FR2848737A1 - Dispositif de ventilation pour machine electrique tournante - Google Patents

Abstract

Le dispositif de ventilation (24) est adapté à être fixé sur le rotor d'une machine électrique tournante, notamment un alternateur ou un alterno-démarreur de véhicule automobile, et comporte au moins deux ventilateurs (124, 224) comportant chacun un flasque (25,125) et une série de pales (29, 129 -31) ; au moins entre deux pales consécutives (31) de l'un des ventilateurs (124,224) est implantée au moins une pale (29) de l'autre des ventilateurs.

Description

La présente invention concerne un dispositif de

ventilation pour une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile.

Une telle machine peut être un alternateur ou un alterno-démarreur pour véhicule automobile ou un autre type de machine électrique tournante et est décrite par exemple dans les documents FR A 2 602 925 et JP A 6121497, auxquels on se reportera pour plus de précisions.

Cette machine comporte un support creux pour fixation de la machine sur une partie fixe, un stator et un rotor portant un dispositif de ventilation.

Le stator entoure le rotor, qui est solidaire d'un arbre de rotor.

Le support porte à sa périphérie externe le stator et centralement des paliers, tels que des roulements à une ou deux rangées de billes, pour montage rotatif de l'arbre de rotor en sorte que le rotor et le stator sont montés à l'intérieur du support avantageusement en deux parties 20 appelées palier avant et palier arrière.

Dans ce type de machine le rotor et / ou le stator comportent au moins un bobinage en sorte que la machine chauffe en fonctionnement. Des frottements mécaniques se produisent également en fonctionnement. Ces frottements contribuent à l'échauffement de la machine.

La machine dans certaines applications, notamment lorsqu'il s'agit d'un alternateur ou d'un alterno-démarreur pour véhicule automobile, porte des composants 30 électroniques qu'il faut protéger contre tout échauffement excessif pour éviter leur destruction.

Pour toutes ces raisons il faut refroidir la machine électrique tournante.

Afin de rendre compact cette machine et de refroidir celle-ci par circulation d'un fluide de refroidissement, en général de l'air, on prévoit de fixer sur l'une au moins des extrémités axiales du rotor un ventilateur et de doter 5 le support d'ouvertures d'entrée d'air et de sortie d'air comme divulgué dans les documents FR A 2 602 925 et JP A 6121497 précités.

Ce ventilateur comporte un flasque et une série de 10 pales de ventilation s'étendant en saillie axiale à partir de ce dernier.

Pour diminuer les bruits de la machine électrique tournante tout en améliorant la ventilation de celle-ci on 15 a proposé dans le document FR A 2 811 156 de doter le ventilateur d'une deuxième série de pales.

Grâce à cette disposition on réduit les risques de décollement de la veine de fluide de refroidissement par rapport aux pales de la première série de pales. 20 L'écoulement de ce fluide de refroidissement est plus laminaire et s'effectue donc avec peu de frottement et de bruit. Les recirculations de fluide sont empêchées.

Ce type de dispositif de ventilation donne satisfaction néanmoins il est souhaitable de rendre le dispositif de ventilation encore plus économique tout en ayant la possibilité d'avoir le nombre et/ou la grandeur de pales désiré.

La présente invention a pour objet de répondre de manière simple à ces souhaits.

Suivant l'invention un dispositif de ventilation du type sus indiqué est caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux ventilateurs comportant chacun un flasque et une série de pales saillantes et en ce qu'au moins entre deux 5 pales consécutives de l'un des ventilateurs est implantée au moins une pale de l'autre ventilateur.

Grâce à l'invention on a une plus grande liberté pour donner la forme, la hauteur et la longueur voulues aux 10 pales.

En outre on peut de manière simple et économique augmenter le nombre total de pales du fait que celles-ci appartiennent à deux ventilateurs distincts.

De manière simple et économique on obtient les mêmes 15 avantages de fonctionnement que dans le document FR A 2 811 156.

De plus on rigidifie le dispositif de ventilation du fait que celui-ci comporte au moins deux ventilateurs ce qui permet de s'affranchir de la présence de nervures de 20 rigidification.

L'un des ventilateurs est dans une forme de réalisation du type standard et l'autre du type adaptable en fonction des applications.

Certaines au moins des pales de l'un des ventilateurs peuvent être de configuration identique, voir même être identiques, à certaines au moins des pales de l'autre ventilateur. De manière économique les deux flasques et les deux 30 ventilateurs sont dans une forme de réalisation métallique, par exemple en tôle, en sorte que les pales des deux séries sont obtenues simplement par découpe et pliage.

Cette disposition permet une fabrication économique en grande série. En outre les flasques peuvent avoir une épaisseur inférieure à celle du flasque d'un dispositif de ventilation à ventilateur unique. Les ventilateurs sont donc plus facilement réalisables.

En variante les deux flasques sont obtenus par moulage en étant par exemple à base d'aluminium ou en matière plastique avantageusement renforcée par des fibres.

Grâce à cette disposition les pales peuvent avoir des 10 formes plus complexes.

Bien entendu l'une des séries de pales est dans une forme de réalisation obtenue par découpe et pliage à partir d'un flasque métallique et l'autre série de pales obtenue par moulage avec son flasque associé. Dans ce cas le 15 flasque métallique sert de renfort à l'autre flasque.

Les deux séries de pales sont dans une forme de réalisation obtenues par moulage avec leur flasque associé, l'un des flasques étant à base d'aluminium et l'autre à base de matière plastique.

Grâce à l'invention toutes les combinaisons sont possibles. Dans une forme de réalisation certaines au moins des pales de l'un des ventilateurs sont dirigées axialement vers le flasque de l'autre ventilateur. La fixation est 25 réalisée par exemple par collage ou soudage d'un flasque de l'un des ventilateurs sur le bord libre d'au moins certaines pales de l'autre ventilateur.

En variante les pales des ventilateurs sont dirigées axialement dans le même sens.

Dans une autre forme de réalisation les flasques des ventilateurs sont superposés Ces flasques des ventilateurs sont en contact direct ou indirect avec avantageusement intervention d'un moyen d'isolation thermique entre les deux flasques, par exemple avec interposition d'un revêtement ou d'une couche en matière thermiquement isolante. La fixation entre les deux flasques est assurée par tout moyen approprié par exemple 5 par collage, soudage avantageusement par point ou rivetage, les rivets étant avantageusement obtenus par extrusion à partir de l'un des flasques.

Avantageusement les deux flasques avec les pales forment un ensemble unitaire manipulable et transportable. 10 En variante l'un des ventilateurs avec sa série de pales est fixé par avance sur le rotor.

En variante les deux ventilateurs sont fixés, par exemple par soudage traversant, sur le rotor.

Toutes les combinaisons sont possibles.

Dans une forme de réalisation toutes les pales sont dirigées axialement en direction opposée au rotor. En variante certaines au moins des pales sont dirigées en sens inverse par rapport aux autres pales.

Ces pales dirigées en sens inverse appartiennent à un 20 même ventilateur ou aux deux ventilateurs.

Dans une forme de réalisation, la machine électrique comportant un rotor à griffes, certaines au moins des pales de l'un des ventilateurs pénètrent chacune dans l'intervalle existant entre deux dents du rotor à griffes. 25 Avantageusement un moyen d'indexation angulaire intervient entre les deux flasques des ventilateurs pour une positionner angulairement les pales les unes par rapport aux autres.

Par exemple chaque flasque est troué centralement et 30 présente à sa périphérie interne une encoche en sorte que par superposition des encoches on obtient la position angulaire requise des pales.

Bien entendu l'invention s'applique au cas ou un plus grand nombre de ventilateurs sont prévus.

Par exemple le dispositif de ventilation comporte dans un mode de réalisation trois ventilateurs superposés en 5 sorte que l'on peut diviser au moins certaines pales en deux parties avec présence d'un espace entre ces parties.

L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci 10 apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématisés annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels: -La figure 1 est une vue en coupe axiale d'un alternateur standard; -la figure 2 est une vue en perspective d'un dispositif de ventilation selon l'invention; -la figure 3 est une vue de l'avant du dispositif de 20 ventilation selon la figure 2; -la figure 4 est une vue de côté du dispositif de ventilation selon la figure 2.

la figure 1 a seulement pour but de rappeler 25 brièvement la structure générale d'un alternateur polyphasé à ventilation interne pour un moteur thermique de véhicule automobile, dans le but de placer l'invention dans son contexte d'utilisation préféré. Pour la compréhension de l'invention il suffit d'indiquer que 30 l'alternateur représenté comporte essentiellement un rotor 1 entouré d'un stator 2 et monté solidaire en rotation sur un arbre de rotor 3, dont l'extrémité avant porte à rotation une poulie d'entraînement 5 et l'extrémité arrière des bagues collectrices (non référencées) appartenant à un collecteur 6. La poulie 3 est destinée à être reliée au moteur thermique du véhicule par une transmission à courroie.

Le rotor 1 est ici du type à griffes et comporte deux roues polaires, désignées par les références 8a et 8b, présentant des dents d'orientation axiales décalées angulairement d'une roue à l'autre. Le numéro de référence 9 désigne le bobinage d'excitation du rotor 10 monté entre les roues 8a, 8b. Concernant le stator il suffit d'indiquer qu'il comporte un corps 11 doté intérieurement d'encoches pour le passage de fils ou d'épingles des bobinages 12 du stator. Les bobinages 12 traversent le corps 11, constitué par un paquet de tôles, 15 et s'étendent en saillie axiale de part et d'autre du corps 11 pour former un chignon avant et un chignon arrière (non référencés). Le nombre de bobinages 12 dépend des applications notamment du nombre de phases que comporte l'alternateur.

L'arbre de rotor 3 est supporté par des roulements à billes avant 14 et arrière 15 prévus dans des paliers respectivement avant 17 et arrière 18 ici ajourés pour circulation de l'air. Les paliers ont une forme creuse et sont conformés pour porter à leur périphérie externe le 25 corps 11 du stator. Des tirants ou des vis, visibles dans le document FR A 2 602 925 précité, relient entre eux les paliers 17, 18 constituant un support creux ou carter destiné à être fixé sur une partie fixe du véhicule.

La référence 16 désigne le dispositif classique de 30 redressement à diodes 16' du courant alternatif produit par la machine. Ce dispositif est relié aux sorties des bobinages 12 du stator et est porté ici par le palier arrière 18, qui porte également un régulateur de tension (non visible à la figure 1) et un porte-balais (représenté en partie à la figure 1). Les balais (non référencés), montés à coulissement dans le porte-balais, sont destinés à coopérer avec les bagues collectrices du 5 collecteur 6. Ces bagues sont reliées par des liaisons filaires aux extrémités du bobinage d'excitation 9, tandis que les balais sont reliés au régulateur de tension qui, de manière connue en soi, pilote ainsi le bobinage d'excitation.

L'alternateur comporte des ventilateurs avant 19 et arrière 20 fixés en rotation sur les faces frontales respectivement de la roue polaire avant 8a et la roue polaire arrière 8b. Ces faces frontales constituent les extrémités axiales du rotor.

Chaque ventilateur comporte une partie de flasque 21 appliqué et fixé sur la face frontale de la roue polaire de support et une pluralité de pales 22 saillantes axialement par rapport à la partie de flasque 21. Ces ventilateurs, qui s'étendent donc au voisinage du palier avant 17 et du 20 palier arrière 18, ont pour fonction de créer une circulation d'un fluide de refroidissement, en l'espèce de l'air, pour refroidir les parties actives les plus chaudes de l'alternateur comme les diodes 16' du dispositif de redressement 16, les roulements 14, 15, le bobinage du 25 rotor 1 et les bobinages 12 du stator, en passant à travers différentes ouvertures appropriées dans les paliers, de la manière illustrée par des flèches. Plus précisément chaque palier 17, 18 comporte centralement au voisinage du roulement associé 14, 15 des ouvertures d'entrée d'air en 30 regard d'une partie des pales 22 et des ouvertures de sortie en regard du chignon concerné des bobinages 12. Les ventilateurs sont implantés en dessous des chignons des bobinages; sachant que le ventilateur arrière 20 est plus puissant que le ventilateur avant car il doit refroidir le dispositif de redressement 16.

Il est évident que plus le débit électrique de l'alternateur augmente, plus la capacité de refroidissement 5 des ventilateurs doit être élevée. Cette augmentation du débit électrique de la machine tournante est recherchée sans augmenter le volume de la machine. Cet objectif est atteint par une configuration appropriée des pales.

La figure 2 illustre un dispositif de ventilation 10 selon l'invention qui est conçu à cette fin. Il porte la référence générale 24. Ce dispositif comporte selon l'invention au moins deux ventilateurs 124, 224, dénommés ci après respectivement premier ventilateur et second ventilateur. Le second ventilateur 224 est destiné à être 15 fixé, par exemple de manière connue par des points de soudage ou par rivetage, sur l'extrémité axiale (la face frontale) concernée du rotor de la figure 1.

Ici les ventilateurs 124, 224 sont métalliques en étant économiquement en tôle. Chaque ventilateur comporte 20 une partie de flasque respectivement 25, 125 sensiblement plane circulaire qui est pourvue d'une ouverture centrale circulaire 27, 127 pour le passage de l'arbre de rotor, indiqué en 3 sur la figure 1, et une série de pales de ventilation saillantes axialement par rapport au flasque 25 25, 125.

Le premier ventilateur 124 comporte une première série de pales, dites pales primaires 29, tandis que le second ventilateur 224 comporte une deuxième série de pales, dites pales secondaires 31.

Selon une caractéristique de l'invention entre au moins deux pales consécutives d'un des ventilateurs est implantée au moins une pale de l'autre ventilateur.

Les pales primaires 29 sont dans un mode de réalisation radialement plus courtes que les pales secondaires 31.

A la figure 2 les pales 29 et 31 ont sensiblement 5 radialement la même longueur, la même forme et la même taille axiale en sorte que ces pales sont globalementidentiques à l'exception de deux pales 129 primaires qui sont radialement plus courtes que les autres pales 29.

Les pales 29, 129 et 31 sont implantées à la 10 périphérie externe du flasque 25, 125 concerné.

Les pales primaires 29, 129 sont disposées ici chacune entre deux pales secondaires 31.

Cette disposition permet d'augmenter la puissance du ventilateur et réduit le risque de décollement de la veine 15 d'air de refroidissement par rapport aux pales. En effet si l'air décolle des pales secondaires 31, les pales primaires 29, 129 autoriseront un recollement de l'air sur les pales secondaires 31. Ainsi chaque pale primaire 29, 129 est disposée, c'est-à-dire implantée, dans le canal de 20 ventilation 33 ménagé entre les deux pales secondaires adjacentes 31 et qui s'évase en allant de la périphérie interne à la périphérie externe des pales. Dans ce mode de réalisation au moins une pale primaire est donc intercalée entre deux pales secondaires consécutives.

Les pales primaires 29, 129 et secondaires 31 sont ici obtenues par découpe et pliage à partir de leur flasque métallique concerné 25, 125 et ont une forme galbée comme mieux visible dans les figures 2 et 3. Les pales primaires et secondaires ont radialement une grande longueur grâce à 30 l'invention et sont donc très performantes en ce qui concerne la ventilation. Les pales 29, 129, 31 ont ici radialement une longueur supérieure à leur hauteur axiale.

Le flasque 25, 125 présente donc à sa périphérie externe des portions inclinées découpées avantageusement de manière économique à la presse, qui devient après leur pliage hors du plan du flasque 25, 125 des pales ici 5 galbées. Plus précisément les pales ont radialement en section une forme d'arc de cercle comme mieux visible à la figure 2.

Les pales 29 primaires ont pour but de diminuer le bruit de la machine électrique tout en augmentant le débit 10 et le rendement. L'implantation est faite de telle façon que la pale primaire comprime le fluide de refroidissement afin que celui-ci soit en contact avec les pales secondaires 31. Les circulations de l'air sont ainsi empêchées et l'écoulement de l'air est plus laminaire et 15 s'effectue avec peu de frottements et de bruits. Cette disposition permet si besoin est de supprimer le ventilateur avant 19 en sorte que l'alternateur présente en variante un seul ventilateur.

Bien entendu grâce à l'invention, on pourrait aussi 20 envisager différentes combinaisons de dispositions des pales secondaires 31 avec les pales primaires 29, 129.

Ainsi, on pourrait disposer plusieurs pales primaires entre les pales secondaires. Le nombre de pales primaires disposé entre les pales secondaires, au sein d'un même dispositif 25 de ventilation 24 peut être constant ou variable. Ici il est disposé une pale secondaire entre deux pales secondaires adjacentes, c'est-à-dire consécutives.

Egalement, on peut envisager d'avoir plusieurs pales secondaires 31 consécutives dépourvues de pales primaires 30 entre elles.

La répartition des pales primaires et secondaires est déterminée en fonction de la machine électrique à refroidir pour obtenir le meilleur refroidissement avec un bruit aérodynamique minimum.

Les pales primaires 29 peuvent être réparties angulairement de façon régulière ou, comme dans le cas 5 représenté sur la figure 2, de façon irrégulière. La disposition irrégulière est obtenue en variante en ayant certaines pales de longueur différente des autres comme les pales 129 de la figure 2.

La disposition irrégulière permet de réduire davantage 10 les bruits de fonctionnement des ventilateurs. Il en est de même des pales secondaires 31 qui peuvent présenter une répartition angulaire irrégulière comme c'est le cas dans le mode de réalisation de la figure 2.

Ainsi dans le mode de réalisation des figures 2 à 4 on 15 obtient une série de pales irrégulières divisée en deux parties à raison d'une partie par ventilateur.

Dans les figures 2 à 4 les ventilateurs 124, 224 sont superposés, les flasques 25 et 125 étant en contact direct l'un avec l'autre. En variante un moyen d'isolation 20 thermique intervient entre les deux flasques, le premier ventilateur 124 pouvant être dans ce cas en matière plastique renforcée par des fibres. Les pales 29, 129, 31 s'étendent axialement dans le même sens et perpendiculairement au plan du flasque 25, 125.

En variante les pales peuvent être inclinées par rapport au plan du flasque concerné comme décrit dans le document FR A 2 602 925 précité.

Un moyen d'indexation angulaire intervient entre les deux flasques 25, 125 pour une bonne position et donc une 30 bonne orientation des pales primaires par rapport aux pales secondaires. Pour ce faire chaque flasque 25, 125 présente à sa périphérie interne une encoche 100. Les encoches 100 sont ici identiques. Il suffit donc de superposer les encoches par exemple à l'aide d'une pige pour obtenir la bonne position angulaire. Ensuite on fixe ensemble les ventilateurs par exemple par soudage ou rivetage pour former un ensemble manipulable et transportable.

Avantageusement le premier flasque présente au moins un dégagement, tel qu'un trou ou une encoche, permettant la fixation du second flasque par exemple par soudage ou rivetage sur le rotor de la machine. En variante chaque flasque est fixé par exemple par soudage sur le rotor.

On appréciera que les pales 31, 29, 129 sont ici toutes axialement à la même hauteur (voir figure 4), c'està-dire que les bords libres des pales sont dans le même plan transversal. Plus précisément les pales 29, 129 ont une hauteur inférieure aux pales 31, la différence de hauteur étant égale à l'épaisseur du premier flasque 25.

En variante les pales 29 et 31 sont axialement de hauteur différente. Certaines au moins des pales sont dotées, en surplomb, d'une ailette s'étendant de manière inclinée ou perpendiculaire par rapport au plan des dites 20 pales. D'une manière générale grâce à l'invention on peut obtenir les mêmes configurations à deux séries de pales de taille différente que dans le document FR A 2 811 156 précitée et ce de manière simple et économique.

Grâce à l'invention on diminue les pertes de charges 25 et les bruits, on augmente le rendement et le débit d'air et on obtient un écoulement stable du fluide de refroidissement. Il ressort de ce qui précède que l'invention permet la réalisation d'un dispositif de ventilation ayant des configurations de pales complexes leur conférant un pouvoir de refroidissement accru, à un cot de revient relativement faible tout en ayant une bonne tenue mécanique.

Le dispositif de ventilation selon l'invention, permet d'obtenir des pales de même configuration, notamment identiques, comme dans les figures 2 à 4, mais qui sont très rapprochées et ainsi en grand nombre et/ou des pales 5 de forme longue ou compliquée, et qui du fait ne peuvent pas être réalisées par pliage à partir d'un seul ventilateur. Bien entendu le dispositif de ventilation selon l'invention peut se monter dans un alternateur réversible, 10 appelé alterno-démarreur, pouvant fonctionner également en mode moteur électrique, notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile comme décrit dans le document WO 01/69762. En variante ce dispositif de ventilation peut se monter dans un alternateur comportant un rotor à pôles saillants comme décrit dans le document WO 02/054566. L'alternateur peut également être refroidi par eau et être équipé de ventilateurs axiaux.

Les bobinages du stator peuvent comporter des éléments conducteurs en forme de barres, tels que des épingles 20 globalement en forme de U et à section avantageusement rectangulaire comme décrit dans le document FR A 2 820 896.

Le dispositif de ventilation interne selon l'invention permet de bien refroidir la tête des épingles car il peut avoir la forme voulue. L'alternateur peut ne comporter 25 qu'un ventilateur arrière grâce à la puissance du dispositif de ventilation selon l'invention.

Claims (11)

REVEND I CAT IONS

1- Dispositif de ventilation (24) adapté à être fixé 5 sur le rotor d'une machine électrique tournante, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux ventilateurs (124, 224) comportant chacun un flasque (25,125) et une série de pales saillantes (29, 129 -31) et en ce qu'au moins entre deux pales consécutives (31) de l'un des 10 ventilateurs (124,224) est implantée au moins une pale (29) de l'autre des ventilateurs.

2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un moyen d'indexation angulaire (100) intervient 15 entre les deux flasques (25, 125) des ventilateurs pour positionner angulairement les pales les unes par rapport aux autres.

3- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en 20 ce que chaque flasque (25, 125) est troué centralement et présente à sa périphérie interne une encoche (100) en sorte que par superposition des encoches on obtient la position angulaire requise des pales.

4- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les flasques (25,125) des ventilateurs (124, 224) sont superposés.

5- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en 30 ce que les flasques (25, 125) des ventilateurs (124,224) sont en contact direct.

6- Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les flasques (25, 125) des ventilateurs (124, 224) sont en contact indirect, un moyen d'isolation thermique intervenant entre les deux flasques (25, 125).

7- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que l'un des 5 flasques (25, 125) des ventilateurs présente au moins un dégagement pour fixation de l'autre flasque sur le rotor de la machine électrique tournante.

8- Dispositif selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les pales (29, 129- 31) des ventilateurs (124,224) sont dirigées axialement dans le même sens.

9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en 15 ce que les bords libres des pales (29, 129- 31) des ventilateurs (124,224) sont dans le même plan.

10- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que certaines au 20 moins des pales (29) de l'un des ventilateurs ont la même configuration qu'au moins certaines pales (31) de l'autre ventilateur.

11- Dispositif selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les ventilateurs sont métalliques.