipligue de dispoGer les parLies magnAtiques 23 sur la cicofArece de la partie de reLenue 21, les parLies magn@Liques 23 av iaciconfrence de la>et e i1, taon Lracer une voie en igzag. n d'auLres termes, la formule implique de disposer les parties magn{Liques 23 Gur la cicont6rence de la partie de retenue 21 de fagon ce que les parties magnAtiques adjacenLes 23 soient disposes sur la ciconfrence de la reLenue 21, de fagon tracer une forme en V. [es aimants permanents 17 sonL constitus par un matriau de la srie des terres rares, Lel que le cobalt, le nodyme et le bore et parmi lesquels la densit magnALique r6siduelle esL sAlectionnde come {tanL sup6rieure 4 1,0 T. F ou# les aimants permanenLs 17. Le corps magn6Liue 16 eGt formA par moulage par injection d'une rsine de la srie des polamideG dans un moule m4Lallique oD 1'aimanL permanent 17 est dispos6. La partie de retenue 21 et les parties d'aimant 23 sont ainsi formées d'un seul tenant. L'artre 4 s'étend dans la direction axiale de l'axe central de la paroi circonférentiele 2a. Une extrémité de l'artre 4 est supportée à rotation par l'unité de palier maintenue dans la patte avant 1. L'autre extrémité de l'artre 4 est supportée à rotation par l'unité de palier maintenue dans la paroi latérale 2a. Une extrémité de l'artre 4 s'étend vers l'extérieur de la patte avant 1. Le dessus de l'extrémité de l'arbre 4 est fixé sur une poulie 3. La poulie 3 est couplée mécaniquement à une autre poulie disposée sur un vilebrequin d'un moteur d'automobile par l'intermédiaire d'une chaîne ou d'une courroie d'un moyen de transmission de force d'entraînement et recoit la force d'entraînement de rotation de la part du moteur. Une bague gIissante 7 est fixée à liautre extrémité de l'arbre 4, sur une partie du côté opposé de la patte avant 1, par rapport à la paroi latérale 2b. La bague glissante 7 est un élément annulaire conducteur et est relié électriquement à la bobine de rotor 13. Des balais 8 sont mis en contact de manière coulissante sur la bague glissante 7. Un courant inducteur est fourni à la bague glissante 7 par l'intermédiaire des balais 8. Les balais sont maintenus par des porte-balais 9 fixés à la paroi latérale 2a sur le côté opposé de la patte avant 1. Un ressort, qui représente un corps élastique, est disposé à l'intérieur du porte-balais 9. Le ressort comprime les balais 8 et amène les balais à venir en contact de manière coulissante sur la bague glissante 7. Un redresseur 10, qui est relié électriquement à la bobine de stator 20 et redresse la tension, générée en courant alternatif, en tension en courant continue, est fixé sur la paroi latérale 2b du côté opposé à la patte avant 1. Un dissipateur de chaleur 11 est fixé sur le porte-balais 9. Un réqulateur 12, qui réqule l'ampleur de la tension en courant alternatif générée:par labobine de stator 20, est fixé sur le dissipateur de chaleur 11. Le côté opposé de la paroi latérale 2b de la patte avant 1, o le redresseur 10, le réqulateur 12 et le porte-balais 9 sont fixés, est recouvert par un recouvrement 22. Dans le générateur de courant alternatif pour véhicule ainsi constitué, du courant est fourni à la bobine de rotor 13 par la batterie par l'intermédiaire des balais 8 et de la bague glissante 7. Les flux magnétiques sont ainsi générés et le pôle à griffe 14a du noyau polaire 14 est aimanté dans le pôle N et le pôle à griffe 15a du noyau polaire 15 est aimanté dans le pôle S. respectivement. : D'autre part, quand la poulie 3 est entranée par le. moteur d' automobile à combustion interne pour faire tourner l'arbre 4 et le rotor 5, un champ magnétique tournant est appliqué à la bobine de stator 20. Un effort électromoteur en courant alternatif est ainsi induit dans la bobine de stator 20. L'effort électromoteur en courant alternatif est induit dans la bobine de stator 20. L'effort électromoteur en courant alternatif est redressé en courant continu par l'intermédiaire du redresseur 10, de même que l'ampleur de celui-ci est réqulée par le réqulateur 12 pour charger la batterie ou aux fins de fourniture aux charges électriques montées sur l'automobile. Un procédé de fixation du corps magnétique 16 sur le rotor 5 va maintenant être expliqué. La fixation du corps magnétique 16 dans le rotor 5 est effectuée à condition que la bobine de rotor 13 soit logée dans la partie de support du rotor 5 à l'avance, d'une manière telle que les pôles à griffes 14a, 15a, y soient poussés des deux côtés le long de la direction axiale de l'axe central du corps magnétique 16, de façon à saisir les parties magnétiques disposées en zigzag sur la circonférence. Dans cet exemple, puisque les parties de recouvrement 18, qui ont une épaisseur \, sont formées entre les pôles à griffes adjacents 14a, 15a, dans la direction circonférentielle et les aimants permanents 17, une détérioration éventuelle des aimants permanents 17 est empêchée quand les pôles à griffes 14a, 15a, y sont poussés et que ceux-ci heurtent les aimants permanents 17. Une force centrifuge agit sur les pôles à griffes 14a, a et les aimants permanents 17 en association avec la rotation du rotor 5. Cependant, puisque les aimants permanents 17 sont essentiellement maintenus par la partie de retenue cylindrique 21, une détérioration éventuelle des aimants permanents 17, due à la force centrifuge, peut être empêchée. En outre, lors de l 'assemblage du rotor 5, la partie de recouvrement 18 est poussce à l'intérieur par les pôles à griffes 14a, 15a et la partie de retenue 21 se déplace logèrement dans la direction radialement vers l'intérieur. Cependant, durant la rotation du rotor 5, puisque la partie de retenue 21 se déplace dans la direction radialement vers l'extérieur en raison de la force centrifuge, une contrainte résiduelle, occasionnée dans la partie de recouvrement 18 durant l'assemblage du rotor 5, est réduite. Une relation entre l'entrefer 8, présent entre le stator et le rotor dans le générateur de courant alternatif pour véhicule selon le présent mode de réalisation, la tension générée avec absence d'excitation et le courant de sortie va maintenant être décrite. La Fig. 9 montre un diagramme caractéristique de la tension mesurée générée en l' absence d'excitation et courant de sortie en ordonnce en utilisant un paramètre d'entrefer ou un entrefer entre le : rotor 5 et le stator 6 en abscisse à condition qu'en utilisant les aimants permanents 17, qui ont une densité de flux magnétique résiduel supérieure à 1,0 T. le rotor soit amené en rotation à 5000 t/min. Comme on le voit d'après la Fig. 9, un point de variation de pente descendante, dans la tension générée en l' absence d'excitation, est observé à = 0,55 - 0,65 mm et quand on dépasse le point de variation, la baisse de la tension, générée en l' absence d'excitation, est rapidement réduite. En outre, sur la Fig. 9, bien que des données, mesurées à condition que le rotor 5 soit amené en rotation à 5000 t/min, soient représentées, les présents inventeurs ont mesuré les mêmes données tout en faisant varier le. nombre de tours. En résultat de 1'autre mesure, bien que les valeurs des tensions, générées en l' absence d' excitation, varient proportionnellement au nombre de tours, la position du point d'inflexion demeure sensiblement inchangée. Selon l 'observation ci-dessus, les présents inventeurs ont conclu que, tout en utilisant les aimants permanents 17 qui ont une densité de flux magnétique résiduel de plus d'1,0 T. quand l'entrefer présent entre le rotor 5 et le stator 6 dans le générateur de courant alternatif pour véhicule est conçu pour être fixé à 0,55 - 0,65 mm, la tension générée en l' absence d' excitation peut être conservée dans une plage correcte et aucune surtension excessive supérieure à la tension nominale des charges électriques et de la batterie montées sur le véhicule n'est appliquée, même si la tension du générateur de courant alternatif pour véhicule est introduite. Selon le présent mode de réalisation, comme il a été expliqué jusqu'ici, puisque les aimants permanents 17, qui ont une densité de flux magnétique résiduel supérieure à 1,0 T. sont utilisés et que l'entrefer 8, présent entre le rotor 5 et le stator 6, est fixé à 0,55 0,65 mm, même quand les charges électriques reliées en régime permanent sont petites et que le rotor 5 est amené en rotation à grande vitesse, aucune surtension, qui excède la tension de réqulation cible due au flux de fuite provenant des aimants permanents 17, n'est induite et aucune surtension supérieure à la tension nominale n'est appliquée aux charges électriques et à la batterie montées sur le véhicule. Par conséquent, selon le présent mode de réalisation, un générateur de courant alternatif pour véhicule hautement fiable, qui parvient à une grande production d'énergie, peut être proposé tout en supprimant la production de surtension. En outre, selon le présent mode de réalisation, chacune des parties magnétiques 23 est formée en recouvrant l'intégralité de la surface des aimants permanents 17 avec la partie de recouvrement 18 et les parties magnétiques 23 sont disposoes sur la circonférence de la partie de retenue 21, la force centrifuge, agissant sur les aimants permanents 17, peut être supportée par ltintégralité du corps magnétique 16 et une détérioration éventuelle des aimants permanents 17 peut être empêchée. Par ailleurs encore, selon le présent mode de réalisation, puisque la partie de recouvrement 18, qui a une épaisseur \, est formée entre les pôles à griffes 14a, a et les aimants permanents 17, la détérioration des i3 aimants permanents par heurt contre les pôles à griffes 14a, 15a, au moment de l'assemblage des pôles à griffes 14a, 15a, des deux côtés du corps magnétique 16 le long de la direction axiale de l'axe central de celui-ci, peut être :, empêchée. Touj ours grâce au procédé d' assemblage selon le présent mode de réalisation, une grande précision quant à la dimension, dans la direction ciraonférentielle, des pôles à griffes 14a, 15a, n'est pas exigée, les pôles à griffes 14a, 15a, pouvant être formés simplement. Par ailleurs encore selon le présent mode de réalisation, puisque la partie de recouvrement 18 est supportée par la partie de retenue 21 à l'intérieur des pôles à griffes 14a, 15a, la résistance à la force centrifuge du corps magnétique 16 peut être renforcée de manière significative. Par ailleurs encore, puisque la partie de retenue 21 présente de l'élasticité, même s'il y a des erreurs de dimension durant la fabrication d'un tel corps magnétique 16 et des pôles à griffes 14a, 15a, les erreurs sont compensces et les pôles à griffes 14a, 15a, peuvent être assemblés des deux côtés du corps magnétique 16, le long de la direction axiale de l'axe central de celui-ci. Par ailleurs encore, selon le présent mode de réalisation, puisque les parties magnétiques 23 et la partie de retenue 21 sont formées d'un seul tenant par moulage par insertion, les parties magnétiques 23 et la partie de retenue 21 peuvent être facilement intégrées. Par ailleurs encore, selon le présent mode de réalisation, puisque le corps magnétique 16 est constitué par un moulage de résine d'une résine de la série des polyamides, un corps magnétique à bas coût 16, avec une élasticité et une isolation excellentes, peut être obtenu. lit Selon la présente invention, aucune surtension supérieure à la tension nominate n'est appliquée sur des Elements tels que les charges électriques et la batterie montées sur le véhicule. Ainsi, selon la présente :: invention, un générateur de courant alternatif pour véhicule hautement Liable, qui atteint une grande production d'énergie, pent être propose. REVENDI CATI ONS 1. Générateur de courant alternatif pour véhicule, comprenant un rotor (5) comportant une paire de noyaux en fer de type Randell, ayant chacun plusieurs pôles à griffes et des aimants (17) qui sont disposés entre les pôles à griffes adjacents (14a, 15a) dans la direction circonférentielle des noyaux en fer, ayant en outre chacun des polarités qui réduisent les flux de fuite magnétiques entre les pôles à griffes adjacents dans la direction ciraonférentielle des noyaux en fer, caractérisé en ce que la densité de flux magnétique résiduel des aimants est supérieure à 1,0 T et l'entrefer entre le rotor (5) et un stator (6), disposé en face du rotor, est fixé à 0,55 - 0,65 mm. 2. Générateur de courant alternatif pour véhicule selon la revendication 1, caractérisé: en ce que chacun des aimants (17) est recouvert d'une partie de recouvrement(18). 3. Générateur de courant alternatif pour véhicule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la partie de recouvrement (18) est supportée par une partie de retenue cylindrique (21) à l'intérieur des pôles à griffes. 4. Générateur de courant alternatif pour véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de retenue (21) présente de l'élasticité. 5. Générateur de courant alternatif pour véhicule selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de recouvrement(18) et la partie de retenue (21) sont formées d'un seul tenant par moulage. 6. Générateur de courant alternatif pour véhicule selon la revendication 5, caractérisé en ce que la partie de recouvrement (18) et la partie de retenue (21) sont