FR2875966A1 - Machine electrique tournante telle qu'un alternateur, adaptable a differents types de moteurs thermiques - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou un alterno-démarreur, notamment pour véhicule automobile adaptable à différents moteurs thermiques, du type comprenant un carter (2) comportant au moins un support avant (5) et un support arrière, l'un au moins de ces support comportant au moins une patte de fixation (16) pour fixation à un support fixe ou fixation de la position de la machine électrique tournante, la patte de fixation (16) est rapportée par soudage ou collage sur son support avant ou arrière associé.

Description

2875966 1

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE TELLE QU'UN ALTERNATEUR, ADAPTABLE A DIFFERENTS TYPES DE MOTEURS THERMIQUES.

Domaine technique de l'invention L'invention concerne une machine électrique tournante telle qu'un alternateur, notamment pour véhicule automobile, adaptable à différents moteurs thermiques, du type comprenant un carter comportant au moins un support avant et un support arrière, l'un au moins de ces supports comportant au moins une patte de fixation.

Cette patte de fixation est une patte de fixation proprement dite pour fixation de la machine électrique tournante sur une partie fixe, par exemple solidaire du moteur thermique. En variante cette patte de fixation sert à la fixation de la position de la machine par rapport au moteur thermique pour permettre le réglage de la tension d'une courroie en sorte qu'elle a une fonction de réglage.

Etat de la technique Une telle machine est décrite par exemple dans les documents EP A 0 515 259 et WO 02/054566.

La figure 1 illustre en coupe une telle machine sous la forme d'un alternateur conventionnel pour véhicule automobile à moteur thermique.

Le véhicule automobile peut consister par exemple en un véhicule terrestre de tourisme ou de poids lourd 30 ou en un bateau.

En variante le moteur thermique est fixe.

Cet alternateur comporte un rotor 1 solidaire d'un arbre 3, avantageusement moleté pour fixation du rotor 1 sur l'arbre 3 présentant un axe de symétrie constituant 2875966 2 l'axe de rotation de l'alternateur comportant également un stator 7 entourant le rotor 1.

Le rotor 1 et le stator 7 sont montés dans un carter 2 comprenant un support avant 5 et un support 5 arrière 6, ici tous deux de forme creuse.

Les supports 5,6 présentent une pluralité d'ouvertures 42, 43 pour circulation d'un fluide gazeux, tel que de l'air, à l'intérieur de la machine.

Ici le rotor 1 est un rotor à griffes comportant deux roue polaires à griffes (non référencées) portant un bobinage d'excitation 4 monté entre les deux roues polaires. Chaque roue polaire porte un ventilateur interne 50 pour ventilation de la machine. Par simplicité on n'a pas référencé dans cette figure 1 le capot ajouré fixé sur le support arrière 6, ainsi que les balais appartenant à un porte-balais fixé sur le support arrière 6. Ces balais sont destinés à frotter sur des bagues collectrices solidaires de l'arbre 3 et reliées électriquement aux extrémités du bobinage d'excitation 4.

Pour plus de précisions on se reportera au document EP A 0 515 259 décrivant un tel alternateur à rotor à griffes et à ventilation interne.

Dans un autre mode de réalisation le rotor de l'alternateur est à pôles saillants et en variante comporte des aimants permanents comme décrit par exemple dans le document WO 02/054566 précité auquel on se reportera.

Les supports 5, 6, de forme annulaire, ont 30 globalement une forme de coupelle.

Plus précisément ils comportent une première partie globalement d'orientation transversale par rapport à l'axe de l'arbre 3. Cette première partie est prolongée à sa périphérie externe par une deuxième partie périphérique globalement d'orientation axiale par rapport à l'axe de cet arbre 3.

2875966 3 La première partie globalement d'orientation transversale est en forme de flasque formant le fond du support conformé pour présenter centralement un logement 40, que l'on usine pour le montage d'un palier consistant ici en un roulement à billes non référencé dans cette figure.

De manière conventionnelle les supports 5, 6 sont appelés respectivement palier avant et palier arrière.

Les roulements servent au montage rotatif de l'arbre 3, qui se prolonge à l'avant au-delà du support avant 5 pour porter à l'extérieur de ce support 5 une poulie d'entraînement 8 appartenant à un dispositif de transmission de mouvement intervenant entre le vilebrequin du moteur thermique et l'arbre 3.

Ce dispositif de transmission de mouvement comporte au moins une courroie venant en prise avec la gorge de la poulie 8.

Cette courroie permet au moteur thermique d'entraîner l'arbre 3 de l'alternateur, dont le stator 7 constitue un induit et le rotor 1 un inducteur. En variante, comme décrit par exemple dans le document FR A 2 745 445, l'alternateur est configuré pour être réversible en sorte que la poulie 8 et la courroie, qui lui est associée, permettent également à l'alternateur d'entraîner le moteur thermique pour notamment démarrer ce moteur thermique. Dans ce mode de fonctionnement l'alternateur fonctionne comme un moteur électrique.

Une telle machine réversible est appelée alternodémarreur.

Le stator 7 comporte un corps sous la forme d'un paquet de tôles dotées d'encoches pour le montage d'enroulements (non référencés) constituant les phases de l'alternateur du type polyphasé.

Le corps du stator 7 est pris en sandwich entre les extrémités axiales des parties périphériques des supports 5,6 conformées pour présenter chacune un épaulement et une portée de centrage usinés pour le 2875966 4 montage du corps du stator 7 implanté ainsi à centrage à l'intérieur du carter 5, 6. Des tirants, dont l'un est visible à la figure 1, servent à assembler entre elles de manière connue les parties périphériques des support 5, 6 En variante le corps du stator 7 est monté à l'intérieur d'une partie intermédiaire entre les supports 5, 6 en sorte qu'en variante le carter comporte plus de deux parties.

Bien entendu en variante l'un au moins des supports 5, 6 comporte un canal pour circulation d'un fluide de refroidissement tel que le liquide de refroidissement du moteur thermique.

Dans tous les cas l'un au moins des supports 5, 6 présente au moins une patte de fixation. Cette patte sert à la fixation proprement dite de l'alternateur à un support fixe, par exemple solidaire du moteur thermique et présente un trou pour le passage d'un organe de fixation, tel qu'une vis.

En variante la patte de fixation sert à fixer la position de l'alternateur par rapport au moteur thermique pour régler la tension de la courroie en prise avec la poulie 8 en sorte qu'elle a une fonction de réglage. Dans ce cas la patte présente un trou de forme oblongue pour le passage de l'organe de fixation et le réglage de la position de la machine.

A la figure 1 le support avant 5 présente deux pattes de fixation 9,10 trouées et saillantes dans la direction transversale. Ces pattes 9,10 sont d'un seul tenant avec la deuxième partie périphérique de ce support 5 en étant venues de moulage avec cette deuxième partie.

En variante le support arrière 6 présente au moins une patte de fixation, de nombreuses combinaisons étant possibles en fonction des applications et donc des conditions d'implantation et de montage de l'alternateur par rapport au moteur thermique.

2875966 5 Les supports 5 et 6 sont en matière moulable, ici à base d'aluminium en sorte que pour chaque type de machine électrique tournante on doit procéder au moulage de supports différents.

Pour les machines électriques tournantes fabriquées en grande série cela ne pose pas de problème. Pour les machines électriques tournantes, telles que les alternateurs pour bateaux de plaisance à moteur thermique, produites en petites série cela conduit à des coûts de production importants.

Objet de l'invention La présente invention a pour but de proposer une 15 machine électrique tournante du type indiqué plus haut dont les prix de production sont réduits Un but de l'invention est donc d'éviter des moulages en petite série et d'utiliser des supports pour des machines électriques tournantes s'adaptant sur un grand nombre de moteurs thermiques de type différents.

La présente invention a également pour but de créer une machine électrique tournante, telle qu'un alternateur, adapté aux multiples applications dans le domaine des véhicules automobiles requises par le marché des petites séries.

L'invention propose à cet effet une machine électrique tournante, notamment un alternateur ou un alterno-démarreur pour véhicule automobile, du type sus indiqué, caractérisée en ce que la patte de fixation est rapportée par soudage ou collage sur son support avant ou arrière associé.

Grâce à l'invention on fixe la patte sur son support associé en sorte que l'on peut standardiser le carter de la machine électrique tournante.

Cette fixation en outre n'est pas amovible en sorte qu'elle ne se desserrera pas dans le temps.

La solution selon l'invention permet de garder les supports avant et arrière bruts pour ne pas réinvestir dans des moules sous-pression coûteux. Eventuellement on modifiera les usinages sur ces supports pour les rendre compatibles avec l'opération de soudure ou de collage.

De manière avantageuse on rapporte à fixation la patte de fixation sur son support associé avant usinage de ce support pour notamment former de manière précise le logement du roulement et/ou l'épaulement et la portée de centrage du stator.

Après cet usinage on monte les constituants de la machine.

Ainsi en procédant à la fixation de la patte, par exemple par soudage sur son support associé après fabrication par moulage de celui-ci, on ne risque pas de détériorer ou d'endommager les constituants de la machines électrique tournante.

En outre l'opération d'usinage ultérieure du support permet de s'affranchir des déformations éventuelles lors de l'opération de soudage. On peut usiner la patte.

La fixation des pattes peut donc être réalisée dans un lieu différent de celui ou est assemblé en final la machine.

Certes on peut songer à utiliser une solution à glissière et patte amovible du type de celle décrite dans le document WO 03/012960 adaptée pour le marché de la seconde monte ou marché de la rechange.

Une telle solution fait appel à un dispositif de bride et à des vis de fixation de la patte. Ce système, en plus du coût de la bride et de la vis, nécessite de percer et de tarauder des trous de fixation pour les 2875966 7 vis, ainsi que d'usiner de manière précise les surfaces de contact entre les pattes et le carter de l'alternateur.

Grâce à l'invention aucun perçage et taraudage ne 5 sont à réaliser.

En outre, suite à des circonstances exceptionnelles, il existe un risque que la vis de fixation du dispositif de bride et de la patte se desserre.

Grâce à l'invention un tel desserrage n'existe pas et les pattes en cas de chocs pendant le transport et les manutentions ne risquent pas de s'échapper.

Avantageusement pour le soudage on fait appel à une soudure par arcs électriques, telle qu'une soudure du type TIG pour réduire les coûts, notamment d'investissement.

Description sommaire des dessins

Les avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une vue en coupe axiale d'une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur pour véhicule automobile à moteur thermique de l'art antérieur; - la figure 2 est une vue de face, selon la flèche II de la figure 3, d'une machine électrique tournante équipée d'une patte de fixation selon l'invention; - la figure 3 est une vue partielle en perspective de la machine électrique tournante de la figure 2.

Description de modes de réalisation préférentiels de l'invention 2875966 8 Dans les figures 2 et 3 les mêmes références seront employées pour les éléments communs à la figure 1.

Ainsi dans ces figures on voit en 2 le carter de la machine électrique tournante consistant comme à la figure 1 en un alternateur, ou en variante en un alterno-démarreur, pour véhicule automobile à moteur à combustion interne.

Ce carter comporte un support avant 5 et un support arrière 6. A l'intérieur de ce carter sont montés les composants ou constituants de l'alternateur visibles à la figure 1, notamment le stator et le rotor de l'alternateur.

Plus précisément on voit dans la figure 2 le support avant 5 appelé palier avant. Ce support est destiné à être assemblé avec le support arrière 6 de la figure 3 pour former comme à la figure 1 le carter 2.

Les supports sont de forme creuse.

Plus précisément chaque support 5, 6, globalement de forme annulaire, présente une configuration classique comme à la figure 1, c'est-à-dire qu'il présente la forme d'une coupelle comportant une deuxième partie globalement d'orientation axiale sous la forme d'une paroi périphérique globalement cylindrique et une première partie globalement d'orientation transversale sous la forme d'une paroi de fond au centre de laquelle se trouve le logement 40 pour le montage du roulement de la figure 1 et l'orifice 41 de passage de l'arbre rotor de la figure 1. On voit en 42 l'une des ouvertures de passage d'air réalisée dans la première partie, c'est-à-dire dans la paroi de fond, du support 5. Il en est de même en ce qui concerne le support 6.

On voit en 43 des ouvertures de passage d'air réalisée dans la deuxième partie périphérique du support 5 et du support 6. Ces ouvertures périphériques 43 affectent également la première partie du support.

2875966 9 Ici les supports avant 5 et arrière 6 portent en outre sur leur deuxième partie périphérique cylindrique, réparties angulairement de façon équidistante, quatre zones de matières en surépaisseur 12, qui constituent avantageusement les zones d'assemblage de l'alternateur dans lesquelles passent les tirants destinés à solidariser les support avant et arrière comme à la figure 1. Une zone d'assemblage peut aussi, le cas échéant, être destiné à la fixation du stator. Ces zones en surépaisseur 12 s'étendent parallèlement à l'axe de chaque support et donc à l'axe de l'arbre de la machine visible à la figure 1. Avantageusement les zones 12 d'un support sont alignées avec les zones 12 de l'autre comme visible à la figure 3. Ainsi, en utilisant les zones d'assemblages préexistantes, on obstrue pas les ouvertures 43 de ventilation radiales ce qui garantit un refroidissement optimum de l'alternateur.

Ces zones de surépaisseur 12 sont utilisées pour rendre le carter 2 et ainsi l'alternateur adaptable à différents types de moteurs de véhicule automobile.

Dans un mode de réalisation les faces latérales 14 des zones de surépaisseur 12 sont configurées de façon à pouvoir positionner entre les faces 14 en regard de deux zones de surépaisseur 12 adjacentes une patte 16 de fixation du carter 2 à un support fixe du moteur thermique du véhicule automobile ou directement sur ce moteur. Il est à noter que les pattes de fixation 16 peuvent être utilisées indifféremment comme pattes de fixation sur un support fixe ou comme pattes de fixation de la position de l'alternateur pour mise en tension de la courroie d'entraînement de la poulie classique de la figure 1.

A la figure 2 la patte est saillante transversalement par rapport à la périphérie externe du 35 support 5.

L'un au moins des supports 5, 6 présente une telle patte. Dans le mode de réalisation représenté chaque 2875966 10 support porte une telle patte 16. Toutes les combinaisons sont possibles, l'un des supports portant dans un mode de réalisation toutes les pattes. Trois pattes réparties entre les deux supports peuvent être prévues. Tout dépend des applications.

Comme on le voit sur la figure 2, une patte 16 selon l'invention est rapportée en 44 par soudage ou collage sur son support 5, 6 associé.

Ici les supports 5, 6 sont en matière moulable à 10 base d'aluminium et il en est de même de la patte 36 à base d'aluminium.

Les supports 5, 6 sont donc obtenus à partir d'un moule standard par moulage sous pression.

Les pattes sont des pièces adaptables en fonction 15 des applications et sont avantageusement obtenues par moulage.

Avantageusement elles ont la même composition chimique que les supports 5, 6.

Ainsi le carter 2 est un carter multi-applications en sorte que l'on peut réduire les coûts de fabrication pour les petites séries, les pattes étant des pièces adaptables.

Ici on tire partie des surépaisseurs 12 pour réaliser le soudage ou le collage. Ces surépaisseurs permettent d'offrir une pluralité de positions de soudage ou de collage.

A la figure 2 on voit en 44 les zones de soudage réalisées au niveau des faces latérales en regard de deux surépaisseurs 12.

Plus précisément une patte 16 fixe selon l'invention, se compose d'une partie de base 17 et d'une 18. La partie de base 17 assure le support 5 et est destinée à les deux faces latérales 14 zones de surépaisseur 12 externe du support 5. La face partie supérieure l'interface avec s'engager entre correspondantes de deux adjacente de la périphérie de la base 17 de la patte 16 se pose sur la périphérie 2875966 11 externe de la deuxième partie périphérique du support 5 et présente une courbure correspondante à celle de la portion de surface en regard de la deuxième partie périphérique du support entre les deux faces d'appui latéral 14. La base 17 permet à la patte 16 de coulisser dans la glissière formée par la portion de la deuxième partie du support et des deux faces latérales 14 des deux surépaisseurs 12 en regard l'une de l'autre.

La longueur, dans la direction axiale, de la base coulissante 17 de la patte dépend du déport axial de la patte, mais doit permettre la fixation finale sûre par soudage ou collage de la patte sur le support et en même temps de dégager les ouvertures 43. La base de la patte 17 peut avoir dans le plan parallèle aux glissières un profilé en U, les bords extérieurs des branches coopérant avec les faces d'appui 14. Grâce à ce profilé, les ouvertures 43 peuvent rester dégagées.

Une fois la patte dans la bonne position axiale on procède à l'opération de collage ou de soudage.

A la figure 2 les cordons de soudure 44 sont réalisés au niveau des faces latérales 14.

En variante comme visible en pointillés à la figure 2, les pattes 16 sont en contact par leur base avec la périphérie externe des surépaisseurs 12 et le cordon de soudage est visible en 144. Il intervient entre ladite base et la dite périphérie externe. Il peut intervenir aussi latéralement.

Ces opérations de soudage sont selon une caractéristique de l'invention réalisées après la fabrication par moulage des supports et avant l'usinage de ceux-ci pour notamment formation de manière précise des logements des roulements à billes et des épaulements et des portées de centrage visibles à la figure 1.

Lors de cette opération d'usinage on peut également usiner les pattes ce qui permet de s'affranchir des déformations éventuelles des pièces lors de l'opération de soudage.

2875966 12 Différents procédés de soudage sont envisageables à savoir procédés par arcs électriques, par faisceau d'électrons, par faisceau laser.

Avantageusement on utilise un procédé de soudure sans contact du type TIG en variante du type MIG.

Le métal d'apport du soudage TIG est par exemple du type AG5 ou avantageusement du type AS12 contenant 12% de silicium.

Le gaz de protection est de l'Argon ou un mélange 10 d'Argon et d'Hélium contenant par exemple 20% d'Hélium. L'électrode est en tungstène.

La tension est par exemple environ de 14V et l'intensité du courant électrique alternatif environ de 100 A. Le soudage du type TIG est économique et donne de bons résultats.

Les supports et les pattes de fixation ont de manière précitée avantageusement la même composition chimique.

Pour les supports 5, 6 et les pattes 16 ont utilise avantageusement un alliage AS9U3 comportant un faible pourcentage de fer (<1%) et de zinc (< 1,2%), de 8 à 10 % de silicium, de 2,7 à 3,7 % de cuivre et un très faible pourcentage de Mg, Ni, Pb, Sn et TI, le solde étant de l'Aluminium.

Avec ce type d'alliage et de soudage on obtient encore de meilleurs cordons de soudures, le soudage étant réalisé à plat ou en corniche.

En variante la fixation est réalisée par collage.

La partie supérieure 18 d'une patte 16 assure l'interface avec le moteur du véhicule automobile. Elle est pourvue d'un trou 19 pour sa fixation sur le support de ce moteur, de forme circulaire pour les pattes de fixation telles que représentées dans la figure 2 ou de forme oblongue pour les pattes de fixation servant à la tension de la courroie.

2875966 13 Bien entendu, la forme des trous 19 pour les pattes de fixation peuvent présenter des formes différentes à celles précédemment décrites. La patte 16 est une patte d'adaptation, qui peut donc être différente d'une application à l'autre notamment selon la position angulaire et la position axiale par rapport aux supports 5, 6 et au moteur thermique. L'épaisseur et la forme des pattes dépendent donc des applications. Il est à noter que les pattes des supports avant et arrière peuvent être interchangeables et que les parties de base et supérieure des pattes peuvent appartenir à une même pièce ou être deux pièces préassemblées.

Dans un mode de réalisation les deux faces latérales 14 de deux surépaisseurs 12 adjacentes formant une glissière pour une patte de fixation 16 présentent des angles différents.

Il ressort de la description qui précède que l'invention permet d'utiliser des alternateurs de grandes séries classiques pour différents types de véhicule automobile, les constituants de l'alternateur ou de l'alterno-démarreur étant inchangés L'invention permet d'adapter un tel alternateur à un type donné de moteur de véhicule automobile par simple fixation par collage ou soudage de pattes de 25 fixation imperdables par la suite.

Bien entendu l'utilisation d'un support à quatre surépaisseurs est avantageuse, mais la présence de ces quatre surépaisseurs n'est pas indispensable.

Par exemple on peut utiliser un support à deux 30 surépaisseurs.

La présence de ces surépaisseurs n'est également pas indispensable tout dépend des applications.

En variante la base de la patte appartient au support et on rapporte la partie supérieure de la patte sur cette base.

Bien entendu la patte de fixation peut, grâce à l'invention, avoir de multiples formes. Elle est 2875966 14 saillante par rapport à la périphérie externe de son support associé et ce transversalement par rapport à son support ou de manière inclinée par rapport à une direction transversale de ce support. Elle peut même avoir une forme tortueuse.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Machine électrique tournante telle qu'un alternateur ou un alternodémarreur, notamment pour véhicule automobile, adaptable à différents moteurs thermiques, du type comprenant un carter (5,6) comportant au moins un support avant (5) et un support arrière (6), l'un au moins de ces support comportant au moins une patte de fixation (16) pour fixation à un support fixe ou fixation de la position de la machine électrique tournante, caractérisée en ce que la patte de fixation (16) est rapportée par soudage ou collage sur son support avant ou arrière associé.

2. Machine selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce que la patte de fixation (16) et son support associé ont la même composition chimique.

3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la patte de fixation (16) et son support associé sont en matière moulable à base d'aluminium.

4. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la patte de fixation (16) est rapporté par soudage TIG sur son support associé.

5. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la patte de fixation (16) est rapporté par soudage TIG sur son support associé avant montage des constituants de la machine électrique tournante.

6. Machine selon l'une quelconque des 35 revendications précédentes, caractérisé en ce que le support présente à sa périphérie externe au moins deux 2875966 16 surépaisseurs (12) pour fixation par collage ou soudage de la patte de fixation.

7. Machine selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la base (17) de la patte de fixation appartient au support et en ce que la partie supérieure (18) de la patte de fixation est fixée par collage ou soudage sur sa base (17).

8. Machine selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le support avant (5) et le support arrière (6) portent chacun au moins une patte de fixation (16) fixée par soudage ou collage.