FR3069724A1

FR3069724A1 - Machine electrique tournante comportant un organe elastique

Info

Publication number: FR3069724A1
Application number: FR1757116A
Authority: FR
Inventors: Mathieu Redon; Pierre Faverolle; Andre Sauvignet; Maxime Grospeaud
Original assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Current assignee: Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2019-02-01
Anticipated expiration: 2037-07-27
Also published as: FR3069724B1; EP3659238A1; WO2019020730A1; CN110945750A

Abstract

La présente invention se rapporte essentiellement à un organe élastique (40) pour une machine électrique tournante (10) comprenant un stator (15) porté par un carter (11). L'organe élastique (40) est assemblé entre le stator (15) et le carter (11) selon une direction radiale, est au moins partiellement formé d'un matériau métallique et est conformé pour présenter une raideur selon la direction radiale prévue pour filtrer des vibrations du stator (15).

Description

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE COMPORTANT UN

ORGANE ELASTIQUE

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

La présente invention concerne un organe élastique pour une machine électrique tournante équipant un véhicule automobile et une machine électrique tournante comportant un tel organe élastique.

ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION

Un véhicule automobile à moteur thermique est équipé d’un alternateur qui a pour fonction de transformer l’énergie mécanique provenant du moteur en énergie électrique dans le but notamment de recharger la batterie du véhicule et d’alimenter le réseau de bord du véhicule. Pour ce faire, l’alternateur comporte un rotor monté sur un arbre entraîné en rotation et un stator entourant le rotor, le stator étant porté par un carter.

Lorsque l’alternateur est en fonctionnement, le rotor génère un champ magnétique tournant qui agit sur le stator et le fait vibrer. En fonction de la vitesse de rotation de l’alternateur, les vibrations du stator peuvent générer un bruit magnétique qui se manifeste sous la forme d’un sifflement, ce qui provoque une gêne auditive.

Dans le but d’atténuer le bruit magnétique, il est connu, notamment du document EP 1249064 B1, d’insérer entre le stator et le carter des éléments d’amortissement des vibrations tels que des tampons et de la résine. Un inconvénient à cette façon de procéder est que la mise en place de tels éléments d’amortissement nécessite beaucoup de temps. En effet, il faut notamment positionner les tampons, couler la résine et attendre qu’elle polymérise.

RESUME DE L’INVENTION

La présente invention vise à résoudre le problème qui vient d’être mentionné en proposant un moyen d’amortissement des vibrations d’une machine électrique tournante plus rapide à installer.

A cet effet, un premier aspect de l’invention concerne une machine électrique tournante pour véhicule automobile. La machine comprend un stator, un carter entourant un rotor et le stator, le rotor étant en rotation autour d’un axe, un organe élastique disposé entre le stator et le carter selon une direction radiale, l’organe élastique étant au moins partiellement formé d’un matériau métallique et étant conformé pour présenter une raideur selon la direction radiale prévue pour filtrer des vibrations du stator.

L’organe élastique est une pièce mécanique qui est placée entre le stator et le carter de la machine électrique tournante. Par conséquent, sa mise en place est rapide à mettre à œuvre et ne requiert pas de temps d’attente contrairement au cas de la résine utilisée dans l’art antérieur.

Par exemple, l’organe élastique s’étend circonférentiellement autour du stator.

Selon un mode de réalisation, l’organe élastique présente un plan de symétrie, ledit plan de symétrie comprenant l’axe de rotation. De plus, l’organe élastique peut également présenter un deuxième plan de symétrie s’étendant perpendiculairement à l’axe de rotation.

Selon un mode de réalisation, l’organe élastique présente une section transversale par rapport à l’axe, la section transversale étant ouverte. En l’occurrence, le premier plan de symétrie passe par l’ouverture et notamment par le centre dans une direction circonférentielle de ladite ouverture.

Selon un mode de réalisation, l’organe élastique forme un arc de cercle présentant un angle d’au moins 240°.

Selon un mode de réalisation, l’organe élastique présente une forme ondulée. L’ondulation est réalisée dans la direction de positionnement dudit organe entre le carter et le stator. L’ondulation peut ainsi être radiale si l’organe élastique est positionné radialement entre le carter et le stator. En variante, l’ondulation peut être axiale si l’organe élastique est positionné axialement entre le carter et le stator.

Selon un mode de réalisation, l’organe élastique comporte des bossages. Les bossages s’étendent notamment dans une direction radiale.

Selon un mode de réalisation, l’organe élastique comportant une surface interne orientée vers l’axe de référence et une surface externe opposée à la surface interne, la surface externe et/ou la surface interne étant munies de bossages.

Selon un mode de réalisation, chaque bossage présente une hauteur, dans une direction radiale, comprise de préférence entre 0,5 mm et 30 mm.

Selon un mode de réalisation, chaque bossage comporte une surface d’appui qui s’étend axialement.

Selon un mode de réalisation, l’organe élastique comporte au moins une ouverture disposée de manière adjacente à un des bossages. En l’occurrence, l’organe élastique comporte des ouvertures disposées de part et d’autre d’au moins un bossage.

Par exemple, l’ouverture s’étend dans une direction axiale. En variante, l’ouverture s’étend dans une direction circonférentielle.

Selon un mode de réalisation, l’organe élastique présente une épaisseur, dans une direction radiale, comprise entre 0,6 mm et 30,1 mm.

Selon un mode réalisation, le stator comporte un corps s’étendant axialement sur une première longueur, l’organe élastique s’étendant axialement sur une deuxième longueur comprise entre 10% et 120% de la première longueur.

Selon un mode réalisation, la machine comporte un deuxième organe élastique s’étendant entre le stator et le carter selon une direction axiale et étant conformé pour présenter une raideur selon la direction axiale prévue pour filtrer des vibrations du stator. Ce deuxième organe élastique peut venir en supplément du premier organe élastique pour amortir la transmission des vibrations dans une deuxième direction notamment axiale.

Selon un mode réalisation, le carter comporte un premier palier dit « palier avant » et un deuxième palier dit « palier arrière », l’organe élastique reliant mécaniquement le stator au palier avant, le palier avant correspondant au palier qui est le plus proche de l’organe d’entraînement de la machine électrique tournante.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent, parmi lesquelles :

- la figure 1 est une vue schématique en coupe longitudinale d’un alternateur, selon un mode de réalisation de l’invention ;

- la figure 2 est une vue schématique en perspective d’un premier exemple d’organe élastique équipant l’alternateur de la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue agrandie des bossages de l’organe élastique de la figure 2 ;

- la figure 4 montre une première variante de réalisation des bossages de la figure 3 ;

- la figure 5 montre une deuxième variante de réalisation des bossages de la figure 3 ;

- les figures 6A et 6B représentent des courbes de variations du bruit magnétique de l’alternateur de la figure 1 et d’un alternateur de l’art antérieur en fonction de la vitesse de rotation de l’alternateur, respectivement sans et avec une phase de préchauffe de l’alternateur ;

- la figure 7 est une vue schématique en perspective d’un deuxième exemple d’organe élastique selon l’invention.

Les figures ne sont présentées qu’à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.

Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur toutes les figures.

DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION

Un véhicule automobile à moteur thermique est équipé d’une machine électrique tournante, telle qu’un alternateur ou un alterno-démarreur, configurée pour transformer l’énergie mécanique provenant du moteur thermique en énergie électrique dans le but notamment de recharger la batterie du véhicule et d’alimenter électriquement le réseau de bord du véhicule.

Un alterno-démarreur est un alternateur réversible, c’est-à-dire qu’il présente également un mode de fonctionnement dans lequel il transforme de l’énergie électrique en énergie mécanique pour notamment démarrer le moteur thermique du véhicule automobile. Dans ce cas, la machine tournante se comporte comme un moteur électrique.

Un mode de réalisation d’un alternateur 10 selon l’invention va maintenant être décrit, en référence à la figure 1. L’alternateur 10 comporte un rotor 12 monté solidaire en rotation sur un arbre 13 et un stator 15 entourant le rotor 12. Le rotor 12 et le stator 15 sont disposés à l’intérieur d’un carter 11 comprenant un palier avant 16 et un palier arrière 17.

L’arbre 13 s’étend selon un axe longitudinal X et est entraîné en rotation par le moteur via un dispositif de transmission de mouvement comprenant une poulie 20 fixée à une extrémité avant de l’arbre 13. L'axe longitudinal X de l'arbre 13 forme l'axe de rotation du rotor 12.

Dans l’ensemble de la description et dans les revendications, les termes « axial », « radial », « tangentiel », « intérieur », « extérieur » et leurs dérivés sont définis par rapport à l’axe de longitudinal X.

Le stator 15 comporte un corps 27 formé d’un empilement de tôles ayant chacune une forme générale annulaire. Des encoches sont ménagées à la périphérie interne de chaque tôle. Les encoches des tôles empilées forment des rainures dans lesquels des fils conducteurs électriquement sont enroulés de manière à former des bobines d’induit 28. Les bobines 28 définissent des phases électriques, chaque phase comprenant au moins une bobine. Les bobines 28 forment un chignon avant 29 et un chignon arrière 30 disposés de part et d’autre du corps 27 du stator 15.

Le corps 27 du stator 15 présente une forme générale cylindrique annulaire délimitée par une face avant disposée en regard du palier avant 16, une face arrière disposée en regard du palier arrière 17, une surface cylindrique interne et une surface cylindrique externe. Les faces avant et arrière du corps 27 du stator 15 sont transversales par rapport à l’axe longitudinal X.

Le rotor 12 comporte deux roues polaires 31 comprenant chacune un flasque disposé transversalement par rapport à l’axe longitudinal X et muni de griffes 33 s’étendant axialement en périphérie du flasque. Les griffes 33 de l'une des roues polaires 31 sont angulairement décalées par rapport aux griffes 33 de l'autre roue polaire 31 de manière à ce que les griffes 43 des deux roues polaires 31 s'entrepénètrent alternativement. Un noyau cylindrique 34 est intercalé axialement entre les flasques 32 des roues polaires 31. En l'occurrence, le noyau 34 est constitué de deux demi-noyaux appartenant chacun à l'un des flasques 32. Ce noyau 34 porte à sa périphérie externe une bobine d'excitation 35 enroulée dans un isolant intercalé radialement entre le noyau 34 et la bobine d’excitation 35.

Les paliers 16, 17 sont chacun équipés d’un roulement à billes 18, 19 pour le montage à rotation de l’arbre 13. Le palier arrière 17 est équipé d’un porte-balais 24 muni de balais 23 agencés pour frotter sur des bagues collectrices 21 connectées électriquement à la bobine d’excitation 35 du rotor 12. La bobine d’excitation 35 peut ainsi être alimentée par un courant électrique d’excitation provenant d’un régulateur de tension. Les bagues collectrices 21 sont disposées sur l’extrémité arrière de l'arbre 13.

Le refroidissement de l’alternateur 10 est assuré par une circulation d’air générée par deux ventilateurs 25, 26 disposés respectivement sur la face avant et sur la face arrière du rotor 12.

L’alternateur 10 comporte un organe élastique 40 disposé entre le stator 15 et le carter 11. Selon le mode de réalisation de la figure 1, l’organe élastique 40 est disposé entre le stator 15 et un seul palier, en l’occurrence le palier avant 16, afin de faciliter l’assemblage. Selon d’autres modes de réalisation, l’organe élastique peut relier mécaniquement le stator au palier arrière ou aux deux paliers à la fois. L’organe élastique 40 est conformé pour filtrer les vibrations du stator 15 résultant des forces électromagnétiques en présence dans l’alternateur 10 lorsqu’il est en fonctionnement. Ainsi, l’organe élastique 40 limite la propagation des vibrations du stator 15 vers le carter 11 de l’alternateur 10 de manière à réduire le bruit magnétique de l’alternateur 10.

L’organe élastique 40 se présente par exemple sous la forme d’une bague de tolérance, comme illustré à la figure 2. Dans ce cas, l’organe élastique 40 est monté autour de la surface cylindrique externe du corps 27 du stator 15. L’organe élastique 40 comporte une surface interne 41 disposée en regard de, et de préférence au contact de la surface cylindrique externe du corps 27 du stator 15, et une surface externe 42 opposée à la surface interne 41.

Selon ce mode de réalisation, l’organe élastique 40 comporte des bossages 44 s’étendant radialement extérieurement sur la surface externe 42. Inversement, la surface interne 41 est munie de creux 45 ayant une forme complémentaire aux bossages 44. Les bossages 44 agissent en tant qu’éléments d’amortissement entre le stator 15 et le carter 11. Les bossages 44 de l’organe élastique 40 sont mieux visibles sur la figure 3.

Selon un autre mode de réalisation, les bossages peuvent être inversés, c’està-dire être ménagés sur la surface périphérique interne 41.

Lorsque le stator 15 est assemblé dans le carter 11, les bossages 44 de l’organe élastique 40 sont au moins partiellement déformés élastiquement afin d’exercer un effort radial sur le stator 15 et sur le carter 11 de manière à empêcher le stator 15 de se déplacer axialement et/ou radialement et/ou en rotation par rapport au carter 11. Les bossages 44 de l’organe élastique 40 permettent donc de maintenir en position le stator 15 dans le carter 11.

L’organe élastique 40 s’étend axialement sur une longueur totale LT comprise de préférence entre 10% et 120% de la longueur LS du corps 27 du stator 15. Ainsi, l’organe élastique peut s’étendre sur une longueur axiale inférieure à celle du corps de stator ou, en variante, s’étendre sur une longueur supérieure à celle du corps de stator. L’organe élastique 40 présente une épaisseur E, dans une direction radiale, comprise de préférence entre 0,6 mm et 30,1 mm.

Chaque bossage 44 comporte une surface d’appui 47 disposée en contact avec le carter 11 si les bossages sont disposés sur une face circonférentielle externe de l’organe élastique ou en contact avec le corps 27 du stator si les bossages sont disposés sur une face circonférentielle interne dudit organe. Dans une variante de réalisation, l’organe élastique peut comporter des bossages situés respectivement sur les faces interne et externe dudit organe. La disposition des bossages sur une face ou l’autre peut dépendre du procédé d’assemblage de l’alternateur dans le sens où la surface d’appui 47 est notamment en contact avec la pièce (carter ou stator) mobile lors du montage du stator dans le carter. L’organe élastique est donc notamment monté, avant l’assemblage entre le stator et le carter, sur la pièce immobile lors de cet assemblage.

La surface d’appui 47 de chaque bossage 44 s’étend axialement sur une longueur L comprise de préférence entre 20% et 110% de la longueur LS du corps 27 du stator 15. Chaque bossage 44 présente une hauteur H, considérée selon une direction radiale entre la surface externe 42 et la surface d’appui 27, comprise de préférence entre 0,5 mm et 30 mm. De plus, chaque bossage 44 présente par exemple une largeur, dans une direction circonférentielle, comprise de préférence entre 0,2 mm et 30 mm.

Par exemple, les bossages d’un même organe élastique 40 sont tous identiques le long de la circonférence dudit organe. Toujours par exemple, les bossages peuvent être régulièrement répartis le long de la circonférence de l’organe élastique ou non régulièrement répartis. Par exemple des groupes de plusieurs bossages peuvent être régulièrement répartis les uns des autres, en l’occurrence dans les figures des groupes de deux bossages sont représentés.

L’organe élastique 40 présente une section transversale par rapport à l’axe X qui est ouverte. Autrement dit, l’organe élastique 40 n’est pas un anneau fermé. De préférence, l’organe élastique 40 est tel qu’il couvre un angle de d’au moins 240° ce qui permet d’assurer le centrage du stator 15 par rapport au carter 11.

L’organe élastique 40 peut être réalisé en métal tel que de l’acier ou de l’aluminium. Un avantage à utiliser du métal est d’obtenir une bonne conduction thermique entre le stator 15 et le carter 11 de manière à évacuer la chaleur résultant de la génération du courant induit dans le stator.

Selon des variantes de réalisation, l’organe élastique 40 peut comporter des ouvertures 48 disposées de part et d’autre de chaque bossage 44. En variante, l’organe élastique 40 peut comporte une seule ouverture par bossage 44, par exemple disposée au milieu du bossage. Dans une autre variante, un bossage 44 peut être formé de plusieurs bandes espacées par des ouvertures.

Les ouvertures 48 peuvent s’étendre axialement comme illustré à la figure 4, ou tangentiellement comme illustré à la figure 5. Eventuellement, chaque bossage 44 peut comporter une ouverture supplémentaire (non représentée) réalisée de manière à séparer le bossage 44 en deux parties ayant de préférence des dimensions identiques. Les différentes ouvertures que comporte l’organe élastique 40, ainsi que leurs dimensions, sont adaptées pour ajuster la raideur des bossages 44, notamment selon la direction radiale, de manière à ce que l’organe élastique 40 soit suffisamment rigide pour maintenir en position le stator 15 dans le carter 11 tout en étant suffisamment souple pour filtrer les vibrations.

La figure 6A montre une première courbe 601 de variation du bruit magnétique BM en fonction de la vitesse de rotation V d’un alternateur selon l’art antérieur et une deuxième courbe 602 de variation du bruit magnétique BM en fonction de la vitesse de rotation V de l’alternateur 10 selon l’invention. Ces deux courbes 601, 602 sont obtenues pour une température ambiante d’environ 25 °C, l’alternateur étant mis en fonctionnement à froid, c’est-à-dire que l’alternateur n’a pas subi de phase de préchauffage avant la réalisation de la mesure.

Sur l’ensemble des figures, le bruit magnétique BM est exprimé en décibel acoustique dB(A)w et la vitesse de rotation est exprimée en tours par minute tr/min.

Une diminution du bruit magnétique BM est constatée au moins dans une plage de vitesses comprise entre 1800 tr/min et 5200 tr/min. La plage de vitesses comprise entre 1800 tr/min et 4000 tr/min est particulièrement intéressante car c’est dans celle-ci que le bruit magnétique est le plus audible et donc le plus gênant. En effet, au-delà de cette plage, le bruit aéraulique des ventilateurs assurant le refroidissement de l’alternateur couvre le bruit magnétique.

De manière similaire à la figure 6A, la figure 6B montre une troisième courbe 603 de variation du bruit magnétique BM en fonction de la vitesse de rotation V de l’alternateur selon l’art antérieur et une deuxième courbe 604 de variation du bruit magnétique BM en fonction de la vitesse de rotation V de l’alternateur 10 selon l’invention. Par contre, ces deux courbes 603, 604 sont obtenues lorsque l’alternateur a subi une phase de préchauffage, également pour une température ambiante d’environ 25 °C. On constate également que dans la plage de vitesses V comprise entre 1800 tr/min et 4000 tr/min le bruit magnétique est réduit ou reste approximativement égal.

La figure 7 montre un autre exemple d’un deuxième organe élastique 50 pouvant être monté dans l’alternateur 10en supplément de l’organe élastique 40.

L’organe élastique 50 a par exemple une forme torique s’étendant autour d’un axe de révolution et est de préférence formé d’un métal. Un tel organe élastique peut 5 être assemblé axialement entre chaque face du corps 27 du stator 15 et le palier 16, 17 correspondant de sorte que l’axe de révolution coïncide avec l’axe de rotation X. Ainsi, l’alternateur 10 peut comprendre deux deuxièmes organes élastiques 50.

L’organe élastique 50 présente des ondulations qui agissent comme des éléments d’amortissement selon la direction axiale. L’organe élastique 50 présente 10 une section transversale par rapport à l’axe de révolution qui est ouverte.

Naturellement, l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l’invention.

Claims

Revendications

1. Machine électrique tournante pour véhicule automobile, ladite machine (10) comprenant :

- un stator (15),

- un carter (11) entourant un rotor et le stator, le rotor étant en rotation autour d’un axe (X), et

- un organe élastique (40) disposé entre le stator (15) et le carter (11) selon une direction radiale, la machine étant caractérisée en ce que l’organe élastique (40) est au moins partiellement formé d’un matériau métallique et en ce qu’il est conformé pour présenter une raideur selon la direction radiale prévue pour filtrer des vibrations du stator.
2. Machine selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) présente un plan de symétrie, ledit plan de symétrie comprenant l’axe (X).
3. Machine selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) présente une section transversale par rapport à l’axe (X), la section transversale étant ouverte.
4. Machine selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) forme un arc de cercle présentant un angle d’au moins 240°.
5. Machine selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) présente une forme ondulée.
6. Machine selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) comporte des bossages (44).
7. Machine selon la revendication 6, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) comporte une surface interne (41) orientée vers l’axe (X) et une surface externe (42) opposée à la surface interne (41), la surface externe (42) étant munie de bossages (44).
8. Machine selon la revendication 6 ou 7, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) comporte une surface interne (41) orientée vers l’axe (X) et une surface externe (42) opposée à la surface interne (41), la surface interne (41) étant munie de bossages (44).
9. Machine selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que chaque bossage (44) comporte une surface d’appui (47) qui s’étend axialement.
10. Machine selon l’une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) comporte au moins une ouverture (48) disposée de manière adjacente à un des bossages (44).
11. Machine selon la revendication 10, caractérisée en ce que l’organe élastique (40) comporte des ouvertures (48) disposées de part et d’autre d’au moins un bossage (44).
12. Machine selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que l’ouverture (48) s’étend dans une direction axiale.
13. Machine selon la revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que l’ouverture (48) s’étend dans une direction circonférentielle.
14. Machine selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu’elle comporte un deuxième organe élastique (50) s’étendant entre le stator (15) et le carter (11) selon une direction axiale et étant conformé pour présenter une raideur selon la direction axiale prévue pour filtrer des vibrations du stator.