Brevet FR2934931A1 — publié le 20100212

L'invention concerne un système comprenant un moteur thermique et un générateur électrique, comme un groupe électrogène ou un moteur à propulsion. Elle concerne aussi un véhicule automobile équipé d'un tel système. Un groupe électrogène est constitué d'un moteur thermique et d'une machine électrique fonctionnant en générateur. Le moteur thermique génère une puissance qui est transmise sous forme mécanique au générateur qui produit une énergie électrique. Ces deux composants doivent être refroidis afin d'évacuer les pertes. Pour mettre en oeuvre ce refroidissement, une première solution consiste à utiliser un dispositif de refroidissement basé sur de l'eau ou de l'huile comme fluide de refroidissement. Un tel dispositif est toutefois complexe et coûteux du fait des contraintes suivantes : -il existe des risques de fuite du circuit de fluide ; -ce dispositif exige une pompe, un carter épais et dédié au refroidissement, -la température de l'eau ou de l'huile est souvent beaucoup plus élevée que celle admissible pour une machine électrique du fait du moteur thermique, -l'huile du moteur thermique peut contenir des particules rnétalliques, voire ferromagnétiques, dont la présence est préjudiciable au 25 moteur électrique. Une seconde solution consiste à refroidir le moteur thermique par un flux d'air, ce qui impose un circuit de liquide de refroidissement uniquement pour le générateur. Les solutions exploitant cette approche, comme celle 30 décrite dans le document EP1296039, utilisent un ventilateur pour mettre l'air en mouvement, ce qui diminue le rendement du groupe électrogène puisqu'une partie de son énergie est absorbée par le ventilateur. De plus, l'air présente une capacité de refroidissement plus limitée que l'eau ou l'huile du fait de sa faible capacité calorifique. Les solutions de l'état de la technique ne sont donc pas satisfaisantes et il existe un besoin d'une autre solution pour refroidir les composants d'un groupe électrogène, et plus généralement d'un système couplant un moteur thermique à un générateur électrique. 10 Ainsi, un premier objet de l'invention est de proposer une solution de refroidissement performante. Un second objet de l'invention est de proposer une solution de 15 refroidissement peu coûteuse. A cet effet, l'invention repose sur un système comprenant un générateur électrique relié à un moteur thermique pour transformer l'énergie reçue du moteur thermique en énergie électrique, comprenant une entrée d'air pour 20 alimenter le moteur thermique, caractérisé en ce que le générateur électrique est disposé sur le trajet du flux d'air d'alimentation du moteur thermique afin d'être refroidi par ce flux d'air. Le système peut comprendre un dispositif d'injection de carburant sur des 25 têtes de bobines du générateur électrique. Il peut en variante comprendre un dispositif d'injection d'eau sur les têtes de bobines du générateur électrique.5 Le générateur électrique peut être disposé sur le flux d'air en amont ou en aval d'un compresseur de suralimentation. Le générateur électrique peut comprendre au moins un paquet de tôles avec bobinage sur dents ou en épingles. Le générateur électrique peut comprendre au moins un paquet de tôles séparé en plusieurs parties par des séparateurs. Le système précédent peut être un groupe électrogène ou un moteur de propulsion. Le moteur thermique peut être un moteur à cycle Otto (" à essence ") ou à cycle Diesel ou à cycle de Rankine ou à cycle de Brayton (turbine à gaz, réacteur) ou à cycle d'Ericsson ou à cycle Stirling ou une pile à combustible. Enfin, l'invention porte aussi sur un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un système tel que décrit précédemment. Le système peut ainsi être un groupe électrogène pour recharger au moins une batterie du véhicule automobile. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode d'exécution particulier fait à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente schématiquement un groupe électrogène selon l'invention ; la figure 2 représente schématiquement une première variante d'exécution du mode d'exécution de l'invention; la figure 3 représente schématiquement une seconde variante d'exécution du mode d'exécution de l'invention; la figure 4 représente schématiquement une troisième variante d'exécution du mode d'exécution de l'invention; la figure 5 représente un détail d'un bobinage du générateur électrique selon le mode d'exécution de l'invention; la figure 6 représente une variante du bobinage du générateur électrique selon le mode d'exécution de l'invention; la figure 7 représente un détail d'un paquet de tôle du générateur électrique selon le mode d'exécution de l'invention; la figure 8 représente une vue en coupe transversale du paquet de tôle du générateur électrique selon le mode d'exécution de l'invention; la figure 9 représente une vue en coupe longitudinale du paquet de tôle du générateur électrique selon le mode d'exécution de l'invention. La figure 1 représente schématiquement un groupe électrogène comprenant un générateur 1 et un moteur thermique 2. Le moteur thermique est alimenté en air provenant d'une entrée d'air 3. L'air entrant traverse ensuite un filtre à air 4, puis le générateur 1 avant d'atteindre le collecteur d'admission 5 du moteur thermique 2. Le générateur 1 comprend d'une part des têtes de bobines 6 et d'autre part des paquets de tôle 7. Le concept de l'invention consiste à disposer le générateur 1 dans le flux d'air d'alimentation du moteur 2, de sorte de refroidir ce générateur. Cette solution permet d'éviter le recours à un ventilateur pour mettre un flux d'air de refroidissement en mouvement, ce qui est avantageux au niveau de son rendement. Une première variante d'exécution est représentée sur la figure 2. Elle consiste à prévoir un circuit 8 d'injection de carburant de sorte de pulvériser du carburant au niveau des têtes de bobine 6. Cette solution permet d'évaporer le carburant sur les têtes de bobine. Ce changement de phase du carburant absorbe une énergie importante provenant de la chaleur dégagée par le générateur 1 au niveau des têtes de bobine 6, induisant ainsi un fort refroidissement du générateur. Cette solution se réalise à basse température et permet de plus d'obtenir un mélange efficace entre le carburant gazéifié et l'air, ce qui est avantageux avant l'accès du mélange au moteur thermique. Cette solution est notamment avantageuse pour les carburants à haute température d'ébullition etlou pour les périodes de grand froid. En remarque, cette variante ne s'applique pas à un moteur diesel pour lequel le carburant n'est mélangé à l'air que dans le cylindre. II est également possible de pulvériser de l'eau sur les têtes de bobine 6, ce qui peut présenter l'avantage de refroidir le mélange lors de la compression, ce qui augmente le rendement du moteur. Cette solution est particulièrement avantageuse pour les moteurs suralimentés, qu'ils soient essence ou diesel. Le générateur peut être placé avant ou après le compresseur 9, selon deux variantes de réalisation respectivement illustrées par les figures 3 et 4. Dans la première variante, le flux d'air 12 traversant le générateur 1 est plus chaud, ce qui réduit un peu l'efficacité du refroidissement, mais la chaleur évacuée participe de façon positive à la création de travail du moteur. Le rendement du système est amélioré. La figure 4 représente le générateur 1 positionné en amont du compresseur 9 sur le trajet du flux d'air 12 d'admission moteur. Dans cette seconde variante, l'air refroidissant le générateur est frais mais la chaleur évacuée augmente la température de l'air et exige un travail de compression plus élevé ou réduit la densité de l'air en sortie du compresseur 9. En remarque, ces deux variantes de réalisation sont compatibles avec l'utilisation d'un turbocompresseur. Le générateur électrique 1 peut présenter certaines configurations avantageuses pour remplir la double fonction de favoriser son refroidissement par le flux d'air 12 et de ne pas trop perturber ce flux d'air. La figure 5 représente une première réalisation intéressante comprenant un bobinage sur dents. Cette géométrie offre un espace entre les bobines où le flux d'air peut passer. La figure 6 représente une seconde réalisation intéressante à base de bobines en épingles soudées, qui favorisent l'échange thermique avec le flux d'air. De plus, le paquet de tôle du générateur, pour le stator etlou le rotor, peut présenter une structure en plusieurs parties 10 séparées par des séparateurs 11, comme illustré sur la figure 7. Le flux d'air 12 traverse cette structure au travers des espaces de séparation 11. La figure 8 illustre une section selon un plan transversal, perpendiculaire à la direction longitudinale x, alors que la figure 9 illustre une coupe dans un plan médian longitudinal d'une telle solution. Selon une autre variante de réalisation, le rotor peut être vrillé et ses encoches peuvent servir de turbine pour pomper un peu plus d'air dans le collecteur d'admission. L'invention peut s'appliquer à tout système combinant un moteur thermique et un générateur électromécanique, que ce soit un groupe électrogène ou un moteur de propulsion. Elle est compatible avec tous les moteurs thermiques, dont : - cycle Otto Ç' à essence ") ; - cycle Diesel ; - cycle de Rankine (� vapeur �) ; - cycle de Brayton (turbine à gaz, réacteur) ; - cycle d'Ericsson ; - cycle Stirling ; - piles à combustible. L'invention peut s'appliquer à toute combinaison d'un moteur thermique (au sens thermodynamique du terme) et d'un générateur comme : -turbines à gaz et réacteur à réaction ; -turbines à gaz et à cycle combiné pour génération et cogénération d'énergie électrique ; -alternateurs automobiles. Elle peut être implémentée au sein d'un véhicule automobile, notamment pour un groupe électrogène de recharge de batterie d'un véhicule automobile. Revendications1. Système comprenant un générateur électrique (1) relié à un moteur thermique (2) pour transformer l'énergie reçue du moteur thermique en énergie électrique, comprenant une entrée d'air (3) pour alimenter le moteur thermique (2), caractérisé en ce que le générateur électrique (1) est disposé sur le trajet du flux d'air (12) d'alimentation du moteur thermique (2) afin d'être refroidi par ce flux d'air. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'injection de carburant (8) sur des têtes de bobines (6) du générateur électrique (1). 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif d'injection d'eau sur des têtes de bobines (6) du générateur électrique (1). 4. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur électrique (1) est disposé sur le flux d'air (12) en amont ou en aval d'un compresseur de suralimentation (9). 5. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur électrique (1) comprend au moins un paquet de tôles avec bobinage sur dents ou en épingles. 6. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur électrique (1) comprend au moins un paquet de tôles (7) séparé en plusieurs parties (10) par des séparateurs (11).25 7. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un groupe électrogène ou un moteur de propulsion. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moteur thermique (2) est un moteur à cycle Otto (" à essence ") ou à cycle Diesel ou à cycle de Rankine ou à cycle de Brayton (turbine à gaz, réacteur) ou à cycle d'Ericsson ou à cycle Stirling ou une pile à combustible. 9. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un système selon l'une des revendications précédentes. 10. Véhicule automobile selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le système est un groupe électrogène pour recharger au moins 15 une batterie du véhicule automobile.