Brevet FR2952249A1 — publié le 20110506

DISPOSITIFS DE GENERATION ELECTRIQUE POUR VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention concerne de manière générale des dispositifs de génération électrique pour véhicule automobile. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de génération électrique pour véhicule automobile comportant un alternateur, un pont de redressement de tension et un circuit de régulation de tension, l'alternateur comportant un stator muni de bobinages statoriques aptes à produire des tensions alternatives et un rotor muni d'un bobinage d'excitation. Les alternateurs actuels pour véhicule automobile sont généralement équipés de diodes de redressement de puissance à jonction PN. Un inconvénient des diodes de type PN est la chute de tension relativement importante existant entre leurs électrodes d'anode et de cathode lorsque la diode est en conduction directe. Cette chute de tension est de l'ordre de 0,6 V à faible courant (quelques Ampères) et augmente sensiblement jusqu'à 1 V et au-delà lorsque le courant atteint et dépasse la centaine d'Ampères. Cela entraîne une réduction sensible de la puissance délivrable en sortie par l'alternateur et un échauffement important des diodes qui demandent consécutivement des dispositifs de refroidissement conséquents. L'architecture actuelle dans laquelle les diodes de redressement de tension sont montées au niveau d'un palier arrière de l'alternateur autorise la mise en place d'une circulation d'air forcée rendue nécessaire par le nombre important de calorie à évacuer. Les diodes sont montées sur des dissipateurs thermiques et un ventilateur de refroidissement est fixé généralement sur l'arbre du rotor de l'alternateur afin de produire un flux d'air de refroidissement. Pour les diodes négatives, il est connu de les monter directement sur le palier arrière de l'alternateur qui fait alors office de 3o dissipateur thermique du fait de sa masse métallique. Les diodes positives sont elles montées sur un dissipateur thermique positif qui est rapporté et fixé sur le palier arrière. Le ventilateur autorise un refroidissement adéquat des diodes et contribue aussi au refroidissement des chignons des bobinages statoriques de l'alternateur. Une telle architecture est peu compatible avec une réduction de l'encombrement de l'alternateur du fait que des surfaces d'échange thermiques importantes sont nécessaires pour obtenir le refroidissement voulu. Le dissipateur positif est ainsi fréquemment muni d'un certain nombre d'ailettes qui occupent de la place, sachant qu'à l'arrière de la machine, il faut 1 o également loger des balais alimentant une bobine d'excitation du rotor et un régulateur de tension relié électriquement à ces balais. Dans le contexte actuel du développement durable et de la réduction de la consommation énergétique des véhicules automobiles, les contraintes d'encombrement et de compacité deviennent encore plus sensibles que par le 15 passé, car de nouveaux équipements doivent être logés sous le capot du véhicule. Il est donc souhaitable de proposer des architectures d'alternateur autorisant un moindre encombrement de la machine électrique elle-même et corrélativement davantage de flexibilité pour l'implantation des équipements sous le capot du véhicule. 20 Selon un premier aspect, l'invention concerne un dispositif de génération électrique pour véhicule automobile comportant un alternateur, un pont de redressement de tension et un circuit de régulation de tension, l'alternateur comportant un stator muni de bobinages statoriques aptes à produire des tensions alternatives et un rotor muni d'un bobinage d'excitation. 25 Conformément à l'invention, le pont de redressement de tension est contenu dans un boîtier électronique monté distant de l'alternateur et raccordé électriquement à celui-ci à travers des moyens de raccordement électrique reliant le pont de redressement de tension aux bobines statoriques de l'alternateur. Selon une autre caractéristique, le pont de redressement de tension inclut dans le boîtier électronique est de type à faibles pertes et comporte au moins une diode à faibles pertes et/ou un transistor de puissance monté en redresseur sychrone. Selon encore une autre caractéristique, le circuit de régulation de tension est également contenu dans le boîtier électronique et est raccordé électriquement à un dispositif porte-balais de l'alternateur à travers les moyens de raccordement électrique. Selon un second aspect, l'invention concerne également un alternateur 1 o apte à être intégré dans un dispositif de génération électrique tel que décrit brièvement ci-dessus et comprenant un stator muni de bobinages statoriques, un rotor muni d'un bobinage d'excitation et un dispositif porte-balais contenant au moins deux balais. Conformément à l'invention, l'alternateur comprend au moins un 15 bornier de raccordement électrique auquel sont reliées des extrémités des bobinages statoriques et un connecteur électrique auquel sont reliées des extrémités de la bobine d'excitation à travers les balais du dispositif porte-balais, les bornier et connecteur électriques étant aptes à recevoir des moyens de raccordement électrique pour raccorder l'alternateur au boîtier 20 électronique distant du dispositif de génération électrique. Selon un troisième aspect, l'invention concerne également un boîtier électronique apte à être intégré dans un dispositif de génération électrique tel que décrit brièvement ci-dessus et comprenant un pont de redressement de tension de type à faibles pertes et un circuit de régulation de tension. Le 25 boîtier électronique comprend également au moins un bornier de raccordement électrique auquel sont reliées des entrées de phase du pont de redressement de tension et un connecteur électrique auquel est relié le circuit de régulation de tension, les bornier et connecteur électriques étant aptes à coopérer avec des moyens de raccordement électrique pour raccorder le 3o boîtier électronique à l'alternateur du dispositif de génération électrique. Selon une autre caractéristique, le boîtier électronique ci-dessus comprend également des moyens de raccordement électrique prévus pour un raccordement électrique à un dispositif de stockage d'énergie ou de puissance d'un véhicule automobile. De préférence, le boîtier électronique est prévu pour être monté au-dessus du dispositif de stockage d'énergie ou de puissance. Selon encore une autre caractéristique, le boîtier électronique ci-dessus comprend également des moyens de raccordement électrique prévus pour un raccordement électrique à un réseau de distribution électrique du 1 o véhicule automobile. Selon un autre aspect, l'invention concerne également un véhicule automobile comprenant un dispositif de génération électrique tel que décrit brièvement ci-dessus. D'autres aspects, buts et avantages de la présente invention 15 apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante d'une forme de réalisation particulière de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 est une demi-vue en coupe d'un alternateur selon la technique antérieure; 20 la figure 2 est une demi-vue en coupe d'un alternateur selon la présente invention; la figure 3 montre des implantations dans le véhicule automobile de l'alternateur et du boîtier électronique du dispositif de génération électrique selon l'invention; et 25 la figure 4 est un bloc-diagramme d'une forme de réalisation particulière du dispositif de génération électrique selon la présente invention. On décrira d'abord en référence à la figure 1 la structure générale d'un alternateur pour véhicule automobile selon la technique antérieure. Cet 30 alternateur selon la technique antérieure est repéré APA à la figure 1. L'alternateur APA comporte, en allant de gauche à droite de la figure 1, c'est-à-dire d'avant en arrière, une poulie d'entraînement 1 solidaire de l'extrémité avant d'un arbre 2, dont l'extrémité arrière porte des bagues collectrices (non repérées) appartenant à un collecteur 3. L'axe de l'arbre 2 constitue l'axe de rotation de la machine. Centralement l'arbre 2 porte à fixation le rotor 4 doté d'un bobinage d'excitation 5, dont les extrémités sont reliées par des liaisons au collecteur 3. Le rotor 4 est ici un rotor à griffes de type Lundell et comporte deux roues polaires avant et arrière 6,7. Chaque roue 6,7 comporte une flasque 1 o perpendiculaire à l'axe de l'arbre 2. A la périphérie externe des flasques sont ménagées de matière des dents s'étendant axialement. De manière classique, les dents ont une forme trapézoïdale et sont dotées de chanfreins. Les dents de l'une des roues sont décalées angulairement par rapport aux dents de l'autre roue et sont dirigées vers l'autre roue de manière à 15 obtenir une imbrication des dents d'une roue à l'autre et cela pour la formation de pôles magnétiques Nord (N) et Sud (S) alternés. De manière connue, les paliers 13,14 sont reliés entre eux, ici à l'aide de vis ou en variante de tirants non visibles, pour former un carter ou support destiné à être monté sur une partie fixe du véhicule. Les paliers 13,14 portent 20 chacun centralement un roulement à billes 15,16 pour supporter à rotation les extrémités avant et arrière de l'arbre 2 traversant les paliers pour porter la poulie 1 et les bagues du collecteur 3. Lorsque le bobinage 5 est alimenté par un courant d'excitation, le rotor 4 est magnétisé et définit alors des paires de pôles magnétiques, chaque roue 25 polaire comportant alors respectivement n pôles Nord et n pôles Sud constitués par les dents. Le bobinage 5 est alimenté à travers les bagues collectrices du collecteur 3, chacune des bagues étant en contact avec un balai (non référencé) porté par un porte-balais 10. Le porte-balais 10 sert également de support à un régulateur de tension (non visible) relié électriquement aux balais. Le régulateur est relié à un dispositif de redressement de tension 11 sous la forme d'un pont de diodes (dont deux diodes D5 et D6 seulement sont visibles à la figure 1) lui-même relié à des sorties d'un bobinage de phase. Le bobinage de phase est logé dans des encoches d'un stator 12 de l'alternateur. Des chignons 104 de ce 1 o bobinage de phase sont apparents à la figure 1. Le stator 12 comporte un corps annulaire cylindrique coaxial avec le rotor 4. Le stator 12 est formé d'un paquet de tôles empilées axialement. De manière classique, le corps annulaire comporte une pluralité d'encoches qui s'étendent axialement de manière débouchante dans des 15 faces radiales avant et arrière. Le corps annulaire est ici du type semi-fermé, c'est-à-dire que chaque encoche débouche aussi radialement dans une face cylindrique intérieure du corps annulaire par l'intermédiaire d'une fente axiale pour permettre le montage des fils du bobinage de phase qui forment de part et d'autre du corps annulaire les chignons 104 visibles à la figure 1. 20 Le bobinage de phase est ici de type triphasé et comporte un jeu de trois bobines de phase. Les sorties des trois bobines de phase sont reliées à un pont de redressement triphasé formant le dispositif de redressement de tension 11. Le circuit de redressement de tension 11 comprend habituellement trois paires de diodes Dl et D2, D3 et D4, et D5 et D6, dont D5 25 et D6 apparaissent seulement à la figure 1. Les diodes Dl à D6 sont reliées entre elles de manière à former un pont de redressement triphasé et sont reliées à des conducteurs d'extrémité des bobines de phase par l'intermédiaire d'un connecteur non représenté. Dans cette forme de réalisation particulière, comme le montre la figure 1 à travers l'exemple des diodes D5 et D6, chacune des diodes côté négatif (D5 à la figure 1 mais aussi D3 et Dl) présente un corps généralement cylindrique CP monté à force dans le palier arrière 14 formant dissipateur négatif et chacune des diodes côté positif (D6 à la figure 1, mais aussi D4 et D2) présente un corps généralement cylindrique CP monté à force dans un support-dissipateur positif 60 fixé à l'extérieur et à distance du palier 14. Le corps CP de chaque diode constitue une première borne de connexion de celle-ci, tandis que sa seconde borne de connexion est constituée par une 1 o queue Q s'étendant axialement à partir du corps CP. Comme montré à la figure 1, les roues polaires 6,7 portent chacune respectivement un ventilateur avant 8 et un ventilateur arrière 9. Ces ventilateurs 8,9 s'étendent au voisinage respectivement d'un palier avant 13 et d'un palier arrière 14 et permettent de refroidir l'alternateur par une circulation 15 d'air forcée. Un flux d'air de refroidissement FX montré à la figure 1 est produit par la rotation du ventilateur 9 et contribue plus particulièrement au refroidissement du dispositif de redressement 11, du porte-balais 10 avec son régulateur. 20 Une demi-vue en coupe d'une forme de réalisation particulière Al d'un alternateur selon la présente invention est représenté à la figure 2. Dans cette figure 2, les repères utilisés pour les éléments constitutifs de l'alternateur Al sont les mêmes que les repères utilisés pour l'alternateur APA dans la mesure où ces éléments constitutifs sont analogues. 25 Comme montré à la figure 2, la partie arrière de l'alternateur Al selon l'invention diffère sensiblement de la partie arrière de l'alternateur APA selon la technique antérieure. L'alternateur Al ne comporte aucun dispositif de redressement de tension tel que les diodes Dl à D6 de l'alternateur APA et sa partie arrière se trouve donc sensiblement simplifiée. Comme montré à la figure 2, l'alternateur Al comporte deux connecteurs électriques 18 et 19. Le connecteur électrique 18 est, dans cette forme de réalisation, un connecteur à trois broches auxquelles sont raccordées respectivement trois extrémités des bobinages statoriques triphasés de l'alternateur Al. Le connecteur électrique 19 est un connecteur à deux broches 1 o auxquelles sont raccordées respectivement les deux balais logés dans un porte-balais 17. On notera ici que le porte-balais 17 inclut dans l'alternateur Al diffère de celui 10 inclut dans l'alternateur APA en ce qu'il ne comporte pas de régulateur de tension. 15 A travers les balais et le collecteur 3, les broches du connecteur 19 sont reliées respectivement aux extrémités de la bobine d'excitation 6 logée dans le rotor 4 de l'alternateur Al. Des ouvertures sont prévues dans le palier arrière 14 et dans le capot arrière de l'alternateur Al de manière à autoriser le passage d'un flux de d'air 20 forcé FX' pour refroidir notamment le porte-balais 17 et les chignons arrière 104 des bobinages statoriques. Comme montré à la figure 3, l'alternateur Al selon l'invention est couplé mécaniquement au vilebrequin d'un moteur thermique MT du véhicule automobile à travers un ensemble de poulies/courroie PC. Un boîtier 25 électronique EB est associé à l'alternateur Al et est prévu, dans cette forme de réalisation, pour s'agencer au-dessus d'une batterie BA du véhicule. Le boîtier électronique EB comporte des différents borniers et connecteurs de manière à assurer les interconnexions électriques appropriées entre le boîtier EB, l'alternateur Al, la batterie BA et le réseau de distribution électrique RE du 30 véhicule. En référence également à la figure 4, le boîtier EB comporte essentiellement un pont de redressement triphasé EBr, un circuit de régulation de tension REG et des connecteurs et bornes de raccordement électriques EBbph, EBbex, EBb-, EBb+ et EBbb+, EBbb-. Le pont de redressement triphasé EBr est relié aux bobinages statoriques SB de l'alternateur Al à travers un bornier de phase EBbph du boîtier EB, un câble Cph à trois conducteurs et le bornier de puissance 18 de l'alternateur Al. Le bornier EBbph comporte trois bornes qui sont reliées 1 o respectivement à trois entrées de phase du pont de redressement EBr. Des sorties de tension continue de polarités + et - du pont EBr sont reliées respectivement aux cosses B+ et B- de la batterie BA à travers des bornes femelles EBbb+ et EBbb-. Les bornes femelles EBbb+ et EBbb- comportent des moyens de serrage (non représentés) qui garantissent une bonne 15 conduction électrique entre les cosses B+ et B- et les bornes EBbb+ et EBbb- et qui participent à la fixation mécanique du boîtier EB sur la batterie BA. Dans cette forme de réalisation, le boîtier EB comporte également des borniers EBb+ et EBb- reliés respectivement à B+, EBbb+ et B-, EBbb- et qui permettent un raccordement du boîtier EB et de la batterie BA au réseau 20 électrique du véhicule. Comme cela apparaît à la figure 4, le circuit de régulation de tension REG est reliée à la bobine d'excitation 5 de l'alternateur Al à travers un connecteur EBbex du boîtier EB, un câble Cex à deux conducteurs, le connecteur 19 de l'alternateur Al et les balais du porte-balais 17. 25 Le montage du boîtier électronique BE au-dessus de la batterie BA autorise un assemblage compact et surtout permet de raccorder thermiquement le pont de redressement EBr à la masse de la batterie BA. La masse importante la batterie BA fait alors office de source froide pour le pont de redressement EBr et autorise un refroidissement suffisant de celui-ci sans 30 autre moyen supplémentaire tel qu'une circulation d'air forcée. La présente invention trouve un intérêt tout particulier lorsque le pont de redressement de tension EBr intégré dans le boîtier électronique EB et un pont à faibles pertes. En effet, les calories à évacuer sont alors en nombre moins important et l'encombrement des dissipateurs thermiques peut être réduit. Il devient ainsi possible de réaliser un boîtier électronique EB très compact ce qui facilite son intégration sous le capot du véhicule. Un pont de redressement à faibles pertes peut être formé à partir de diodes de redressement à faibles pertes telles que des diodes de type SBR (Marque Déposée). Des diodes de type SBR sont commercialisées par la 1 o société américaine Diodes Incorporated et sont décrites notamment dans les brevets US 6,448,160 B1 et US 6,331,455 B1. Un pont de redressement à faibles pertes peut également être formé à partir de transistors de puissance MOS-FET montés en redresseurs synchrones. 15 Par ailleurs, on notera que l'invention bien que décrite ici à travers un mode de réalisation incluant un alternateur triphasé est applicable quel que soit le nombre de phases de l'alternateur. L'invention trouve un intérêt accrû avec les alternateurs pour véhicule automobile ayant un nombre élevé de phases tels que les alternateurs quintaphasés ou hexaphasés dans lesquels 20 l'implantation des composants à l'arrière de la machine est rendue plus délicate du fait de leur nombre. De plus, on notera que le boîtier électronique de l'invention peut être agencé de manière générale au-dessus d'un dispositif de stockage d'énergie ou de puissance du véhicule. En effet, dans le cas où le véhicule comporte un 25 système de freinage récupératif, le boîtier électronique de l'invention peut être agencé non pas au-dessus de la batterie du véhicule mais au-dessus d'un stockeur de puissance, tel qu'un pack de supercondensateurs, inclut dans le système de freinage récupératif. On notera également que dans le cas précédent, le boîtier électronique de l'invention pourra, dans certaines formes de réalisation, contenir également un ou plusieurs convertisseurs tels que de type AC/DC ou DC/DC. REVENDICATIONS1. Dispositif de génération électrique pour véhicule automobile comportant un alternateur (Al), un pont de redressement de tension (EBr) et un circuit de régulation de tension (REG), ledit alternateur (Al) comportant un stator muni de bobinages statoriques (SB) aptes à produire des tensions alternatives et un rotor (4) muni d'un bobinage d'excitation (5), caractérisé en 1 o ce que au moins ledit pont de redressement de tension (EBr) est contenu dans un boîtier électronique (EB) monté distant dudit alternateur (Al) et raccordé électriquement à celui-ci à travers des moyens de raccordement électrique (Cph, Cex) reliant ledit pont de redressement de tension (EBr) auxdites bobines statoriques (SB). 15 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit pont de redressement de tension (EBr) est de type à faibles pertes et comporte au moins une diode à faibles pertes et/ou. un transistor de puissance monté en redresseur sychrone. 20 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit circuit de régulation de tension (REG) est également contenu dans ledit boîtier électronique (EB) et est raccordé électriquement à un dispositif porte-balais (17) dudit alternateur (Al) à travers lesdits moyens de raccordement 25 électrique (Cex). 4. Alternateur apte à être intégré dans un dispositif de génération électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un stator muni de bobinages statoriques (SB), un rotor (4) muni d'un bobinaged'excitation (5) et un dispositif porte-balais (17) contenant au moins deux balais, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un bornier de raccordement électrique (18) auquel sont reliées des extrémités desdits bobinages statoriques (SB) et un connecteur électrique (19) auquel sont reliées des extrémités de ladite bobine d'excitation (5) à travers lesdits balais dudit dispositif porte-balais (17), lesdits bornier et connecteur électriques (18, 19) étant aptes à recevoir des moyens de raccordement électrique (Cph, Cex) pour raccorder l'alternateur (Al) à un boîtier électronique (EB) distant dudit dispositif de génération électrique. 5. Boîtier électronique apte à être intégré dans un dispositif de génération électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant un pont de redressement de tension de type à faibles pertes (EBr) et un circuit de régulation de tension (REG) et comprenant également au moins un bornier de raccordement électrique (EBbph) auquel sont reliées des entrées de phase dudit pont de redressement de tension (EBr) et un connecteur électrique (EBbex) auquel est relié ledit circuit de régulation de tension (REG), lesdits bornier et connecteur électriques (EBbph, EBbex) étant aptes à coopérer avec des moyens de raccordement électrique (Cph, Cex) pour raccorder le boîtier électronique (EB) à l'alternateur (Al) dudit dispositif de génération électrique. 6. Boîtier électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de raccordement électrique (EBbb) prévus pour un raccordement électrique à un dispositif de stockage d'énergie (BA) ou de puissance d'un véhicule automobile. 7. Boîtier électronique selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il est prévu pour être monté au-dessus dudit dispositif de stockage d'énergie (BA) ou de puissance. 10 8. Boîtier électronique selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens de raccordement électrique (EBb-, EBb+) prévus pour un raccordement électrique à un réseau de distribution électrique (RE) du véhicule automobile. 9. Véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de génération électrique (Al, EB) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3. 10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend un boîtier électronique (EB) selon l'une quelconque des revendications 5 à 8.