FR2711283A1 - Vehicle alternator with enhanced cooling - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention concerne une machine électrique tournante. The present invention relates to a rotary electrical machine.
L'invention concerne notamment un alternateur de véhicule automobile. The invention relates in particular to a motor vehicle alternator.
Les machines électriques tournantes sont constituées pour l'essentiel d'un rotor et d'un stator qui délimite au moins en partie une enceinte & l'intérieur de laquelle le rotor est monté tournant. Rotating electrical machines essentially consist of a rotor and a stator which at least partially delimits an enclosure & inside which the rotor is mounted rotating.
Ce type de machine électrique tournante qui, en fonctionnement, dégage de la chaleur est généralement refroidi par air. This type of rotating electric machine which, in operation, generates heat is generally air-cooled.
Un tel procédé de refroidissement faisant appel à un ou plusieurs ventilateurs et/ou à une circulation forcée d'air n'est pas entièrement satisfaisant dans la mesure où il est bruyant et insuffisant. Such a cooling method using one or more fans and / or forced air circulation is not entirely satisfactory insofar as it is noisy and insufficient.
C'est notamment le cas pour un alternateur équipant un véhicule automobile qui, pour posséder des performances élevées en fonctionnement dans un environnement de plus en plus chaud, doit être équipé d'un ventilateur le plus efficace possible qui, compte tenu de l'état actuel de la technique des ventilateurs, est générateur de bruits importants, notamment pour les régimes élevés de rotation de l'alternateur. This is particularly the case for an alternator fitted to a motor vehicle which, in order to have high performance in operation in an increasingly hot environment, must be equipped with the most efficient fan possible which, taking into account the state current fan technology, generates significant noise, especially for high speeds of rotation of the alternator.
Les problèmes d'échauffement sont particulièrement critiques dans le cas d'un alternateur car l'un des flasques radiaux du stator porte, directement ou indirectement, le pont électrique redresseur sur sa paroi externe. The heating problems are particularly critical in the case of an alternator because one of the radial flanges of the stator carries, directly or indirectly, the electric rectifier bridge on its external wall.
Ce dispositif dissipe une quantité de chaleur importante en fonctionnement. La chaleur dissipée par le pont redresseur provoque l'échauffement du flasque radial du stator qui transmet la chaleur reçue par convection & l'air contenu dans l'enceinte du stator. De plus, le palier de l'arbre du rotor agencé dans ce flasque radial est insuffisamment refroidi. This device dissipates a significant amount of heat during operation. The heat dissipated by the rectifier bridge causes the radial flange of the stator to heat up, which transmits the heat received by convection to the air contained in the enclosure of the stator. In addition, the bearing of the rotor shaft arranged in this radial flange is insufficiently cooled.
Afin de résoudre les problèmes d'échauffement d'un alternateur, il a déjà été proposé d'adopter un refroidissement plus efficace et plus silencieux en utilisant par exemple une circulation extérieure d'eau. In order to solve the problems of overheating of an alternator, it has already been proposed to adopt a more efficient and quieter cooling by using for example an external circulation of water.
L'alternateur comporte dans ce cas un boîtier qui entoure au moins partiellement le stator et qui délimite avec ce dernier une chambre annulaire périphérique de refroidissement remplie d'un fluide caloporteur tel que de l'eau ou de l'huile.The alternator in this case comprises a housing which at least partially surrounds the stator and which delimits with the latter an annular peripheral cooling chamber filled with a heat transfer fluid such as water or oil.
Un tel mode de refroidissement permet de supprimer les ventilateurs, et donc de réduire les bruits de fonctionnement, et d'obtenir un refroidissement suffisant du stator. Such a cooling mode makes it possible to eliminate the fans, and therefore to reduce operating noise, and to obtain sufficient cooling of the stator.
Le refroidissement de l'équipage tournant constitué de l'arbre du rotor, des roues polaires et de la bobine d'excitation demeure toutefois insuffisant et la chaleur dissipée dans le rotor et par le rotor ne peut s'évacuer que très faiblement à travers le flasque du stator puis ensuite vers le circuit d'eau de refroidissement, la capacité de dissipation thermique de la partie d'extrémité du stator étant faible. However, the cooling of the rotating assembly consisting of the rotor shaft, the pole wheels and the excitation coil remains insufficient and the heat dissipated in the rotor and by the rotor can only be dissipated very weakly through the flange of the stator then to the cooling water circuit, the heat dissipation capacity of the end part of the stator being low.
L'invention a pour but de proposer une machine électrique tournante du type mentionné précédemment dont la conception permet de remédier aux inconvénients inhérents à sa structure et permet notamment un meilleur refroidissement global de la machine. The object of the invention is to propose a rotary electric machine of the type mentioned above, the design of which overcomes the drawbacks inherent in its structure and in particular allows better overall cooling of the machine.
Dans ce but, l'invention propose une machine électrique tournante caractérisée en ce que le rotor comporte au moins un radiateur qui accroît la surface d'échange thermique entre le rotor et l'air contenu dans l'enceinte du stator. To this end, the invention provides a rotary electrical machine characterized in that the rotor comprises at least one radiator which increases the heat exchange surface between the rotor and the air contained in the enclosure of the stator.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- la machine comporte au moins un élément de radiateur réalisé sous la forme d'un disque de refroidissement traversé par l'arbre du rotor et qui est en contact par l'une de ses faces radiales avec au moins une portion d'une face radiale d'extrémité du rotor
- l'autre face radiale du disque de refroidissement comporte au moins une nervure de refroidissement
- la nervure de refroidissement est une nervure annulaire ;
- le radiateur est adjacent à une portion en visà-vis de la paroi interne du stator ;
- le stator comporte au moins un flasque d'extrémité qui est traversé par l'arbre du rotor, et l'autre face radiale du disque de refroidissement est adjacente à la paroi interne en vis-à-vis du flasque du stator
- la paroi interne du flasque du stator comporte au moins une rainure annulaire dans laquelle est reçue la nervure annulaire de refroidissement du disque de refroidissement
- l'autre face radiale du disque de refroidissement comporte une série de nervures annulaires de refroidissement concentriques
- le stator est entouré au moins partiellement par une chambre de refroidissement remplie d'un fluide caloporteur ;
- la chambre de refroidissement s'étend en regard de la paroi externe du flasque radial d'extrémité du stator.According to other features of the invention
- the machine comprises at least one radiator element produced in the form of a cooling disc traversed by the rotor shaft and which is in contact by one of its radial faces with at least a portion of a radial face rotor end
- the other radial face of the cooling disc has at least one cooling rib
- The cooling rib is an annular rib;
- The radiator is adjacent to a portion opposite the internal wall of the stator;
- The stator has at least one end flange which is crossed by the rotor shaft, and the other radial face of the cooling disc is adjacent to the internal wall opposite the stator flange
- The internal wall of the stator flange has at least one annular groove in which is received the annular rib for cooling the cooling disc
the other radial face of the cooling disc comprises a series of annular concentric cooling ribs
- The stator is surrounded at least partially by a cooling chamber filled with a heat transfer fluid;
- The cooling chamber extends opposite the outer wall of the radial end flange of the stator.
L'invention propose également un alternateur de véhicule automobile caractérisé en ce qu'il est réalisé conformément aux enseignements de l'invention relatifs à la conception d'une machine électrique tournante. The invention also provides a motor vehicle alternator characterized in that it is produced in accordance with the teachings of the invention relating to the design of a rotary electrical machine.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels
- La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un alternateur de véhicule automobile réalisé conformément aux enseignements de l'invention
- la figure 2 est à plus grande échelle d'un détail de la figure 1 ; et
- la figure 3 est une vue en section selon la ligne 3-3 de la figure 1.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the detailed description which follows for the understanding of which reference will be made to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is an axial sectional view of a motor vehicle alternator produced in accordance with the teachings of the invention
- Figure 2 is on a larger scale of a detail of Figure 1; and
- Figure 3 is a sectional view along line 3-3 of Figure 1.
L'alternateur 10 illustré sur les figures 1 à 3 comporte un rotor 12 constitué notamment d'une série de roues polaires 14A et 14B qui sont liées en rotation à l'arbre tournant 16 du rotor 12. The alternator 10 illustrated in FIGS. 1 to 3 comprises a rotor 12 consisting in particular of a series of pole wheels 14A and 14B which are linked in rotation to the rotating shaft 16 of the rotor 12.
Le rotor 12 est monté tournant à l'intérieur d'un stator 18 comportant une jupe annulaire cylindrique 20 à l'intérieur de laquelle est agencé un enroulement statorique 22. The rotor 12 is mounted to rotate inside a stator 18 comprising a cylindrical annular skirt 20 inside which a stator winding 22 is arranged.
Le stator 18 est fermé à ses deux extrémités axiales opposées par un premier flasque radial d'extrémité 24 réalisé venu de matière avec la jupe 20 et par un second flasque radial d'extrémité 26. The stator 18 is closed at its two opposite axial ends by a first radial end flange 24 produced integrally with the skirt 20 and by a second radial end flange 26.
Chacun des deux flasques radiaux 24 et 26 porte un palier à roulement à billes 28, 30 pour le montage à rotation de l'arbre 16. Each of the two radial flanges 24 and 26 carries a ball bearing 28, 30 for the rotational mounting of the shaft 16.
La première extrémité axiale 32 de l'arbre 16 traverse le premier flasque 24 tandis que sa seconde extrémité 34 traverse le second flasque 26 et porte une poulie d'entraînement 36. The first axial end 32 of the shaft 16 passes through the first flange 24 while its second end 34 passes through the second flange 26 and carries a drive pulley 36.
Afin de réduire la température de fonctionnement de l'alternateur 10, et notamment d'évacuer la chaleur régnant dans l'enceinte 13 du stator 18, l'alternateur 10 est, dans cet exemple, refroidi par eau. In order to reduce the operating temperature of the alternator 10, and in particular to remove the heat prevailing in the enclosure 13 of the stator 18, the alternator 10 is, in this example, water-cooled.
A cet effet, le stator 18 est entouré par un boîtier 38 qui comporte une jupe cylindrique périphérique 40 qui s'étend sensiblement parallèlement à la jupe 20 du stator 18 et qui se prolonge radialement vers l'intérieur par une cloison radiale d'extrémité 42 qui s'étend parallèlement au premier flasque radial d'extrémité 24 du stator 18 et dont une portion annulaire interne 44, en forme de coussinet, reçoit directement le palier 28 et est centrée dans une portée correspondante 46 du flasque 24. To this end, the stator 18 is surrounded by a housing 38 which has a peripheral cylindrical skirt 40 which extends substantially parallel to the skirt 20 of the stator 18 and which is extended radially inwards by a radial end partition 42 which extends parallel to the first radial end flange 24 of the stator 18 and of which an internal annular portion 44, in the form of a bearing, directly receives the bearing 28 and is centered in a corresponding bearing 46 of the flange 24.
La liaison entre le stator 18, le second flasque 26 et le boîtier 38 est assurée par une série de vis 48 dont l'une est illustrée sur la figure 1. The connection between the stator 18, the second flange 26 and the housing 38 is provided by a series of screws 48, one of which is illustrated in FIG. 1.
Les jupes 20 et 40 délimitent une chambre annulaire périphérique 50 de refroidissement qui communique avec une chambre latérale de refroidissement 52 qui est délimitée par la paroi externe 54 du flasque 24 du stator 18 et par la paroi interne en vis-à-vis 56 de la cloison 42 du boîtier 38. The skirts 20 and 40 delimit a peripheral annular cooling chamber 50 which communicates with a lateral cooling chamber 52 which is delimited by the external wall 54 of the flange 24 of the stator 18 and by the internal wall opposite 56 of the partition 42 of housing 38.
Les chambres de refroidissement communiquantes 50 et 52 sont reliées à un circuit externe de circulation d'eau (non représenté) par des raccords 58. The communicating cooling chambers 50 and 52 are connected to an external water circulation circuit (not shown) by fittings 58.
Conformément aux enseignements de l'invention, et afin d'améliorer le refroidissement de l'alternateur 10, le rotor 12 est équipé d'un radiateur 60. In accordance with the teachings of the invention, and in order to improve the cooling of the alternator 10, the rotor 12 is equipped with a radiator 60.
Comme cela est représenté plus en détail sur la figure 2, le radiateur 60 est une pièce moulée qui présente sensiblement la forme d'un disque traversé en son centre 62 par l'arbre 16 du rotor 12. As shown in more detail in FIG. 2, the radiator 60 is a molded part which has substantially the shape of a disc traversed at its center 62 by the shaft 16 of the rotor 12.
Le disque de refroidissement est en contact par sa face radiale 64 avec la face radiale en vis-à-vis 66 des pièces polaires 14A du rotor. The cooling disc is in contact by its radial face 64 with the radial face opposite 66 of the pole pieces 14A of the rotor.
Un serrage des surfaces en contact 64 et 66 est assuré par des rivets 70. The contact surfaces 64 and 66 are tightened by rivets 70.
Le disque de refroidissement 60 est conçu sous la forme d'un radiateur, c'est-à-dire qu'il comporte une surface d'échange thermique importante qui est obtenue grâce à deux nervures annulaires concentriques 72 et 74 formées en relief sur la face radiale 76 du disque 60 tournée vers le flasque 24. The cooling disc 60 is designed in the form of a radiator, that is to say that it has a large heat exchange surface which is obtained by means of two concentric annular ribs 72 and 74 formed in relief on the radial face 76 of the disc 60 facing the flange 24.
Conformément à une autre caractéristique de l'invention, et afin d'évacuer quasi directement la chaleur du rotor en direction de l'eau de refroidissement, chacune des nervures annulaires 72, 74 est reçue avec un jeu minimal dans une rainure annulaire correspondante 78, 80 qui sont toutes les deux formées dans une portion en saillie 82 de la paroi radiale interne 25 du flasque 24 du stator. In accordance with another characteristic of the invention, and in order to dissipate the heat of the rotor almost directly in the direction of the cooling water, each of the annular ribs 72, 74 is received with minimal clearance in a corresponding annular groove 78, 80 which are both formed in a projecting portion 82 of the internal radial wall 25 of the flange 24 of the stator.
Les nervures ou ailettes annulaires 72, 74 permettent donc d'accroître la surface et le coefficient d'échange thermique entre le rotor et l'air contenu dans l'enceinte 13 et leur coopération avec les rainures 78 et 80 permet de dissiper directement une partie de la chaleur du rotor en direction de la chambre latérale de refroidissement 52. The annular ribs or fins 72, 74 therefore make it possible to increase the surface area and the heat exchange coefficient between the rotor and the air contained in the enclosure 13 and their cooperation with the grooves 78 and 80 makes it possible to directly dissipate a portion rotor heat towards the side cooling chamber 52.
L'ensemble des nervures 72, 74 et des rainures 78, 80 est tel qu'il permet le mouvement relatif de rotation du rotor 12 et de son disque de refroidissement 60 sans qu'il n'y ait de contact, ni de frottement, supplémentaire avec les parties fixes, les nervures et rainures étant séparées par des fines lames d'air. The set of ribs 72, 74 and grooves 78, 80 is such that it allows the relative rotational movement of the rotor 12 and of its cooling disc 60 without there being any contact or friction, additional with the fixed parts, the ribs and grooves being separated by fine air knives.
La forme annulaire des nervures et des rainures offre de plus une très faible résistance par frottement dans l'air lors de la rotation du rotor par rapport au stator. The annular shape of the ribs and grooves also offers very low resistance by friction in the air when the rotor rotates relative to the stator.
Dans l'exemple de réalisation illustré sur les figures, les nervures 72, 74 et les rainures 78, 80 sont continues mais il est possible, à titre de variante, de prévoir des fentes destinées à favoriser la circulation de l'air dans l'enceinte 13. In the embodiment illustrated in the figures, the ribs 72, 74 and the grooves 78, 80 are continuous but it is possible, as a variant, to provide slots intended to promote the circulation of air in the pregnant 13.
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| FR2711283A1 true FR2711283A1 (en) | 1995-04-21 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |
Effective date: 20100630 |