Alternateur comprenant un roulement à bride de fixation Alternator comprising a clamping flange bearing
L'invention concerne une machine électrique comprenant un stator dans lequel un rotor est monté, ledit rotor étant solidaire d'un moyen de transmission d'un couple mécanique.The invention relates to an electric machine comprising a stator in which a rotor is mounted, said rotor being secured to a means for transmitting a mechanical torque.
Une telle machine électrique peut fonctionner en tant que génératrice de courant en transformant une énergie mécanique en énergie électrique. En particulier, une telle génératrice peut être un alternateur par exemple pour véhicule automobile. L'invention s'applique également à des machines électriques motrices qui transforment une énergie électrique en énergie mécanique, ou encore à une machine électrique pouvant fonctionner en tant que génératrice et en tant que motrice.Such an electric machine can function as a current generator by transforming mechanical energy into electrical energy. In particular, such a generator may be an alternator for example for a motor vehicle. The invention also applies to electric motor machines that convert electrical energy into mechanical energy, or to an electric machine that can function as a generator and as a motor.
De façon connue, une telle machine électrique comprend un roulement prévu à proximité du moyen de transmission de sorte à assurer le guidage de la rotation du rotor. La bague extérieure du roulement est alors solidaire du carter logeant le stator. Pour assurer cette solidarisation, on a proposé d'emmancher la bague extérieure dans un logement du carter et de fixer axialement ledit roulement par vissage d'un organe d'arrêt dans le carter. En particulier, cette réalisation nécessite que le vissage soit réalisé à proximité de la bague extérieure pour que l'élément d'arrêt vienne en appui sur le roulement.In known manner, such an electric machine comprises a bearing provided near the transmission means so as to ensure the guiding of the rotation of the rotor. The outer race of the bearing is then secured to the housing housing the stator. To ensure this connection, it has been proposed to fit the outer ring in a housing of the housing and axially fix said bearing by screwing a stop member into the housing. In particular, this embodiment requires that the screwing is performed close to the outer ring so that the stop member bears on the bearing.
Cette réalisation ne donne pas satisfaction car, dans des conditions d'utilisation telles que celles subies par des alternateurs de véhicule automobile (couple mécanique, température, vibrations, ...), on constate une durée de vie du roulement qui est insuffisante. En particulier, un écaillage de la bague extérieure du roulement a tendance à apparaître de façon prématurée, ce qui est probablement en partie dû à une déformation de la bague extérieure lors du vissage.This achievement is not satisfactory because, under conditions of use such as those experienced by alternators of a motor vehicle (mechanical torque, temperature, vibration, ...), there is a life of the bearing which is insufficient. In particular, spalling of the outer ring of the bearing tends to appear prematurely, which is probably partly due to deformation of the outer ring during screwing.
En particulier, l'invention propose une machine électrique dont le montage du roulement permet une durée de vie de celui-ci qui soit améliorée. L'invention vise également à proposer une machine électrique présentant seule ou en
combinaison les caractéristiques avantageuses suivantes par rapport à l'art antérieur :In particular, the invention proposes an electric machine whose mounting of the bearing allows a service life of it which is improved. The invention also aims to propose an electric machine presenting alone or in combination of the following advantageous characteristics with respect to the prior art:
- le refroidissement est assuré de façon améliorée ;the cooling is ensured in an improved manner;
- le démontage du rotor est simplifié ; - l'encombrement axial est réduit ;- disassembly of the rotor is simplified; axial size is reduced;
- le couple de déversement du moyen de transmission sur le roulement est réduit ;- The spill torque of the transmission means on the bearing is reduced;
- le nombre de pièces est réduit ;- the number of pieces is reduced;
- la réalisation du carter est simplifiée et nécessite moins de matière.- The realization of the housing is simplified and requires less material.
A cet effet, l'invention propose une machine électrique comprenant un carter logeant un stator dans lequel un rotor est monté en rotation au moyen d'un roulement dont la bague extérieure est solidaire du carter et la bague intérieure est solidaire du rotor, ladite machine comprenant un moyen de transmission d'un couple mécanique qui est solidarisé au rotor à l'extérieur du carter, dans laquelle la bague extérieure comprend une bride radiale, ladite bride étant pourvue d'un moyen de fixation de la bague au carter.For this purpose, the invention proposes an electric machine comprising a casing housing a stator in which a rotor is rotatably mounted by means of a bearing whose outer ring is integral with the casing and the inner ring is secured to the rotor, said machine comprising means for transmitting a mechanical torque which is secured to the rotor outside the housing, wherein the outer ring comprises a radial flange, said flange being provided with means for fixing the ring to the housing.
D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels :Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description, made with reference to the appended drawings, in which:
- la figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un alternateur montrant le montage du rotor sur le carter au moyen d'un roulement selon un premier mode de réalisation ; la figure 2 est une vue en perspective de la partie de l'alternateur selon la figure 1 ;- Figure 1 is a partial longitudinal sectional view of an alternator showing the mounting of the rotor on the housing by means of a bearing according to a first embodiment; Figure 2 is a perspective view of the part of the alternator according to Figure 1;
- la figure 3 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un alternateur montrant le montage du rotor sur le carter au moyen d'un roulement selon un deuxième mode de réalisation ; la figure 4 est une vue en perspective de la partie de l'alternateur selon la figure 3 ; - les figures 5 et 6 sont des figures analogues respectivement aux figures 3 et 4 pour une variante du deuxième mode de réalisation ;- Figure 3 is a partial longitudinal sectional view of an alternator showing the mounting of the rotor on the housing by means of a bearing according to a second embodiment; Figure 4 is a perspective view of the part of the alternator according to Figure 3; - Figures 5 and 6 are similar figures respectively to Figures 3 and 4 for a variant of the second embodiment;
- la figure 7 est une vue en coupe longitudinale partielle d'un alternateur montrant le montage du rotor sur le carter au moyen d'un roulement
selon un troisième mode de réalisation ; la figure 8 est une vue en perspective de la partie de l'alternateur selon la figure 7.- Figure 7 is a partial longitudinal sectional view of an alternator showing the mounting of the rotor on the housing by means of a bearing according to a third embodiment; FIG. 8 is a perspective view of the portion of the alternator according to FIG. 7.
En relation avec les figures, on décrit un alternateur pour véhicule automobile sans toutefois que l'invention ne soit limitée à ce type de machine électrique. En effet, l'invention trouve son application dans tous types de machines telle qu'une génératrice de courant permettant de transformer une énergie mécanique en énergie électrique et/ou tel qu'un moteur transformant une énergie électrique en énergie mécanique.In connection with the figures, there is described an alternator for a motor vehicle without however that the invention is limited to this type of electric machine. Indeed, the invention finds application in all types of machines such as a current generator for converting mechanical energy into electrical energy and / or such as a motor transforming electrical energy into mechanical energy.
Un alternateur comprend de façon connue un carter 1 logeant un stator 2 formant induit dans lequel est monté en rotation un rotor 3 formant inducteur de sorte, par rotation dudit rotor, à produire un courant électrique alternatif. Le carter 1 est classiquement réalisé en aluminium et comprend des ajours permettant une circulation d'air pour le refroidissement. En outre, pour améliorer le refroidissement par air, une ailette de refroidissement 4 est solidarisée au rotor 3 à l'intérieur du carter 1.An alternator comprises, in a known manner, a casing 1 housing a stator 2 forming an armature in which a rotor 3 is rotatably mounted forming an inductor so that, by rotation of said rotor, an alternating electric current is produced. The casing 1 is conventionally made of aluminum and includes openings allowing air circulation for cooling. In addition, to improve the air cooling, a cooling fin 4 is secured to the rotor 3 inside the casing 1.
Pour entraîner la rotation du rotor 3, un moyen de transmission d'un couple mécanique est solidarisé au rotor 3 à l'extérieur du carter 1. Dans les modes de réalisation représentés, le moyen de transmission est formé d'une poulie 5 qui comprend une jante 5a agencée pour porter une courroie, ladite courroie étant entraînée en rotation par le moteur du véhicule automobile.To drive the rotation of the rotor 3, a means for transmitting a mechanical torque is secured to the rotor 3 outside the casing 1. In the embodiments shown, the transmission means is formed of a pulley 5 which comprises a rim 5a arranged to carry a belt, said belt being rotated by the engine of the motor vehicle.
Pour guider en rotation le rotor 3 dans le carter 1 , un roulement est prévu, ledit roulement comprenant une bague extérieure fixe 6 qui est solidaire du carter 1 à proximité de la poulie 5 et une bague intérieure tournante 7 emmanchée sur le rotor 3. De façon connue, un deuxième roulement (non représenté) est également prévu pour, à distance de la poulie 5, guider la rotation du rotor 3 dans le carter 1.To guide the rotor 3 in rotation in the casing 1, a bearing is provided, said bearing comprising a fixed outer ring 6 which is integral with the casing 1 close to the pulley 5 and a rotating inner ring 7 fitted on the rotor 3. In known manner, a second bearing (not shown) is also provided for, at a distance from the pulley 5, guiding the rotation of the rotor 3 in the casing 1.
Les deux bagues 6, 7 sont pourvues chacune d'une piste de roulement disposée en regard de sorte à former un chemin de roulement dans lequel des corps roulants 8 sont disposés pour permettre la rotation relative desdites
bagues. En variante, on peut prévoir d'autres types de roulements, notamment comprenant plusieurs rangées de corps roulants et/ou des corps roulants de géométrie différente.The two rings 6, 7 are each provided with a rolling track disposed opposite to form a raceway in which rolling bodies 8 are arranged to allow the relative rotation of said rings. Alternatively, one can provide other types of bearings, including several rows of rolling bodies and / or rolling bodies of different geometry.
Lors de l'utilisation de l'alternateur, le roulement est soumis à des contraintes mécaniques (couple transmis, acyclisme, vibrations, ...) et thermiques (température de fonctionnement jusqu'à 16O0C) importantes qui, dans les montages de l'art antérieur, entraînent une limitation importante de la durée de vie dudit roulement.When using the alternator, the bearing is subjected to mechanical stresses (torque transmitted, acyclism, vibrations, ...) and thermal (operating temperature up to 160 ° C) which, in the assemblies of the prior art, lead to a significant limitation of the life of said bearing.
Pour résoudre ce problème, l'invention propose principalement de reporter la fixation du roulement sur le carter 1 à distance du chemin de roulement. Ainsi, on obtient une limitation des contraintes mécaniques de fixation au niveau du chemin de roulement où les contraintes mécaniques de rotation s'appliquent de façon principale. Pour ce faire, la bague extérieure 6 comprend une bride radiale 9 qui est pourvue de moyen de fixation de la bague 6 au carter 1.To solve this problem, the invention mainly proposes to postpone the attachment of the bearing on the casing 1 away from the raceway. Thus, a limitation of the mechanical fastening stresses is obtained at the level of the race where the mechanical rotational stresses apply mainly. To do this, the outer ring 6 comprises a radial flange 9 which is provided with means for fixing the ring 6 to the casing 1.
Dans les modes de réalisation décrits, la bride de fixation 9 comprend quatre pattes radiales 10 équiréparties angulairement formant moyen de fixation. La partie extrême des pattes 10 est pourvues d'un orifice axial de fixation 11 dans lequel une vis ou un goujon est destiné à être introduit. En outre, le carter 1 comprend une ouverture axiale 12 dans laquelle la bride 9 est disposée. Plus particulièrement, l'ouverture 12 comprend quatre saillies internes 13 s'étendant depuis la face avant de la périphérie de ladite ouverture. Les saillies 13 comprennent chacune une zone d'appui avant 14 pour la face arrière d'une patte 10, lesdites saillies comprenant un orifice axial 15 agencé pour recevoir la vis ou le goujon de fixation. En variante, on peut prévoir que les pattes 10 soient agencées pour que leur face avant vienne en appui sur une zone d'appui arrière de respectivement une saillie 13.In the embodiments described, the fastening flange 9 comprises four radial tabs 10 equidistributed angularly fixing means. The end part of the lugs 10 is provided with an axial fixing orifice 11 in which a screw or a dowel is intended to be introduced. In addition, the housing 1 comprises an axial opening 12 in which the flange 9 is disposed. More particularly, the opening 12 comprises four internal projections 13 extending from the front face of the periphery of said opening. The projections 13 each comprise a front support zone 14 for the rear face of a lug 10, said projections comprising an axial orifice 15 arranged to receive the fixing screw or bolt. In a variant, provision may be made for the lugs 10 to be arranged so that their front face bears on a rear support zone of respectively a projection 13.
Cette réalisation permet, en particulier en prévoyant que l'ailette de refroidissement 4 soit disposée en regard de l'ouverture 12, d'améliorer le refroidissement par circulation d'air dans les espaces de l'ouverture 12 qui sont laissés libres entre les pattes 10. En particulier, on limite ainsi la dilatation
différentielle entre le carter 1 et le roulement, ce qui contribue également à augmenter la durée de vie dudit roulement. Selon une réalisation, on peut disposer un organe de protection ajouré à l'intérieur de l'ouverture 12 de sorte à éviter l'introduction accidentelle de corps étrangers dans le carter 1.This embodiment makes it possible, in particular by providing that the cooling fin 4 is arranged opposite the opening 12, to improve cooling by circulation of air in the spaces of the opening 12 which are left free between the legs 10. In particular, this limits the dilatation differential between the casing 1 and the bearing, which also contributes to increasing the life of said bearing. According to one embodiment, it is possible to have a perforated protection member inside the opening 12 so as to prevent the accidental introduction of foreign bodies into the casing 1.
En outre, le carter 1 selon l'invention est plus simple à réaliser et nécessite moins de matière, ce qui est avantageux d'un point de vu du coût et du poids. Par ailleurs, la fixation du roulement nécessite un nombre de pièces réduit, ce qui simplifie également le montage et limite le poids de l'alternateur.In addition, the casing 1 according to the invention is simpler to produce and requires less material, which is advantageous from a cost and weight point of view. In addition, the fixing of the bearing requires a reduced number of parts, which also simplifies the assembly and limits the weight of the alternator.
Selon l'invention, on peut également moduler la rigidité de la fixation du roulement sur le carter 1 , notamment en prévoyant des nervures de rigidification sur de la bride 9 et/ou sur les pattes 10, ce qui contribue à la tenue mécanique sans complexifier la réalisation du carter 1. En outre, on résout ainsi le problème du manque de rigidité du carter 1 lorsque celui-ci est réalisé en matériau faiblement rigide tel que l'aluminium.According to the invention, it is also possible to modulate the rigidity of the fastening of the bearing on the casing 1, in particular by providing stiffening ribs on the flange 9 and / or on the lugs 10, which contributes to the mechanical strength without complicating the embodiment of the casing 1. In addition, it solves the problem of the lack of rigidity of the casing 1 when it is made of weakly rigid material such as aluminum.
Dans les deux premiers modes de réalisation représentés sur les figures 1 à 6, la bague extérieure 6 est réalisée en tôle notamment emboutie et la bague intérieure 7 est une pièce annulaire massive, par exemple obtenue par forgeage et usinage. Une piste de roulement est réalisée sur la surface extérieure de la bague intérieure 7. La bague extérieure 6 comprend une partie généralement axiale 6a comportant la piste de roulement et une extension 6b s'étendant généralement radialement depuis la partie axiale 6a, ladite partie radiale formant la bride de fixation 9.In the first two embodiments shown in Figures 1 to 6, the outer ring 6 is made of sheet metal in particular stamped and the inner ring 7 is a solid annular piece, for example obtained by forging and machining. A running track is formed on the outer surface of the inner ring 7. The outer ring 6 comprises a generally axial portion 6a comprising the raceway and an extension 6b extending generally radially from the axial portion 6a, said radial portion forming the fastening flange 9.
Dans les réalisations représentées en relation avec les deux premiers modes, la patte de fixation 10 comprend une partie axi-radiale 10a s'étendant depuis la bride 9 et une partie radiale 10b comprenant l'orifice de fixation 11, cette géométrie pouvant être obtenue de façon particulièrement avantageuse du fait de l'utilisation d'une bague 6 en tôle emboutie. Cette réalisation permet, en décalant axialement la fixation du roulement par rapport au chemin de roulement, de réduire l'encombrement axial. En particulier, le plan P1 contenant la face latérale arrière de la poulie 5 est décalée axialement vers l'intérieur par
rapport au plan P2 contenant la face latérale avant du carter 1 , à savoir le plan P2 contenant les faces avants des saillies 13.In the embodiments shown in relation to the first two modes, the fixing lug 10 comprises an axi-radial portion 10a extending from the flange 9 and a radial portion 10b comprising the fixing orifice 11, this geometry being obtainable from particularly advantageous manner because of the use of a ring 6 stamped sheet. This embodiment makes it possible, by axially shifting the fixing of the bearing relative to the raceway, to reduce the axial space requirement. In particular, the plane P1 containing the rear lateral face of the pulley 5 is shifted axially inwards by relative to the plane P2 containing the front lateral face of the casing 1, namely the plane P2 containing the front faces of the projections 13.
En outre, on obtient une réduction de la distance axiale X2 entre le plan médian de la poulie 5 de celui du chemin de roulement, ce qui limite le couple de déversement sur le roulement, et donc limite les contraintes mécaniques subies par ledit roulement lors de la rotation du rotor 3. Par ailleurs, la bague intérieure 7 est emmanchée sur le rotor 3 en prévoyant une entretoise arrière 16.In addition, a reduction of the axial distance X2 is obtained between the median plane of the pulley 5 of that of the raceway, which limits the spill torque on the bearing, and therefore limits the mechanical stresses experienced by said bearing when the rotation of the rotor 3. Furthermore, the inner ring 7 is fitted on the rotor 3 by providing a rear spacer 16.
Dans le premier mode de réalisation (figures 1 et 2), la poulie 5 est montée sur le rotor 3 par l'intermédiaire d'un flasque 17 emmanché sur le rotor 3 contre la face avant de la bague intérieure 6, ledit flasque étant solidarisé dans l'alésage de la jante 5a. Dans un exemple de réalisation, la poulie 5 est surmoulée sur le flasque 17, ou clipsée dans une gorge prévue à cet effet sur l'alésage.In the first embodiment (Figures 1 and 2), the pulley 5 is mounted on the rotor 3 by means of a flange 17 fitted on the rotor 3 against the front face of the inner ring 6, said flange being secured in the bore of the rim 5a. In an exemplary embodiment, the pulley 5 is overmolded on the flange 17, or clipped into a groove provided for this purpose on the bore.
Dans le deuxième mode de réalisation (figures 3 à 6), la poulie 5 est réalisée d'une seule pièce avec la bague intérieure 7, ce qui limite encore le nombre de pièce à assembler. Pour ce faire, la bague intérieure 7 comprend une partie annulaire axiale 7a comprenant la piste de roulement, et une extension radiale 7b sur laquelle est formée la jante 5a.In the second embodiment (FIGS. 3 to 6), the pulley 5 is made in one piece with the inner ring 7, which further limits the number of parts to be assembled. To do this, the inner ring 7 comprises an axial annular portion 7a comprising the raceway, and a radial extension 7b on which is formed the rim 5a.
En variante représentée sur les figures 5 et 6, le diamètre intérieur Y1 de l'ouverture du carter au niveau des saillies 13 est fixé à une valeur supérieure au diamètre extérieur Y2 du rotor 3 au niveau de l'inducteur. Dans cette variante, la longueur des pattes 10 est également augmentée, notamment au niveau de la partie radiale 10b, de sorte à assurer la fixation sur les saillies 13. Ainsi, il est possible de monter / démonter l'ensemble poulie - roulement - rotor par fixation / désolidarisation du roulement et du carter 1 , ce qui simplifie la réalisation de l'alternateur et permet en particulier un échange standard de l'ensemble uniquement.Alternatively shown in Figures 5 and 6, the inner diameter Y1 of the housing opening at the projections 13 is set at a value greater than the outer diameter Y2 of the rotor 3 at the inductor. In this variant, the length of the lugs 10 is also increased, in particular at the radial portion 10b, so as to ensure attachment to the projections 13. Thus, it is possible to assemble / disassemble the assembly pulley - bearing - rotor by fixing / disconnecting the bearing and the casing 1, which simplifies the realization of the alternator and allows in particular a standard exchange of all only.
Le troisième mode de réalisation (figures 7 et 8), prévoit que la bague extérieure 6 comprenne une pièce annulaire massive sur laquelle la bride de fixation 9, par exemple en matériau plastique, est surmoulée. La poulie 5 est emmanchée sur
le rotor 3 avec sa partie centrale 18 en appui sur la face avant de la bague intérieure 7. Cette réalisation permet d'obtenir les avantages mentionnés ci- dessus tout en conservant un roulement standard comprenant des bagues massives.The third embodiment (FIGS. 7 and 8) provides for the outer ring 6 to comprise a solid annular piece on which the fastening flange 9, for example made of plastic material, is overmolded. The pulley 5 is fitted on the rotor 3 with its central portion 18 bearing on the front face of the inner ring 7. This embodiment provides the advantages mentioned above while maintaining a standard bearing comprising massive rings.
Dans les modes de réalisation des figures 1 et 7, l'étanchéité du roulement est assurée des deux côtés de l'espace de roulement par la disposition de respectivement un joint 19 entre les bagues 6, 7. Ces joints 19 sont de structure classique, c'est-à-dire comprenant une armature d'association à une bague et une lèvre d'étanchéité en contact frottant sur l'autre bague ou sur une armature associée à l'autre bague.In the embodiments of FIGS. 1 and 7, the seal of the bearing is ensured on both sides of the running space by the arrangement of respectively a seal 19 between the rings 6, 7. These seals 19 are of conventional structure, that is to say comprising an armature of association with a ring and a sealing lip in rubbing contact on the other ring or on an armature associated with the other ring.
Dans les modes de réalisation des figures 3 et 5, l'intégration de la poulie 5 à la bague intérieure 7 permet de prévoir un joint d'étanchéité 20 qui est associé à la bague extérieure 6 et dont la lèvre d'étanchéité vient en contact frottant sur la face arrière de l'extension radiale 7b. De l'autre côté de l'espace de roulement un joint classique 19 est prévu entre les bagues 6, 7.
In the embodiments of FIGS. 3 and 5, the integration of the pulley 5 with the inner ring 7 makes it possible to provide a seal 20 which is associated with the outer ring 6 and whose sealing lip comes into contact. rubbing on the rear face of the radial extension 7b. On the other side of the running space a conventional seal 19 is provided between the rings 6, 7.