Brevet FR3065592A1 — publié le 20181026

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN PALIER À CONFIGURATION AMÉLIORANT LE REFROIDISSEMENT La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un palier à configuration améliorant le refroidissement. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, dans le domaine des alternateurs et des machines électriques réversibles pour véhicule automobile. Un alternateur transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique. Une machine réversible permet également de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique, notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. De façon connue en soi, un alternateur comporte un carter et, à l'intérieur de celui-ci, un rotor à griffes solidaire en rotation d'un arbre, et un stator qui entoure le rotor avec présence d'un entrefer. Une poulie fixée sur l'extrémité avant de l'arbre appartient à un dispositif de transmission de mouvement à courroie entre le moteur thermique et la machine électrique. Le stator comporte un corps en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches pour le montage des enroulements de phase du bobinage statorique. Ces enroulements de phase forment des chignons s'étendant en saillie de part et d'autre du corps de stator. Ces enroulements de phase sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à au moins un module électronique de redressement comportant des éléments redresseurs, tels que des diodes ou des transistors. Par ailleurs, le rotor comporte deux roues polaires. Chaque roue polaire présente un plateau d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de griffes par exemple de forme trapézoïdale et d'orientation axiale. Les griffes d'une roue sont dirigées axialement vers le plateau de l'autre roue. Chaque griffe d'une roue polaire pénètre dans l'espace existant entre deux griffes voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les griffes des roues polaires sont imbriquées les unes par rapport aux autres. L'arbre du rotor est porté à rotation par le palier avant et le palier 3065 592 2 arrière du carter. A cet effet, les paliers sont de forme creuse et sont munis chacun centralement d'un roulement à billes. Les paliers comportent des ouvertures axiales et latérales en vue de permettre le refroidissement de l'alternateur par circulation d'air engendrée par la rotation de ventilateurs 5 positionnés sur les faces d'extrémité du rotor. Chaque ventilateur est pourvu d'une pluralité de pales. Les ouvertures latérales ménagées dans les paliers sont situées en regard des chignons correspondants. Il a toutefois été observé que l'alternateur pouvait rencontrer des surchauffes lors d'essais réalisés à des températures élevées, de l'ordre de 10 100°C notamment, représentatives des contraintes thermiques importantes dans l'environnement en sous-capot du véhicule dans lequel est située la machine électrique tournante. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une machine électrique tournante pour véhicule automobile 15 comportant: - un stator comprenant un corps et un bobinage, - au moins un palier muni d'un logement de réception d'un roulement, - le palier comportant un plateau et une jupe, - la jupe comportant au moins un trou traversant pour le passage d'un 20 organe de fixation, caractérisée en ce que - le palier comporte deux bras délimitant entre eux une portion angulaire du palier, - ladite portion angulaire du palier comportant le trou traversant pour le 25 passage de l'organe de fixation et une ouverture traversante pour le passage d'air de refroidissement de la machine électrique tournante. L'invention permet ainsi, grâce à la configuration en angle des bras du plateau, d'optimiser l'ouverture d'air en fonction du diamètre de la machine électrique, dans la mesure où plus le diamètre du palier est important, plus la 30 surface de l'ouverture d'air est importante. On améliore ainsi le refroidissement de la machine électrique tournante qui fonctionne dans un environnement thermique sévère. Selon une réalisation, la portion angulaire forme un angle aigu ouvert 3065592 3 en direction de la jupe. Selon une réalisation, l'angle aigu est compris entre 5 et 30 degrés. Selon une réalisation, suivant un rayon du palier, on rencontre successivement une ouverture centrale de passage d'un arbre, l'ouverture 5 traversante pour le passage d'air de refroidissement, et le trou traversant pour le passage de l'organe de fixation. Selon une réalisation, une surface d'une section de l'ouverture traversante pour le passage d'air de refroidissement est supérieure à une surface d'une section du trou pour le passage de l'organe de fixation. 10 Selon une réalisation, les bras sont symétriques par rapport à un plan passant par un centre du trou pour le passage de l'organe de fixation et un centre d'une ouverture centrale de passage d'un arbre de ladite machine électrique tournante. Selon une réalisation, les bras se prolongent dans une zone du 15 plateau à bords parallèles. Selon une réalisation, une épaisseur des bras est comprise entre 5 et 20 mm. Selon une réalisation, le plateau comporte une pluralité d'ouvertures axiales de passage d'air de refroidissement. 20 Selon une réalisation, le palier comporte une pluralité d'ouvertures latérales de passage d'air de refroidissement ménagées au moins dans la jupe. Selon une réalisation, les ouvertures latérales pour le passage d'air de refroidissement sont délimitées par des ailettes inclinées par rapport aux 25 bras. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 3065592 4 La figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'un alternateur selon la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective partielle d'un palier de la machine électrique tournante selon la présente invention; 5 La figure 3 est une vue en dessus illustrant une configuration des bras ménagés dans le palier selon l'invention délimitant une ouverture de passage d'air de refroidissement; La figure 4 est une vue en perspective illustrant une deuxième configuration des bras ménagés dans le palier selon l'invention délimitant 10 une ouverture de passage d'air de refroidissement. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. On a représenté sur la figure 1 un alternateur 10 compact et polyphasé, notamment pour véhicule automobile. Cet alternateur 10 15 transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique et peut être réversible. Un tel alternateur 10 réversible, appelé alterno-démarreur, permet de transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule. Cet alternateur 10 comporte un carter 11 et, à l'intérieur de celui-ci, un 20 rotor à griffes 12 monté sur un arbre 13, et un stator 16 qui entoure le rotor 12. Une poulie 14 est fixée sur l'arbre 13. Cette poulie appartient à un dispositif de transmission de mouvement à courroie entre l'alternateur 10 et le moteur thermique du véhicule automobile. Le stator 16 s'étend suivant un axe X coaxial avec l'axe de l'arbre 13. 25 Le stator 16 comporte un corps 19 en forme d'un paquet de tôles doté de dents délimitant des encoches pour le montage d'un bobinage 18. Le bobinage 18 comporte des enroulements de phase traversant les encoches du corps de stator 19 et formant un chignon avant 20 et un chignon arrière 21 de part et d'autre du corps de stator 19. 30 Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil 3065592 5 continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme de barre, tels que des épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés connectés en étoile ou en triangle, dont les sorties sont reliées à au moins un pont 5 redresseur comportant des éléments redresseurs tels que des diodes ou des transistors du type MOSFET, notamment lorsqu'il s'agit d'un alternodémarreur comme décrit par exemple dans le document FR2745445. Le rotor 12 comporte deux roues polaires 24, 25 présentant chacune un plateau 28 d'orientation transversale pourvu à sa périphérie externe de 10 griffes 29 par exemple de forme trapézoïdale et d'orientation axiale. Les griffes 29 d'une roue 24, 25 sont dirigées axialement vers le plateau 28 de l'autre roue. Chaque griffe 29 d'une roue polaire 24, 25 pénètre dans l'espace existant entre deux griffes 29 voisines de l'autre roue polaire, de sorte que les griffes 29 des roues polaires 24, 25 sont imbriquées les unes 15 par rapport aux autres. Un noyau cylindrique 30 est intercalé axialement entre les plateaux 28 des roues 24, 25. En l'occurrence, le noyau 30 consiste en deux demi-noyaux appartenant chacun à l'un des plateaux 28. Ce noyau 30 porte à sa périphérie externe une bobine d'excitation 31 bobinée dans un isolant 20 intercalé radialement entre le noyau 30 et la bobine 31. Par ailleurs, le carter 11 comporte des paliers avant 35 et arrière 36 assemblés l'un avec l'autre au moyen d'organes de fixation, tel que des tirants. Les paliers 35, 36 sont de forme creuse et sont munis chacun centralement d'un logement de réception 37, 38 d'un roulement à billes pour 25 le montage à rotation de l'arbre 13 du rotor. Une ouverture centrale 39 autorise le passage de l'arbre 13. Le palier arrière 36 porte un porte-balais 40 muni de balais 41 destinés à venir frotter contre des bagues 44 d'un collecteur 45 reliées par des liaisons filaires au bobinage d'excitation 31. Les balais 41 sont reliés électriquement à un régulateur de tension. 30 Les paliers avant 35 et arrière 36 comportent des ouvertures axiales 50 et latérales 51 en vue de permettre le refroidissement de l'alternateur 10 par circulation d'air engendrée par la rotation de ventilateurs 48 positionnés sur les faces avant et arrière du rotor. Chaque ventilateur 48 est pourvu 3065592 6 d'une pluralité de pales 49. Les ouvertures latérales 51 sont situées en regard des chignons avant 20 et arrière 21 correspondants. Plus précisément, comme on peut le voir sur la figure 2, le palier avant 35 comporte un plateau 53 d'orientation transversale et une jupe 54 issue 5 d'une périphérie externe du plateau 53 s'étendant axialement selon l'axe X. Les ouvertures axiales 50 sont réalisées dans le plateau 53. Les ouvertures latérales 51 sont ménagées au moins dans la jupe 54. En effet, s'il y a lieu, une portion des ouvertures latérales 51 pourra s'étendre dans le plateau 53. Les ouvertures latérales 51 sont délimitées par des ailettes 57 10 inclinées par rapport aux bras 61 décrits plus en détails ci-après. Il existe ainsi une alternance d'ouvertures 51 et d'ailettes 57 suivant la circonférence du palier 35, deux ouvertures 51 successives étant séparées par une ailette 57. En outre, la jupe 54 comporte au moins un trou traversant 59 pour le 15 passage d'un organe de fixation, tel qu'un tirant, pour maintenir le palier 35 en appui contre le corps de stator 19, ou contre l'autre palier 36. Comme cela est visible sur les figures 2 et 3, le palier 35 comporte deux bras 61 délimitant entre eux une portion angulaire 62 du palier 35. La portion angulaire 62 forme un angle aigu Al ouvert en direction de la jupe 54. 20 La portion angulaire 62 du palier 35 comporte le trou traversant 59 pour le passage de l'organe de fixation et une ouverture traversante 63 supplémentaire pour le passage d'air de refroidissement de la machine électrique tournante 10. Suivant un exemple de réalisation, le palier 35 comporte quatre trous 59 de passage d'organes de fixation espacés 25 angulairement entre eux de manière régulière et quatre ensembles de bras 61 associés. La surface de la section de l'ouverture traversante 63 est supérieure à la surface d'une section du trou 59 pour le passage de l'organe de fixation. Suivant cette configuration, suivant un rayon du palier 35 et lorsqu'on 30 se déplace du centre vers la périphérie externe du palier 35, on rencontre successivement l'ouverture centrale 39 de passage de l'arbre 13, l'ouverture 3065592 7 traversante 63 pour le passage d'air de refroidissement, et le trou traversant 59 pour le passage de l'organe de fixation. Avantageusement, les bras 61 sont symétriques par rapport à un plan P1 passant par le centre du trou de passage 59 de l'organe de fixation et le 5 centre de l'ouverture centrale 39 de passage de l'arbre 13. Autrement dit, l'angle A2 que forme un bras 61 avec le plan P1 et l'angle A3 que forme l'autre bras 61 par rapport au plan P1 sont égaux. Suivant un exemple de réalisation, l'angle aigu Al formé par les bras 61 est compris entre 5 et 30 degrés, c'est-à-dire que les angles A2 et A3 sont 10 compris chacun entre 2.5 et 15 degrés. Les bras 61 présentent également des portions qui s'étendent parallèlement l'une par rapport à l'autre. Ces portions parallèles sont situées entre la partie centrale du palier 35 et les portions des bras 61 inclinées l'une par rapport à l'autre. Ainsi, les bras 61 se prolongent dans une zone du 15 plateau 60 à bords parallèles. Afin de garantir la tenue mécanique du palier 35, une épaisseur des bras 61 est comprise entre 5 et 20 mm. La configuration en angle des bras 61 du palier 35 permet d'optimiser l'ouverture de passage d'air 63 en fonction du diamètre de la machine 20 électrique 10, dans la mesure où plus le diamètre du palier 35 est important, plus la surface de l'ouverture de passage d'air 63 est importante. On améliore ainsi le refroidissement de la machine électrique 10. Il sera ainsi possible d'augmenter la largeur circonférentielle de l'ouverture 63 avec l'augmentation du diamètre de la machine électrique 10. 25 La hauteur de l'ouverture 63 pourra également être augmentée en fonction du besoin de l'application, comme cela est illustré par la figure 4. Par ailleurs, comme cela est illustré par les figures 2 et 4, le trou de passage 59 de l'organe de fixation est réalisé dans une face 64 du palier 35 d'orientation radiale située à une extrémité de l'ouverture de passage d'air 63 30 et s'étendant entre les deux bras 61. Du côté de son extrémité opposée, l'ouverture de passage d'air 63 peut être délimitée par une paroi amincie 65 3065592 8 s'étendant dans un plan radial qui permet de diriger le flux d'air vers l'extérieur de la machine électrique 10. Comme cela est bien visible sur la figure 3, les bords en vis-à-vis de la face 64 et de la paroi amincie 65 situés du côté externe de l'ouverture sont 5 décalés radialement l'un par rapport à l'autre. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. 10 En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10) pour véhicule automobile comportant: - un stator (16) comprenant un corps (19) et un bobinage (18), - au moins un palier (35) muni d'un logement de réception d'un roulement (38), - le palier (35) comportant un plateau (53) et une jupe (54), - la jupe (54) comportant au moins un trou traversant (59) pour le passage d'un organe de fixation, caractérisée en ce que - le palier (35) comporte deux bras (61) délimitant entre eux une portion angulaire (62) du palier (35), - ladite portion angulaire (62) du palier (35) comportant le trou traversant (59) pour le passage de l'organe de fixation et une ouverture traversante (63) pour le passage d'air de refroidissement de la machine électrique tournante. 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que la portion angulaire (62) forme un angle aigu (A1) ouvert en direction de la jupe (54). 3. Machine électrique tournante selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'angle aigu (A1) est compris entre 5 et 30 degrés. 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que, suivant un rayon du palier (35), on rencontre successivement une ouverture centrale (39) de passage d'un arbre (13), l'ouverture traversante (63) pour le passage d'air de refroidissement, et le trou traversant (59) pour le passage de l'organe de fixation. 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une surface d'une section de l'ouverture traversante (63) pour le passage d'air de refroidissement est supérieure à une surface d'une section du trou (59) pour le passage de 3065592 10 l'organe de fixation. 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les bras (61) sont symétriques par rapport à un plan (P1) passant par un centre du trou (59) pour le passage 5 de l'organe de fixation et un centre d'une ouverture centrale (39) de passage d'un arbre (13) de ladite machine électrique tournante. 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les bras (61) se prolongent dans une zone du plateau (60) à bords parallèles. 10 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'une épaisseur des bras (61) est comprise entre 5 et 20 mm. 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que le plateau (53) comporte une 15 pluralité d'ouvertures axiales (50) de passage d'air de refroidissement. 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le palier (35) comporte une pluralité d'ouvertures latérales (51) de passage d'air de refroidissement ménagées au moins dans la jupe (54). 20 11. Machine électrique tournante selon la revendication 10, caractérisée en ce que les ouvertures latérales (51) pour le passage d'air de refroidissement sont délimitées par des ailettes (57) inclinées par rapport aux bras (61). 25