FR2575343A1 - Cooling device for rotating electrical machine - Google Patents
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Abstract
Description
"Dispositif de refroidissement pour machine tournante électrique"
La présente invention concerne un dispositif de refroidissement pour une machine tournante électrique, et plus particulièrement pour un alternateur qui génère le courant électrique utilisé par un véhicule automobile, en étant entraîné à partir du moteur thermique du véhicule."Cooling device for electric rotating machine"
The present invention relates to a cooling device for an electric rotating machine, and more particularly for an alternator which generates the electric current used by a motor vehicle, by being driven from the heat engine of the vehicle.
Pour qu'une telle machine tournante électrique fonctionne selon des conditions optimales, il est nécessaire de limiter la température maximale, à laquelle elle se trouve soumise par suite de son fonctionnement propre, mais aussi en raison de l'apport thermique par conduction, convection et/ou rayonnement, à partir de la chaleur de fonctionnement du moteur à combustion interne du véhicule. Dans ce but, il est habituellement prévu un dispositif de refroidissement comprenant essentiellement une roue de ventilateur montée sur l'arbre du rotor de l'alternateur. For such an electric rotating machine to operate under optimal conditions, it is necessary to limit the maximum temperature, to which it is subjected as a result of its proper functioning, but also due to the heat input by conduction, convection and / or radiation, from the operating heat of the vehicle's internal combustion engine. For this purpose, a cooling device is usually provided, essentially comprising a fan wheel mounted on the shaft of the alternator rotor.
La roue de ventilateur est située face à des ouïtes de ventilation ménagées dans un flasque de l'alternatéur. En cours de fonctionnement, cette roue de ventilateur tourne avec l'arbre du rotor, entraîné à partir du moteur thermique du véhicule, et elle crée un flux d'air qui, passant par les ouïes précitées, traverse l'alternateur et assure son refroidissement.The fan wheel is located opposite the ventilation openings in a flange of the alternator. During operation, this fan wheel rotates with the rotor shaft, driven from the vehicle's heat engine, and it creates an air flow which, passing through the aforementioned vents, passes through the alternator and ensures its cooling. .
En général, la roue de ventilateur est solidaire de l'arbre du rotor, donc est entraînée en rotation de manière permanente, et tourne à la même vitesse que l'alternateur, vitesse qui est elle-même proportionnelle à celle du moteur à combustion interne. In general, the fan wheel is integral with the rotor shaft, therefore is rotated permanently, and rotates at the same speed as the alternator, a speed which is itself proportional to that of the internal combustion engine. .
L'entraînement en rotation du ventilateur absorbe ainsi en permanence une fraction importante de la puissance mécanique fournie à l'alternateur par le moteur à combustion interne, et ceci de manière inutile dans certaines conditions de fonctionnement pour lesquelles l'échauffement de l'alternateur reste limité et n'exige pas un refroidissement énergique par traversée d'un débit d'air important. The fan rotational drive thus permanently absorbs a large fraction of the mechanical power supplied to the alternator by the internal combustion engine, and this is useless in certain operating conditions for which the heating of the alternator remains limited and does not require vigorous cooling through a large air flow.
A titre d'illustration de ces phénomènes, il est fréquent qu'un alternateur, entraîné en rotation pour débiter sa tension maximale, connaisse une stabilisation de sa température qui s'établit sous la forme d'un palier, aux environs d'une vitesse de rotation de 4000 tours/minute. By way of illustration of these phenomena, it is frequent that an alternator, driven in rotation to deliver its maximum voltage, experiences a stabilization of its temperature which is established in the form of a plateau, around a speed 4000 rpm rotation.
La vitesse de rotation du ventilateur pourrait donc être limitée à cette valeur, sans nuire à la fonction de refroidissement.The fan speed could therefore be limited to this value, without affecting the cooling function.
De plus, le ventilateur produit un bruit élevé, lorsqu'il est entraîné en rotation à vitesse élevée. In addition, the fan produces a high noise, when it is rotated at high speed.
Pour remédier à ces inconvénients, diverses solutions techniques ont déjà été proposées, consistant à supprimer le montage direct de la roue de ventilateur sur l'arbore du rotor, et par conséquent son entraîne ment permanent à la vitesse de cet arbre, et à prévoir un système d'entraînement ou d'accouplement particulier pour animer le ventilateur: mécanisme d'embrayage/débrayage mécanique, système d'entraînement avec "glissement" progressif par exemple avec couplage magnétique, intervention d'un moteur auxiliaire d'entraînement, dispositif d'entraînement à deux vitesses, etc... pouvant être soit régulés par eux-mêmes, soit asservis à des détecteurs sensibles à la température, à la vitesse ou à tout autre paramètre. To overcome these drawbacks, various technical solutions have already been proposed, consisting in eliminating the direct mounting of the fan wheel on the shaft of the rotor, and consequently its permanent drive at the speed of this shaft, and in providing a specific drive or coupling system to drive the fan: mechanical clutch / declutch mechanism, drive system with progressive "sliding" for example with magnetic coupling, intervention of an auxiliary drive motor, two speed drive, etc ... which can be either regulated by themselves, or slaved to sensors sensitive to temperature, speed or any other parameter.
Dans tous les cas, la réalisation et le montage sont complexes et coûteux, en raison de la multiplication d'éléments mobiles mécaniques de petites dimensions dans un encombrement relativement réduit. In all cases, the production and assembly are complex and expensive, due to the multiplication of mechanical mobile elements of small dimensions in a relatively small footprint.
La présente invention vise à éliminer tous les inconvénients signalés plus haut, en fournissant un dispositif de refroidissement permettant de réduire lorsqu'on le désire le débit d'air pulsé, donc la puissance mécanique absorbée par la ventilation, tout en conservant pour la roue de ventilateur un montage direct sur l'arbre du rotor de la machine tournante électrique, donc un entraînement permanent à la vitesse de cet arbre. The present invention aims to eliminate all the drawbacks mentioned above, by providing a cooling device making it possible to reduce, when desired, the flow of forced air, therefore the mechanical power absorbed by the ventilation, while retaining for the wheel of fan direct mounting on the rotor shaft of the electric rotating machine, therefore a permanent drive at the speed of this shaft.
A cet effet, dans le dispositif de refroidissement pour machine tournante électrique selon l'invention, un obturateur rotatif est associé à un flasque pourvu d'ouïes de ventilation, et des moyens d'actionnement sont prévus pour entraîner Irobturateur en rotation autour de son axe et le placer dans la position angulaire désirée, de manière à dégager ou à obturer au moins partiellement les passages d'air de refroidissement formés par les ouïtes de ventilation du fiasque associe. To this end, in the cooling device for an electric rotary machine according to the invention, a rotary shutter is associated with a flange provided with ventilation openings, and actuation means are provided to drive the shutter in rotation about its axis. and place it in the desired angular position, so as to clear or at least partially close the cooling air passages formed by the ventilation openings of the associated flask.
Le dispositif objet de l'invention permet ainsi de conserver un montage de ventilateur classique et très simple, le ventilateur étant solidaire de l'arbre du rotor, et ce dispositif module le débit d'air admis à traverser l'alternateur en faisant varier la section de passage offerte à l'air pulsé pour son entrée dans l'alternateur. The device which is the subject of the invention thus makes it possible to keep a conventional and very simple fan assembly, the fan being integral with the rotor shaft, and this device modulates the air flow admitted through the alternator by varying the passage section offered to the forced air for its entry into the alternator.
Le flasque avec oules de ventilation, auquel est associé l'obturateur rotatif, peut être soit le flasque de la machine tournante situé en regard du ventilateur, soit le flasque situé du côté opposé au ventilateur. The flange with ventilation fan (s), with which the rotary shutter is associated, can either be the flange of the rotating machine located opposite the fan, or the flange located on the side opposite the fan.
L'obturateur rotatif peut être placé soit à l'intérieur de l'alterna teur, sous le flasque considéré, soit à l'extérieur entre ce flasque et le ventilateur, auquel cas il est monté, et ainsi centre et guidé en rotation, sur le nez du flasque. The rotary shutter can be placed either inside the alternator, under the flange considered, or outside between this flange and the fan, in which case it is mounted, and thus centered and guided in rotation, on the nose of the flange.
De préférence, ltobturateur rotatif est conforme en roue, avec des rayons séparés par des ouvertures, l'obturation des ouïes de ventilation du flasque étant obtenue en recouvrant au moins partiellement ces ouïes par des rayons de ladite roue. Selon la position angulaire de 1Pobturateur, les ouïes sont plus ou moins recouvertes par les rayons de la roue, ce qui permet un réglage en continu du débit d'air de refroidissement. Preferably, the rotary shutter conforms to a wheel, with spokes separated by openings, the obturation of the ventilation openings of the flange being obtained by covering at least partially these openings with spokes of said wheel. Depending on the angular position of the shutter, the vents are more or less covered by the spokes of the wheel, which allows continuous adjustment of the cooling air flow.
En prévoyant une roue avec des rayons de largeur suffisamment grande, il devient même possible d'obturer complétement les ouïes de ventilation.By providing a wheel with spokes of sufficiently large width, it even becomes possible to completely close the ventilation openings.
La réduction de la section de passage de l'air pulsé permet aussi de diminuer les bruits.Reducing the cross-section of the forced air also reduces noise.
Dans une forme de réalisation. particulière, l'obturateur rotatif en forme de roue présente, à sa périphérie, un secteur de commande denté, en prise avec un pignon d'entraînement accouplé à un moteur d'actionnement, notamment un petit moteur électrique. In one embodiment. particular, the rotary shutter in the form of a wheel has, at its periphery, a toothed control sector, engaged with a drive pinion coupled to an actuating motor, in particular a small electric motor.
De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de ce dispositif de refroidissement, appliqué à un alternateur d'automobile, ainsi qu'une variante
Figure 1 est une vue en coupe passant par l'axe d'un alternateur de véhicule automobile, avec dispositif de refroidissement conforme à la présente invention
Figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de figure 1, montrant plus particulièrement l'obturateur rotatif et ses moyens d'actionnement, dans une réalisation principale et dans une variante.In any case, the invention will be better understood with the aid of the description which follows, with reference to the appended schematic drawing representing, by way of nonlimiting example, an embodiment of this cooling device, applied to a automobile alternator, as well as a variant
Figure 1 is a sectional view passing through the axis of a motor vehicle alternator, with cooling device according to the present invention
Figure 2 is a sectional view along II-II of Figure 1, showing more particularly the rotary shutter and its actuating means, in a main embodiment and in a variant.
Sur la figure 1 est représenté entièrement un alternateur de véhicule automobile, avec son stator (1) et son rotor (2) monté sur un arbre (3) qui tourne dans deux paliers (4,5) supportés respectivement par deux flasques opposés (6,7) qui maintiennent le stator (1). L'extrémité de l'arbre (3) située en avant du premier flasque (6) porte d'une part une poulie (8) pour l'entralnement en rotation de cet arbre (3), par l'intermédiaire d'une courroie à partir du moteur thermique du véhicule, et d'autre part une roue de ventilateur de refroidissement (9). Près de son autre extrémité, l'arbre (3) supporte des bagues collectrices (10)
qui coopèrent avec des balais (11) pour alimenter l'enroulement du rotor
(2).Un capot (12) recouvrant le second flasque (7) délimite avec ce
dernier un logement qui reçoit le pont redresseur (13) de l'alternateur,
dont l'une des dlodes est visible (en 14), le radiateur des diodes étant aussi indiqué (en 15).In Figure 1 is shown entirely a motor vehicle alternator, with its stator (1) and its rotor (2) mounted on a shaft (3) which rotates in two bearings (4,5) supported respectively by two opposite flanges (6 , 7) which hold the stator (1). The end of the shaft (3) located in front of the first flange (6) carries on the one hand a pulley (8) for the rotational entrainment of this shaft (3), by means of a belt from the heat engine of the vehicle, and on the other hand a cooling fan wheel (9). Near its other end, the shaft (3) supports slip rings (10)
which cooperate with brushes (11) to feed the rotor winding
(2) .A cover (12) covering the second flange (7) delimits with this
last a housing which receives the rectifier bridge (13) of the alternator,
one of the dlodes of which is visible (at 14), the radiator of the diodes being also indicated (at 15).
La roue de ventilateur (9) est ridigement liée en rotation avec
l'arbre (3) de l'alternateur ; cette roue de ventilateur (9) est ainsi entrai- née en rotation-avec l'arbre (3), pour créer un flux d'air de refroidisse
ment qui traverse l'alternateur en passant par des ouïes (16) ménagées
dans le premier flasque (6).The fan wheel (9) is ridiculously linked in rotation with
the alternator shaft (3); this fan wheel (9) is thus rotated with the shaft (3), to create a flow of cooling air
ment which passes through the alternator passing through openings (16) provided
in the first flange (6).
Entre la roue de ventilateur (9) et le premier flasque (6) est
monté, coaxialement à l'arbre (3), un obturateur rotatif (17). Cet obturateur (17), en forme de roue, est monté totlrnant sur le nez (18) du flasque (6), c'est-à-dire sur la protubérance centrale du flasque (6) qui sert de logement au palier (4)
Comme le montre plus particulièrement la figure 2, I'obturateur en forme de roue (17) comprend un moyeu (19) relié, par des rayons (20) régulièrement espacés, à une partie périphérique annulaire (21), I), de manière à délimiter une série d'ouvertures (22) en forme approximative de secteurs, ayant une configuration similalre a celle des ouïes (i6) du flasque (6).Between the fan wheel (9) and the first flange (6) is
mounted, coaxial to the shaft (3), a rotary shutter (17). This shutter (17), in the form of a wheel, is mounted totlrnant on the nose (18) of the flange (6), that is to say on the central protuberance of the flange (6) which serves as housing for the bearing (4 )
As shown more particularly in FIG. 2, the wheel-shaped shutter (17) comprises a hub (19) connected, by regularly spaced spokes (20), to an annular peripheral part (21), I), so delimiting a series of openings (22) in the approximate shape of sectors, having a configuration similar to that of the gills (i6) of the flange (6).
Sur un certain secteur de la partie périphérique (21) de l'obtura- teur (17) est taillée une denture de commande (23) qui vient en prise avec un pignon d'entraînement (24j, monté sur l'arbre d'un petit moteur électrique d'actionnement (25) fixé sur le flasque (6). La mise en marche du moteur électrique (25) provoque, par l'intermédiaire du pignon (24), la mise en rotation de ltobturateur (17), et permet de placer cet obturateur (17) dans toute position angulaire désirée, relativement au flasque (6). On a certain sector of the peripheral part (21) of the shutter (17) is cut a control toothing (23) which engages with a drive pinion (24j, mounted on the shaft of a small electric actuating motor (25) fixed on the flange (6). The starting of the electric motor (25) causes, by means of the pinion (24), the rotation of the shutter (17), and allows to place this shutter (17) in any desired angular position, relative to the flange (6).
En particulier, comme le montre la figure 2, - l'obturateur (17) peut etre mis dans une position angulaire pour laquelle ses ouvertures (22) coïncident avec les ouïes (16) du flasque (6), de sorte que le flux d'air peut pénétrer à. l'intérieur de l'alternateur par la section totale (S1) des ouïes (16). Le débit d'air de refroidissement de l'alternateur est alors maximal. In particular, as shown in Figure 2, - the shutter (17) can be put in an angular position for which its openings (22) coincide with the openings (16) of the flange (6), so that the flow of air can enter. inside the alternator by the total section (S1) of the openings (16). The alternator cooling air flow is then maximum.
Par commande de rotation de l'obturateur (17), celui-ci peut aussi être amené dans une position pour laquelle ses rayons (20) recou vrent plus ou moins fortement les ouïtes (16) du flasque (6), le recouvrement maximal étant obtenu au moment ou les rayons (20) passent au milieu des ouïes (16). Chaque ouïe (16) offre alors deux sections de passage réduites (S2), soit une section 2 x S2, netemment inférieure à sa section totale (S1). L'aire d'ouverture du flasque (6), donc le débit d'air de refroidissement traversant l'alternateur, peut ainsi être réduit de manière à diminuer les pertes mécaniques dues à la ventilation, ainsi que les bruits, notamment aux vitesses de rotation élevées de l'alternateur, par exemple au-delà de 4000 tours/minute.Des positions intermédiaires, avec obturation plus limitée des ouïtes (16), sont évidemment possibles. By controlling the rotation of the shutter (17), the latter can also be brought into a position for which its spokes (20) more or less strongly cover the openings (16) of the flange (6), the maximum overlap being obtained when the spokes (20) pass through the openings (16). Each hole (16) then offers two reduced passage sections (S2), that is to say a 2 x S2 section, significantly smaller than its total section (S1). The opening area of the flange (6), therefore the flow of cooling air passing through the alternator, can thus be reduced so as to reduce the mechanical losses due to ventilation, as well as noise, in particular at high rotation of the alternator, for example above 4000 rpm. Intermediate positions, with more limited closure of the openings (16), are obviously possible.
La commande de rotation de l'obturateur (17) peut être aussi assurée par tous autres moyens d'actionnement. En particulier, compte tenu de la faible valeur de l'angle de rotation de l'obturateur (17) pour le passage d'une position extrême (ouïtes (16) entièrement dégagées) à l'autre position extrême (oules (16) obturées au maximum), ces moyens d'actionnement peuvent être réalisés sous la forme d'un actionneur linéaire, tel que vérin ou électroaimant (26), relié par une biellette (27) à un point (28) de la partie périphérique (21) de l'obturateur (17)- voir le tracé en trait mixte de la figure 2 relatif à cette variante. The rotation control of the shutter (17) can also be ensured by any other actuation means. In particular, taking into account the low value of the angle of rotation of the shutter (17) for the passage from one extreme position (openings (16) entirely free) to the other extreme position (or the (16) closed maximum), these actuating means can be produced in the form of a linear actuator, such as a jack or electromagnet (26), connected by a link (27) to a point (28) of the peripheral part (21) of the shutter (17) - see the dashed line in Figure 2 relating to this variant.
L'actionnement de l'obturateur (17) peut être asservi à tout paramètre significatif, tel que température, vitesse de l'alternateur, intensité du courant débité par l'alternateur, etc..., à l'aide d'un détecteur approprié (29), représenté à la figure 1 sous une forme très schématique et en un endroit ne correspondant pas nécessairement à sa position effective. The actuation of the shutter (17) can be controlled by any significant parameter, such as temperature, speed of the alternator, intensity of the current delivered by the alternator, etc., using a detector suitable (29), shown in Figure 1 in a very schematic form and in a location not necessarily corresponding to its actual position.
Dans l'exemple représenté au dessin, le flasque auquel est associé l'obturateur rotatif (17) est le flasque (6) situé en regard du ventilateur (9). Une réalisation équivalente, du point de vue du fonctionnement et des résultats obtenus, consisterait à associer l'obturateur rotatif (17) à l'autre flasque (7), également pourvu d'oules de ventilation, situé du côte opposé au ventilateur (9). In the example shown in the drawing, the flange with which the rotary shutter (17) is associated is the flange (6) located opposite the fan (9). An equivalent embodiment, from the point of view of operation and of the results obtained, would consist in associating the rotary shutter (17) with the other flange (7), also provided with ventilation tubes, situated on the side opposite the fan (9 ).
I1 va de soi, et il résulte de ce qui précède que l'invention ne se limite pas aux seules formes d'exécution de ce dispositif de refroidissement, qui ont été décrites ci-dessus, à titre d'exemples ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation et d'application respectant le même principe. En particulier, l'on ne s'éloignerait pas du cadre de l'invention en modifiant la forme ou le nombre des ouvertures de llobturateur rotatif, ou bien en plaçant l'obturateur à l'intérieur de l'alternateur, ou encore en modifiant le degré d'obturation des oules notamment en permettant une obturation complète dans une position de l'obturateur. I1 goes without saying, and it follows from the above that the invention is not limited to the sole embodiments of this cooling device, which have been described above, by way of examples; on the contrary, it embraces all of the variant embodiments and applications respecting the same principle. In particular, one would not depart from the scope of the invention by modifying the shape or the number of openings of the rotary shutter, or by placing the shutter inside the alternator, or even by modifying the degree of obturation of the oules, in particular by allowing complete obturation in a position of the shutter.
De même, les moyens d'actionnement de cet obturateur rotatif peuvent être autres que ceux décrits et représentés ; ces moyens peuvent, par exemple, être réalisés non pas sous la forme de petits moteurs rotatifs ou linéaires, mais par des dispositifs tels que bilames ou "ressorts à mémoire" qui sont à la fois sensibles à la température et capables d'engendrer eux-mêmes un mouvement mécanique, ce qui rend inutile tout détecteur -supplémentaire. Enfin, le domaine d'application de l'invention n'est nullement limité aux alternateurs d'automobiles mais s'étend à toutes machines tournantes électriques, génératrices ou motrices. Similarly, the actuating means of this rotary shutter may be other than those described and shown; these means can, for example, be produced not in the form of small rotary or linear motors, but by devices such as bimetal or "memory springs" which are both sensitive to temperature and capable of generating them- same mechanical movement, which makes any additional sensor unnecessary. Finally, the field of application of the invention is in no way limited to automobile alternators but extends to all electrical rotating machines, generators or motive power.
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8420187A FR2575343A1 (en) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | Cooling device for rotating electrical machine |
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| FR8420187A FR2575343A1 (en) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | Cooling device for rotating electrical machine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| FR2575343A1 true FR2575343A1 (en) | 1986-06-27 |
Family
ID=9311200
Family Applications (1)
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| FR8420187A Withdrawn FR2575343A1 (en) | 1984-12-26 | 1984-12-26 | Cooling device for rotating electrical machine |
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| FR (1) | FR2575343A1 (en) |
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