Brevet FR2967842A1 — publié le 20120525

-1 ENSEMBLE MONOBLOC REGULATEUR DE TENSION - PORTE-BALAIS DE MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE ET MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE COMPRENANT UN TEL ENSEMBLE s DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION. La présente invention concerne un ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais de machine électrique tournante, ainsi qu'une machine électrique tournante comprenant un tel ensemble. io ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION. Un véhicule automobile est généralement équipé d'un alternateur entraîné par le moteur thermique du véhicule pour assurer la charge de la batterie et produire l'énergie électrique nécessaire au réseau électrique de bord auquel sont connectés les divers équipements. ls L'alternateur est généralement entraîné par une courroie en prise sur l'arbre moteur. Il est donc implanté au voisinage immédiat du moteur thermique sous le capot moteur. Compte tenu de l'évolution des moteurs thermiques des véhicules de plus en plus confinés, la température ambiante sous le capot moteur augmente de plus en 20 plus. Un alternateur est une machine électrique tournante qui comporte essentiellement un rotor solidaire en rotation d'un arbre tournant à l'intérieur d'un stator agencé dans un carter. Une extrémité de l'arbre du rotor est munie de bagues collectrices sur 25 lesquelles frottent des balais, guidés par un porte-balais supporté par le carter, et qui permettent d'alimenter un enroulement d'excitation du rotor à partir du réseau électrique de bord. Les enroulements du stator produisent une tension qui, après redressement, est régulée par un régulateur de tension contrôlant le courant d'excitation du rotor. 30 La même évolution des véhicules qui a conduit à un confinement accru des moteurs thermiques, a entraîné un besoin pour rendre les alternateurs plus compacts. -2- II est connu d'intégrer à cette fin le dispositif régulateur de tension et le porte-balais en un ensemble monobloc, en matière électriquement isolante, agencé sur le carter autour du palier de l'arbre du rotor, en regard des bagues collectrices. Dans l'environnement confiné du capot moteur, la température à laquelle est s soumis l'alternateur en fonctionnement peut s'élever jusqu'à 125 °C. La température des balais peut atteindre 200°C à cause des frottements avec les bagues collectrices. Un alternateur comprend par conséquent un ventilateur solidaire du rotor, qui aspire l'air relativement frais venant de l'extérieur pour refroidir l'intérieur du io carter. La haute température des balais cause une augmentation de leur usure et une diminution des performances de l'alternateur. La demande de brevet coréen KR20100048703, au nom de la société VALEO ELECTRICAL SYSTEMS KOREA, propose une solution pour améliorer le ls refroidissement d'un des balais d'un alternateur de véhicule automobile en faisant circuler à l'intérieur du porte-balais une partie du flux d'air axial aspiré par le ventilateur. DESCRIPTION GENERALE DE L'INVENTION. 20 Le but de la présente invention est d'optimiser et d'améliorer le refroidissement de l'ensemble des balais d'un alternateur ou d'un alternodémarreur pour véhicule automobile, cet alternateur ou alterno-démarreur comprenant un ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais. L'ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais concerné par 25 l'invention comprend un porte-balais du type de ceux aptes à guider aux moins des premier et second balais, en contact avec deux bagues collectrices d'un rotor de la machine électrique tournante, au moyen de premier et second logements longitudinaux agencés en direction de ces bagues collectrices dans un corps sensiblement parallélépipédique en matière électriquement isolante s'étendant 30 sensiblement dans un plan axial du rotor. De manière connue en soi, chacun de ces premier et second logements est muni d'au moins une première rainure intérieure longitudinale en communication avec au moins un canal agencé dans le corps du porte-balais selon une direction -3- axiale du rotor et destiné à être traversé par un fluide de refroidissement, tel que l'air. L'ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais selon l'invention permettant d'optimiser la circulation de ce fluide de refroidissement est s remarquable en ce qu'une première section droite de cette première rainure intérieure est comprise entre 50/0 et 70/0 d'une deuxième section droite des logements des balais. Selon une autre caractéristique de l'invention, les premières rainures intérieures correspondant respectivement aux premier et second logements io longitudinaux ont des premières sections droites respectives qui sont différentes. Ces sections différentes autorisent des flux d'air de refroidissement différents pour chacun des premier et second logements/balais. En effet, une différence sensible de quelque degrés de température existe généralement entre les logements/balais, le logement/balai le plus proche du palier arrière de la machine ayant généralement ls une température qui est plus élevée que celle du logement le plus éloigné du palier arrière. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, chacun des premier et second logements est muni avantageusement d'au moins une seconde rainure intérieure longitudinale en communication, ou non, avec ledit canal et présentant 20 une troisième section droite inférieure ou égale à la deuxième section droite. Selon encore une autre caractéristique de l'invention, la première section droite est avantageusement un premier rectangle, la deuxième section droite est de préférence globalement un deuxième rectangle dont les grands côtés présentent chacun une partie en arc de cercle, et la troisième section est fort 25 avantageusement un troisième rectangle. L'ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais selon l'invention permettant d'améliorer le refroidissement des balais d'une machine électrique tournante est également remarquable en ce que le corps du porte-balais comporte des ailettes de refroidissement parallèles à la direction axiale du rotor agencées 30 sur au moins une face longitudinale. Selon une forme de réalisation particulière, ces ailettes présentent un profil carré ou triangulaire ou trapézoïdal. Elles sont agencées fort avantageusement sur la face longitudinale du corps du porte-balais qui est opposée au régulateur de tension. -4- L'invention concerne aussi une machine électrique tournante remarquable en ce qu'elle comprend un ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais présentant les caractéristiques optimisées et améliorées précédentes. Ces quelques spécifications essentielles auront rendu évidents pour s l'homme de métier les avantages apportés par l'ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais selon l'invention, au plan du refroidissement des balais, par rapport à l'état de la technique antérieur. Les spécifications détaillées de l'invention sont données dans la description qui suit en liaison avec les dessins ci-annexés. Il est à noter que ces dessins n'ont io d'autre but que d'illustrer le texte de la description et ne constituent en aucune sorte une limitation de la portée de l'invention. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS. La Figure 1 est une vue générale de l'ensemble monobloc régulateur de ls tension - porte-balais selon l'invention dans une direction radiale d'un rotor d'une machine électrique tournante auquel il est destiné. La Figure 2a montre une vue en coupe du corps du porte-balais selon l'invention dans un premier plan parallèle à l'axe d'un rotor d'une machine électrique tournante auquel il est destiné, et perpendiculaire à la direction 20 longitudinale des logements des balais. La Figure 2b montre une vue en coupe du corps du porte-balais selon l'invention dans un deuxième plan parallèle à l'axe d'un rotor d'une machine électrique tournante auquel il est destiné, et parallèle à la direction longitudinale des logements des balais. 25 La Figure 2c montre une vue en coupe du corps du porte-balais selon l'invention dans un troisième plan parallèle à l'axe d'un rotor d'une machine électrique tournante auquel il est destiné, et parallèle à la direction longitudinale des logements des balais. La Figure 3a est une vue en perspective de l'ensemble monobloc régulateur 30 de tension - porte-balais selon l'invention. La Figure 3b est une vue partielle du corps du porte-balais selon l'invention dans un plan radial d'un rotor d'une machine électrique tournante auquel il est destiné. - 5 DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION PREFERE DE L'INVENTION. La Figure 1 montre les éléments essentiels d'un ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais 1 destiné à être fixé sur le carter d'un alternateur au niveau du palier arrière de l'axe du rotor XX': - une platine 2 supportant les bornes de connexion électrique 3 de l'alternateur au réseau électrique de bord et divers connecteurs 4 ; - un dispositif régulateur de tension 5; - un porte-balais 6 comportant des logements 7 pour les balais. io Un ventilateur centrifuge interne (non représenté) monté sur l'arbre du rotor aspire de l'air extérieur et crée un flux d'air 8 axial au voisinage de l'arbre. Une partie de ce flux d'air 8 circule dans le porte-balais 6 grâce aux rainures intérieures 9, 10 dont sont munis les logements 7 des balais et qui sont en communication avec des cheminées 11 débouchant au plus près du ventilateur. 15 Les Figures 2a, 2b et 2c montrent bien l'agencement de ces rainures 9, 10 et de ces canaux 11 axiaux à l'intérieur du corps sensiblement parallélépipédique qui constitue le porte-balais 6. La Figure 2a, qui est une vue en coupe du corps du porte-balais 6 dans un premier plan P1 parallèle à l'axe XX', du rotor montre qu'il existe des premières 20 rainures intérieures 9 présentant une première section droite relativement grande par rapport à une deuxième section droite des logements 7, alors qu'il existe des secondes rainures intérieures 10 ayant une troisième section droite plus petite. Comme le montrent bien les Figures 2b et 2c, qui sont respectivement des vues en coupe A-A et B-B du corps du porte-balais 6 selon les deuxième et 25 troisième plans P2, P3 parallèles à l'axe XX' du rotor, seules les premières rainures intérieures communiquent, dans ce mode de réalisation préféré, avec des canaux axiaux 11. Il a été constaté par l'entité inventive que la circulation 12 de l'air dans le porte-balais 6 était optimum quand la première section droite représentait entre 5 et 30 7 pour cent d'une deuxième section droite des logements 7 des balais. Dans cette forme de réalisation, la première section droite est un premier rectangle ayant des dimensions sensiblement égales à 2,0 mm x 1,8 mm. La deuxième section droite est globalement un deuxième rectangle dont les grands côtés présentent chacun une partie 13 en arc de cercle s'adaptant à la forme -6- cylindrique des balais. La troisième section droite est un troisième rectangle ayant des dimensions sensiblement égales à 1,8 mm x 0,9 mm et représentant moins de 3,5 pour cent de la deuxième section droite. Afin d'améliorer le refroidissement du porte-balais 6 dans l'environnement s dont la température peut aller jusqu'à 125 °C, le corps du porte-balais 6 comporte des ailettes de refroidissement 14 sur une face longitudinale 15 agencées dans une direction axiale XX', c'est-à-dire dans le sens du flux d'air 8 aspiré par le ventilateur, comme le montre bien la Figure 3a. La vue de la Figure 3b du corps du porte-balais 6 selon l'invention montre io un profil d'ailettes 14 trapézoïdal, mais plusieurs autres profils sont possibles, notamment carrés ou triangulaires. Le meilleur profil est celui qui offre une surface d'échange thermique importante tout en restant simple à réaliser (facilité de démoulage de la pièce). Ces ailettes 14 sont avantageusement agencées sur la face longitudinale 15 ls qui est opposée au régulateur de tension 5. Dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, ces ailettes 14, au nombre de 12, présentent un pas longitudinal sensiblement égal à 2 mm et une hauteur d'environ 0,9 mm. Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas au seul mode d'exécution 20 préférentiel décrit ci-dessus. Les nombres et dimensions des rainures 9,10, canaux 11 et ailettes 14 indiqués ne sont que des exemples. Les critères essentiels de conception d'un ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais 1 selon l'invention sont fournis sous forme de rapports dimensionnels, qui permettent d'appliquer 25 l'invention à des machines électriques tournantes de toutes tailles. L'invention embrasse donc toutes les variantes possibles de réalisation dans la limite de l'objet des revendications ci-après. REVENDICATIONS1) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine électrique tournante telle qu'alternateur ou alterno-démarreur de véhicule s automobile, ledit porte-balais (6) étant du type de ceux aptes à guider aux moins des premier et second balais, en contact avec deux bagues collectrices correspondantes d'un rotor de ladite machine, au moyen de premier et second logements longitudinaux respectifs (7) agencés en direction desdites bagues collectrices dans un corps (6) sensiblement parallélépipédique en matière io électriquement isolante s'étendant sensiblement dans un plan axial dudit rotor, chacun desdits premier et second logements (7) étant munis d'au moins une première rainure intérieure longitudinale respective (9) en communication avec au moins un canal (11) agencé dans ledit corps selon une direction axiale (XX') dudit rotor et destiné à être traversé par un fluide de refroidissement (8,12), tel que l'air, ls caractérisé en ce qu'une première section droite de ladite première rainure intérieure (9) est comprise entre 50/0 et 70/0 d'une deuxième section droite desdits logements (7). 2) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine 20 électrique tournante selon la revendication 1 précédente, caractérisé en ce que lesdites premières rainures intérieures correspondant respectivement aux premier et second logements longitudinaux (7) ont des premières sections droites respectives qui sont différentes. 25 3) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2 précédente, caractérisé en ce que chacun desdits premier et second logements (7) est en outre muni d'au moins une seconde rainure intérieure longitudinale (10) en communication, ou non, avec ledit canal (11) et présentant une troisième section droite inférieure ou égale à 30 ladite deuxième section droite. 4) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 précédentes,-8- caractérisé en ce que ladite première section droite est un premier rectangle, préférentiellement de dimensions sensiblement égales à 2,0 mm x 1,8 mm. 5) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine s électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 précédentes, caractérisé en ce que ladite deuxième section droite est globalement un deuxième rectangle dont les grands côtés présentent chacun une partie en arc de cercle (13). 6) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine io électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 précédentes, caractérisé en ce que ledit corps (6) comporte des ailettes de refroidissement (14) parallèles à ladite direction axiale (XX') agencées sur au moins une face longitudinale (15). ls 7) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine électrique tournante selon la revendication 6 précédente, caractérisé en ce que lesdites ailettes (14) présentent un profil carré ou triangulaire ou trapézoïdal. 8) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine 20 électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 6 à 7 précédentes, caractérisé en ce lesdites ailettes (14) sont agencées sur ladite face longitudinale (15) qui est opposée audit régulateur de tension (5). 9) Ensemble monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine 25 électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 6 à 8 précédentes, caractérisé en ce lesdites ailettes (14), de préférence au nombre de 12, présentent un pas longitudinal sensiblement égal à 2 mm et une hauteur d'environ 0,9 mm. 10) Machine électrique tournante caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble 30 monobloc régulateur de tension - porte-balais (1) de machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 précédentes.