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WO2004106749A1 - Dispositif de refroidissement d’un alternateur - Google Patents

Dispositif de refroidissement d’un alternateur Download PDF

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Publication number
WO2004106749A1
WO2004106749A1 PCT/FR2004/001322 FR2004001322W WO2004106749A1 WO 2004106749 A1 WO2004106749 A1 WO 2004106749A1 FR 2004001322 W FR2004001322 W FR 2004001322W WO 2004106749 A1 WO2004106749 A1 WO 2004106749A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
alternator
deflector
cooling device
fan
bearing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2004/001322
Other languages
English (en)
Inventor
Claudiu Vasilescu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of WO2004106749A1 publication Critical patent/WO2004106749A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/04—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for rectification
    • H02K11/049—Rectifiers associated with stationary parts, e.g. stator cores
    • H02K11/05—Rectifiers associated with casings, enclosures or brackets
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06—Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Definitions

  • the invention relates to a device for cooling an alternator, in particular for a motor vehicle, comprising an air guide improving the circulation of air in the alternator.
  • the invention finds applications in the field of the automobile industry and, in particular, in the field of alternators and alternator-starters for motor vehicles.
  • the alternator makes it possible to transform a rotational movement of the inductor rotor, driven by the vehicle's heat engine, into an electric current induced in the stator windings.
  • the alternator can also be reversible. It then constitutes an electric motor, which can rotate the thermal engine of the vehicle via the rotor shaft.
  • This reversible alternator is called an alternator-starter and allows mechanical energy to be transformed into electrical energy, and vice versa.
  • an alternator-starter can start the engine of the motor vehicle, constitute an auxiliary motor to drive, for example, an air conditioning compressor, or even operate in engine mode to drive the motor vehicle.
  • FIG 1 there is shown a sectional view of a conventional alternator, comprising a conventional cooling device.
  • This alternator of the Figure 1 comprises a movement transmission member 1 belonging to a movement transmission device, not shown in the figure, acting between the engine of the vehicle and the alternator.
  • This member can be, for example, a gear, a pulley, etc. It is traversed, in part, by a rotation shaft 2, whose axis of axial symmetry XX constitutes the axis of rotation of the machine.
  • This stator 5 comprises a magnetic circuit consisting of a pack of sheets 104 having grooves in which is housed an induced winding, generating an electric current. The current generated in the stator is rectified by means of a rectifier bridge 104 composed for example of diodes.
  • stator winding extends in the form of winding buns 100.
  • the stator 5 is mounted, at least in part, on a front bearing 8 and a rear bearing 9, which hold the rotation shaft 2 carrying the rotor 4, via a bearing 3a, 3b.
  • air passages 8a, 8b, 9a, 9b are made in the front (pulley side) and rear bearings. These air passages are openings called gills; they allow the introduction and evacuation of air flows in the alternator.
  • a front fan 10 and a rear fan 11 are fixed on the rotor 4 to ensure the suction of these air flows inside the alternator.
  • These fans can be of the centrifugal or helico-centrifugal type, for example.
  • Some alternators have a single fan, generally the rear fan 11, which is more powerful than the front fan 10.
  • Each fan has a flange 103 which carries the blades.
  • an air flow is sucked axially by the front fan 10, through suction openings 8a.
  • the air then circulates through the various elements of the alternator and exits radially by exhaust vents 8b.
  • an air flow is drawn axially by the rear fan 11, through suction openings 9a.
  • the air then flows through the different elements of the alternator and leaves radially by the evacuation openings 9b.
  • the suction outlets are arranged in the front and rear landing.
  • the air is therefore sucked mainly in the axis of the alternator, that is to say along an axial path.
  • the air flow is then discharged radially by the exhaust vents provided in the rear and front bearings.
  • the path traveled by the air flows in the alternator of FIG. 1 is represented by arrows F1, F2.
  • the air first follows an axial path, that is to say substantially parallel to the rotation shaft 2, then it follows a radial path, that is to say substantially parallel to the faces axial of the front and rear bearings, before being evacuated by the evacuation vents 8b and 9b of the alternator.
  • the air flow undergoes a significant change of direction between the axial path and the radial path, by an angle of the order of 90 °.
  • This change of direction takes place suddenly, which can cause turbulence and, consequently, noise and / or losses of the air flow by change of direction and by recirculation.
  • These losses result in a decrease in the air flow driven by the fan and therefore poor cooling performance. Disclosure of the invention
  • the object of the invention is precisely to remedy the drawbacks of the techniques described above.
  • the invention provides a device for cooling an alternator in which the change of direction of the air flow is facilitated by an air guide.
  • the invention relates to a device for cooling an alternator comprising a fan mounted around a rotation shaft of the alternator, suction outlets for sucking in an air flow along an essentially axial path in the 'alternator and exhaust vents for exhausting the air flow out of the alternator along an essentially radial path, characterized in that it comprises means for guiding the air flow, inside the alternator, from the axial path to the radial path.
  • the means for guiding the air flow comprise a deflector placed at an angle between the axial path and the radial path.
  • This deflector can be coupled to one or more other deflectors placed in different locations but all located in the zone of change of air flow direction.
  • Figure 1 already described, shows an example of a conventional alternator with a conventional cooling device.
  • Figure 2 shows the alternator of Figure 1 with a cooling device according to the invention.
  • Figure 3 shows an embodiment of the device of the invention mounted on the front of the alternator.
  • FIG. 4 represents an embodiment of the deflector of FIG. 3.
  • FIGS 5 and 6 show two examples of fans with the deflector of Figure 4.
  • FIGS. 7 to 10 show different embodiments and fixing of the deflector of the invention. Detailed description of preferred embodiments of the invention
  • FIG. 2 shows the alternator of Figure 1 equipped with the cooling device of the invention.
  • This alternator therefore comprises elements identical to those of the alternator in FIG. 1, but a different cooling device.
  • This cooling device comprises, as before, a front fan 10 and a rear fan 11, fixed to the rotor 4. It can comprise, depending on the alternator considered, a single fan.
  • the cooling device of the invention further comprises air intake vents 8a, 9a and air evacuation vents 8b, 9b.
  • It further comprises means intended to guide the air, inside the alternator, to help the air flow to change direction between the axial path and the radial path.
  • These means for guiding the air (or air guide) form channels placed inside the alternator at the junction between the axial path and the radial path.
  • a direction change channel is placed above the flange 103 of each fan to guide the air flows towards the exhaust vents.
  • the means for guiding the air at the front of the alternator is referenced 12 and the means for guiding the air at the rear of the alternator is referenced 13.
  • These means for guiding the air 12 and 13 can be produced by a deflector or several deflectors located in one or more angle (s) for changing the direction of the air flow.
  • angles can be considered: for example, the angle A1 located between the support 6 of the outer ring of the front bearing housed in the front bearing and the flange of the front fan 10, or the angle A2 between the support outer ring of the bearing rear and the flange of the rear fan 11, or else the angle A3 located between the front bearing 8 and the blades of the fan 10 or the angle A4 located between the rear bearing 9 and the blades of the fan 11.
  • all the angles located at the junction between the axial path and the radial path can be considered as an angle of change of direction of the air flow.
  • a deflector or a set of deflectors can therefore be positioned at each of these angles to avoid a sudden change in direction of the air flow between the essentially axial and radial directions of the air flow.
  • the deflectors thus make it possible to bring the cooling air to the level of the blades with a laminar flow thus reducing the losses by change of direction or by recirculation which also contributes to a strong reduction in aerolic noise.
  • This air flow is then expelled through the outlet outlets after having, for example, cooled the buns 100 of the stator winding.
  • the deflector thus placed at a change of direction of the air flow thus forms a channel whose curve in the form of a round makes it possible to obtain a laminar flow.
  • This channel can advantageously be better delimited by a second deflector situated for example opposite the first deflector.
  • the air flow thus guided is advantageously directed so that it co-operates essentially in its entirety with the entire extent of the blades, that is to say, from the base 101 of the blades in contact with the flange of the fan up to 'at the axial free end 102 of the blades. This provides efficient and low noise cooling.
  • FIG. 3 there is shown, in more detail, the cooling device of the invention mounted on the front of the alternator.
  • This figure 3 shows the rotation shaft 2 on which the rotor 4 is mounted.
  • the front fan 10 is mounted integral with the rotation shaft 2 or with the rotor 4.
  • the rotation shaft 2 is held on the front bearing 8 by means of a bearing 3, itself held by an outer ring support 6.
  • the means for guiding the air is a deflector 12 positioned around the rotation shaft 2, between the bearing 3 and the rotor 4.
  • this deflector 12 makes it possible to guide the flow of air sucked by suction outlets (not shown) from the front bearing 8 towards the vents for evacuating the front bearing, that is to say in practice towards the blades 10a of the fan 10.
  • FIG. 4 shows, in a perspective view, an example of a deflector 12 which can be positioned around the rotation shaft 2, as shown in FIG. 3.
  • This deflector has substantially the shape of a curved crown. More specifically, this ring comprises a flat base 12a and a central zone 12b curved relative to the flat base. In other words, the section of this deflector has the form of a half-section of gutter.
  • the air enters the alternator axially, by a path substantially parallel to the rotation shaft, it licks the central curved zone 12b of the deflector and follows the curvature of the deflector up to the flat base 12a.
  • the air flow is then in a path substantially perpendicular to the axial path by which it was introduced into the alternator. It then follows a radial path substantially parallel to the bearing.
  • the central curved zone 12b has a height approximately equivalent to the width of the planar base 12a.
  • the height of the central curved zone can be markedly different from the width of the flat base, for example an upper one, thus forming a sort of chimney.
  • Such a variant has the advantage of allowing a greater curvature between the curved central zone and the flat base for an even more flexible change of direction.
  • the deflector as just described can be fixed directly around the rotation shaft, for example by force fitting. It can also be fixed to the rotor by welding, gluing, riveting, screwing or any other known fixing means.
  • the deflector can be an integral part of the fan or can be fixed to the flange of the fan. It can be obtained by molding, folding or stamping.
  • the deflector can also be fixed on the outer ring support 6 of the bearing 3, as shown in FIG. 9. In this case, it can be fixed, for example, by a screw 15.
  • the deflector can be integrated in the outer ring support 6 of the bearing, that is to say it can be molded at the same time as the outer ring support. The deflector then constitutes the outer ring support for the bearing.
  • This variant has the advantage of having only one piece to mount which forms both the deflector and the outer ring support.
  • the plate 16 for closing the bearing 3, which keeps the bearing in the housing provided for this purpose is also fixed on the outer ring support 6, for example by a screw.
  • the deflector 12 is integrated with the plate 16 for closing the bearing 3.
  • the plate 16 and the deflector 12 form a single piece fixed on the outer ring support 6, for example by a screw 15.
  • the plate and the deflector can be molded. This variant has the advantage of being simple to assemble and economical.
  • the deflector 12 is fixed, by any fixing means described above, to the plate 16 for closing the bearing.
  • the deflector 12 can also be positioned on the internal face of the front or rear bearing of the alternator so as to assist in the change of direction between the axial plane parallel to the axis of rotation and the radial plane formed by the bearing, as shown in FIG. 8.
  • the base 17a of the deflector placed at one end of the curved zone 17b, is fixed against the bearing by any fixing means mentioned above.
  • the curved central zone 17b of the deflector is then located substantially opposite the fan blades.
  • the curved zone 17b can also be placed upstream of the blades, that is to say in the direction of the axis of rotation of the machine so that the air flow passes over the entire extent radial blades.
  • the deflector can be molded directly with the bearing, during the production of this bearing.
  • the deflector then partially constitutes the bearing of the alternator, that is to say that it is integrated into the bearing.
  • two deflectors 12 and 17 can be associated to provide a better change of direction of the air flow.
  • a first deflector 12 can be fixed under the bearing 8 and a second deflector 17, in dotted lines in FIG. 8, can be fixed on the plate 16 of the bearing 3 or else on the fan, the rotation shaft or the outer ring support, as in the previous variants.
  • the alternator may comprise only one or the other of the first 12, 13 and second deflectors 17 depending on the applications.
  • the first deflector positioned at the level of the fan flange guides the air flow at the base 101 of the blades while the second deflector guides the air flow at the top 102 of the blades. It is thus understood that the same deflector can be positioned at different locations, that is to say at different junction angles between the axial path and the radial path. However, the dimensions of the deflector must be adapted according to the angle in which it will be positioned and the alternator considered. The modifiable dimensions can be, for example, the interior radius, the exterior radius, the curvature, the height of the curved central zone. The choice of material (for example a metallic material, a plastic, etc.) making the deflector and the thickness of this material can also vary depending on the applications.
  • the deflector is positioned on the flange of the fan.
  • An example of such a deflector mounted on the flange of a fan is shown in perspective in Figure 5.
  • a fan 10 with blades 10a and a flange 10b covered by the deflector 12 In this example, the fan is a simple series of blades. It can be a metal fan, for example made of sheet metal, or a fan with a metal insert molded in plastic.
  • the deflector 12 is fixed to the flange of the fan by welding, by gluing or by any other known fixing means. It can also be manufactured so that it fits perfectly into the fan flange; it can then be force-fitted onto the rotation shaft, at the same time as the fan.
  • the deflector can also be integrated into the flange of the fan so that it constitutes a single piece with the flange.
  • the deflector is made of a metallic material and forms the fan insert.
  • the metal deflector can be molded by plastic forming the blades of the fan.
  • the fan insert is made of metal and the deflector is molded in plastic on the insert. Such a fan is for example described in the document FR 2,673,738.
  • the fan can also include two series of blades belonging to one or two fans as described for example in document FR 2,741,912. In the case where they belong to two fans, these two fans are then superimposed, as in the example of FIG. 6.
  • This FIG. 6 represents, in a perspective view, a lower fan forming a first series of blades 10a and a upper fan forming a second series of blades 10c, provided with a deflector of the invention.
  • Such a set of fans has the advantage of improving, by itself, the suction of air in the alternator. It is the same in the case of a single fan having two sets of blades. In these two cases, the effect of the deflector is added to the effect of the double series of blades.
  • the fan may include a metal insert molded in plastic. It comprises a first series of blades and a second series of blades.
  • the first series of blades can be, for example, metal and the second series of plastic blades, or the reverse.
  • the two sets of blades can also be of the same material, plastic or metal.
  • the deflector 12 can be fixed to the flange 10b of the fan by welding, by gluing or by any other known fixing means. It can also be manufactured so that it fits perfectly into the fan flange; it can then be force-fitted onto the rotation shaft, at the same time as the fan.
  • the fans each have a series of blades.
  • the two sets of blades can be made from the same material or, on the contrary, from different materials.
  • the deflector is, for example, integrated directly with the upper fan (or external fan) comprising the second series of blades 10c.
  • the deflector is made of metal, formed by deformation in the cutting of the blades and is an integral part of the upper fan.
  • the lower fan (which is placed between the upper fan and the rotor) can also carry the deflector.
  • the deflector of the invention can be used alone in an alternator, that is to say positioned at a single angle of the change of direction. It is also possible to couple several deflectors together, that is to say to position several deflectors at several angles of the change of direction. For example, you can couple a deflector under the bearing (in the angle A3 or A4 in Figure 2) with a deflector in the flange of the fan (in the angle A1 or A2 in Figure 2). Such a deflector and, a fortiori, several deflectors ensure a laminarization of the air flow and, consequently, less losses by change of direction or by recirculation than in the known devices and less noise.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif de refroidissement d'un alternateur comportant - au moins un ventilateur (10, 11) monté autour d'un arbre de rotation (2) de l'alternateur, - des ouïes d'aspiration (8a, 9a) pour aspirer un flux d'air selon un chemin axial dans l'alternateur et des ouïes d'évacuation (8b, 9b) pour évacuer le flux d'air hors de l'alternateur par un chemin radial, et - des moyens (12, 13) pour guider le flux d'air, à l'intérieur de l'alternateur, depuis le chemin axial vers le chemin radial.

Description

Dispositif de refroidissement d'un alternateur
Domaine de l'invention
L'invention concerne un dispositif de refroidissement d'un alternateur, notamment pour véhicule automobile, comportant un guide d'air améliorant la circulation de l'air dans l'alternateur. L'invention trouve des applications dans le domaine de l'industrie automobile et, en particulier, dans le domaine des alternateurs et des alterno-démarreurs pour véhicules automobiles.
Etat de la technique Dans un véhicule automobile, l'alternateur permet de transformer un mouvement de rotation du rotor inducteur, entraîné par le moteur thermique du véhicule, en un courant électrique induit dans les bobinages du stator. L'alternateur peut aussi être réversible. Il constitue alors un moteur électrique, qui peut entraîner en rotation, via l'arbre du rotor, le moteur thermique du véhicule. Cet alternateur réversible est appelé alterno- démarreur et permet de transformer l'énergie mécanique en une énergie électrique, et vice versa. Ainsi, un alterno-démarreur peut démarrer le moteur du véhicule automobile, constituer un moteur auxiliaire pour entraîner, par exemple, un compresseur de climatisation, ou encore fonctionner en mode de moteur pour entraîner le véhicule automobile.
En fonctionnement, certains éléments constituant l'alternateur ou l'altemo-démarreur, tels que le circuit électronique de commande de l'alternateur et le bobinage du stator, produisent de la chaleur. Or, un échauffement de ces éléments peut endommager l'alternateur. Il est donc nécessaire de refroidir l'alternateur. Cela est réalisé généralement au moyen d'au moins un ventilateur intégré dans l'alternateur. Habituellement, ce ventilateur est placé à l'arrière du rotor. Il peut également y avoir un second ventilateur placé à l'avant du rotor. Ces ventilateurs, par leur rotation, permettent d'aspirer un flux d'air de l'extérieur vers l'intérieur de l'alternateur. La circulation de ce flux d'air à travers l'alternateur permet de refroidir les différents éléments de l'alternateur.
Sur la figure 1, on a représenté une vue en coupe d'un alternateur classique, comportant un dispositif de refroidissement classique. Sur cette figure, une moitié seulement de l'alternateur est représentée, l'autre moitié étant symétrique par rapport à l'axe de symétrie X-X. Cet alternateur de la figure 1 comporte un organe 1 de transmission de mouvement appartenant à un dispositif de transmission de mouvement, non représenté sur la figure, intervenant entre le moteur thermique du véhicule et l'alternateur. Cet organe peut être, par exemple, un engrenage, une poulie, etc. Il est traversé, en partie, par un arbre de rotation 2, dont l'axe de symétrie axiale X-X constitue l'axe de rotation de la machine.
Cet arbre de rotation 2, entraîné par la poulie 1 , porte un rotor 4 entouré par un stator bobiné 5. Ce stator 5 comporte un circuit magnétique consitué d'un paquet de tôles 104 comportant des rainures dans lesquelles est logé un bobinage induit, générant un courant électrique. Le courant généré dans le stator est redressé au moyen d'un pont redresseur 104 composé par exemple de diodes.
De part et d'autre des extrémités axiales du paquet de tôles du stator, le bobinage statorique s'étend sous forme de chignons de bobinage 100. Le stator 5 est monté, en partie au moins, sur un palier avant 8 et un palier arrière 9, qui maintiennent l'arbre de rotation 2 portant le rotor 4, via un roulement 3a, 3b.
Pour refroidir l'intérieur de l'alternateur, notamment le pont redresseur et les chignons du bobinage induit, des passages d'air 8a, 8b, 9a, 9b sont réalisés dans les paliers avant (coté poulie) et arrière. Ces passages d'air sont des ouvertures appelées ouïes ; ils permettent l'introduction et l'évacuation de flux d'air dans l'alternateur.
Dans l'exemple de la figure 1, un ventilateur avant 10 et un ventilateur arrière 11 sont fixés sur le rotor 4 pour assurer l'aspiration de ces flux d'air à l'intérieur de l'alternateur. Ces ventilateurs peuvent être de type centrifuge ou hélico-centrifuge, par exemple. Certains alternateurs comportent un seul ventilateur, généralement le ventilateur arrière 11, plus puissant que le ventilateur avant 10. Chaque ventilateur comporte un flasque 103 qui porte les pales. Dans l'exemple de la figure 1 , un flux d'air est aspiré axialement par le ventilateur avant 10, à travers des ouïes d'aspiration 8a. L'air circule alors à travers les différents éléments de l'alternateur et ressort radialement par des ouïes d'évacuation 8b. Symétriquement, un flux d'air est aspiré axialement par le ventilateur arrière 11, à travers des ouïes d'aspiration 9a. L'air circule ensuite à travers les différents éléments de l'alternateur et ressort radialement par les ouïes d'évacuation 9b. Les ouies d'aspirations sont ménagées dans le palier avant et arrière.
L'air est donc aspiré principalement dans l'axe de l'alternateur, c'est-à- dire selon un chemin axial. Le flux d'air est ensuite refoulé radialement par les ouïes d'évacuation ménagées dans les paliers arrière et avant. Le chemin parcouru par les flux d'air, dans l'alternateur de la figure 1, est représenté par des flèches F1 , F2. Comme le montrent ces flèches, l'air suit d'abord un chemin axial, c'est à dire sensiblement parallèle à l'arbre de rotation 2, puis il suit un chemin radial, c'est-à-dire sensiblement parallèle aux faces axiales des paliers avant et arrière, avant d'être évacué par les ouïes d'évacuation 8b et 9b de l'alternateur. On comprend donc que le flux d'air subit un changement de direction important entre le chemin axial et le chemin radial, d'un angle de l'ordre de 90°. Ce changement de direction se fait de manière brutale, ce qui peut entraîner des turbulences et, par conséquent, du bruit et/ou des pertes du flux d'air par changement de direction et par recirculation. Ces pertes ont pour conséquence une diminution du débit d'air entraîné par le ventilateur et donc un mauvais rendement du refroidissement. Exposé de l'invention L'invention a justement pour but de remédier aux inconvénients des techniques exposées précédemment. A cette fin, l'invention propose un dispositif de refroidissement d'un alternateur dans lequel le changement de direction du flux d'air est facilité par un guide d'air.
Plus précisément, l'invention concerne un dispositif de refroidissement d'un alternateur comportant un ventilateur monté autour d'un arbre de rotation de l'alternateur, des ouïes d'aspiration pour aspirer un flux d'air selon un chemin essentiellement axial dans l'alternateur et des ouïes d'évacuation pour évacuer le flux d'air hors de l'alternateur selon un chemin essentiellement radial, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour guider le flux d'air, à l'intérieur de l'alternateur, depuis le chemin axial vers le chemin radial.
Avantageusement, les moyens pour guider le flux d'air comprennent un déflecteur placé à un angle entre le chemin axial et le chemin radial. Ce déflecteur peut être couplé à un ou plusieurs autres déflecteurs placés à des emplacements différents mais tous situés dans la zone de changement de direction du flux d'air.
Brève description des dessins
La figure 1, déjà décrite, représente un exemple d'alternateur classique avec un dispositif de refroidissement classique. La figure 2 représente l'alternateur de la figure 1 avec un dispositif de refroidissement selon l'invention.
La figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif de l'invention monté à l'avant de l'alternateur.
La figure 4 représente un mode de réalisation du déflecteur de la figure 3.
Les figures 5 et 6 montrent deux exemples de ventilateurs comportant le déflecteur de la figure 4.
Les figures 7 à 10 montrent différentes variantes de réalisation et de fixation du déflecteur de l'invention. Description détaillée de modes de réalisation préférentiels de l'invention
La figure 2 représente l'alternateur de la figure 1 équipé du dispositif de refroidissement de l'invention. Cet alternateur comporte donc des éléments identiques à ceux de l'alternateur de la figure 1 , mais un dispositif de refroidissement différent.
Ce dispositif de refroidissement comporte, comme précédemment, un ventilateur avant 10 et un ventilateur arrière 11, fixés sur le rotor 4. Il peut comporter, selon l'alternateur considéré, un seul ventilateur.
Le dispositif de refroidissement de l'invention comporte, en outre, des ouïes d'aspiration de l'air 8a, 9a et des ouïes d'évacuation de l'air 8b, 9b.
Il comporte en plus des moyens destinés à guider l'air, à l'intérieur de l'alternateur, pour aider le flux d'air à changer de direction entre le chemin axial et le chemin radial. Ces moyens pour guider l'air (ou guide d'air) forment des canaux placés, à l'intérieur de l'alternateur, à la jonction entre le chemin axial et le chemin radial.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, un canal de changement de direction est placé au-dessus du flasque 103 de chaque ventilateur pour guider les flux d'air vers les ouïes d'évacuation. Sur cette figure 2, le moyen pour guider l'air à l'avant de l'alternateur est référencé 12 et le moyen pour guider l'air à l'arrière de l'alternateur est référencé 13. Ces moyens pour guider l'air 12 et 13 peuvent être réalisés par un déflecteur ou plusieurs déflecteurs situé(s) dans un ou plusieurs angle(s) de changement de direction du flux d'air. Plusieurs angles peuvent être considérés : par exemple, l'angle A1 situé entre le support 6 de la bague externe du roulement avant logé dans le palier avant et le flasque du ventilateur avant 10, ou l'angle A2 entre le support bague externe du roulement arrière et le flasque du ventilateur arrière 11 , ou bien l'angle A3 situé entre le palier avant 8 et les pales du ventilateur 10 ou l'angle A4 situé entre le palier arrière 9 et les pales du ventilateur 11. D'une façon générale, tous les angles situés à la jonction entre le chemin axial et le chemin radial peuvent être considérés comme un angle de changement de direction du flux d'air. Un déflecteur ou un ensemble de déflecteurs peut donc être positionné à chacun de ces angles pour éviter un changement de direction brutal du flux d'air entre les directions essentiellement axiale et radiale du flux d'air. Les déflecteurs permettent ainsi d'amener l'air de refroidissement au niveau des pales avec un flux laminaire réduisant ainsi les pertes par changement de direction ou par recirculation ce qui contribue également à une forte réduction du bruit aérolique. Ce flux d'air est ensuite expulsé à travers les ouies de sortie après avoir par exemple refroidit les chignons 100 du bobinage du stator. Le déflecteur ainsi placé à un changement de direction du flux d'air forme ainsi un canal dont la courbe en forme d'arrondi permet d'obtenir un flux laminaire. Ce canal peut avantageusement être mieux délimité par un deuxième déflecteur situé par exemple en regard du premier déflecteur. Le flux d'air ainsi guidé est avantageusement dirigé en sorte qu'il coopère essentiellement dans sa globalité avec toute l'étendue des pales, c'est-à-dire, depuis la base 101 des pales en contact avec le flasque du ventilateur jusqu'à l'extrémité libre axiale 102 des pales. On obtient ainsi un refroidissement efficace et peu bruyant.
Sur la figure 3, on a représenté, plus en détail, le dispositif de refroidissement de l'invention monté à l'avant de l'alternateur. Cette figure 3 montre l'arbre de rotation 2 sur lequel est monté le rotor 4. Le ventilateur avant 10 est monté solidaire de l'arbre de rotation 2 ou du rotor 4. L'arbre de rotation 2 est maintenu sur le palier avant 8 au moyen d'un roulement 3, lui- même maintenu par un support bague externe 6. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le moyen pour guider l'air est un déflecteur 12 positionné autour de l'arbre de rotation 2, entre le roulement 3 et le rotor 4. Ainsi positionné, ce déflecteur 12 permet de guider le flux d'air aspiré par des ouïes d'aspiration (non représentées) du palier avant 8 vers les ouïes d'évacuation du palier avant, c'est-à-dire en pratique vers les pales 10a du ventilateur 10.
La figure 4 montre, selon une vue en perspective, un exemple de déflecteur 12 pouvant être positionné autour de l'arbre de rotation 2, comme montré sur la figure 3. Ce déflecteur a sensiblement une forme de couronne incurvée. Plus précisément, cette couronne comporte une base plane 12a et une zone centrale 12b incurvée par rapport à la base plane. Autrement dit, la section de ce déflecteur a la forme d'une demi-section de gouttière.
Ainsi, l'air entre dans l'alternateur axialement, par un chemin sensiblement parallèlement à l'arbre de rotation, il lèche la zone centrale incurvée 12b du déflecteur et suit la courbure du déflecteur jusqu'à la base plane 12a. Le flux d'air se trouve alors dans un chemin sensiblement perpendiculaire au chemin axial par lequel il a été introduit dans l'alternateur. Il suit alors un chemin radial sensiblement parallèle au palier.
Dans l'exemple de la figure 4, la zone centrale incurvée 12b a une hauteur approximativement équivalente à la largeur de la base plane 12a. Dans une variante de l'invention, la hauteur de la zone centrale incurvée peut être nettement différente de la largeur de la base plane, par exemple supérieure, formant ainsi une sorte de cheminée. Une telle variante a l'avantage de permettre une plus grande courbure entre la zone centrale incurvée et la base plane pour un changement de direction encore plus souple.
Le déflecteur tel qu'il vient d'être décrit peut être fixé directement autour de l'arbre de rotation, par exemple par emmanchement en force. Il peut aussi être fixé sur le rotor par soudage, collage, rivetage, vissage ou tout autre moyen de fixation connu. Le déflecteur peut faire partie intégrante du ventilateur ou être fixé sur le flasque du ventilateur. Il peut être obtenu par moulage, pliage ou emboutissage.
Le déflecteur peut aussi être fixé sur le support bague externe 6 du roulement 3, comme montré sur la figure 9. Dans ce cas, il peut être fixé, par exemple, par une vis 15. Dans une variante, le déflecteur peut être intégré dans le support bague externe 6 du roulement, c'est-à-dire qu'il peut être moulé en même temps que le support bague externe. Le déflecteur constitue alors le support bague externe du roulement. Cette variante présente l'avantage de n'avoir qu'une seule pièce à monter qui forme à la fois le déflecteur et le support bague externe. Dans cette variante, la plaquette 16 de fermeture du roulement 3, qui maintient le roulement dans le logement prévu à cet effet, est fixée également sur le support bague externe 6, par exemple par une vis.
Dans une variante, représentée sur la figure 7, le déflecteur 12 est intégré avec la plaquette 16 de fermeture du roulement 3. Dans ce cas, la plaquette 16 et le déflecteur 12 forment une seule et même pièce fixée sur le support bague externe 6, par exemple par une vis 15. La plaquette et le déflecteur peuvent être moulés. Cette variante présente l'avantage d'être simple à monter et économique.
Dans une variante montrée sur la figure 10, le déflecteur 12 est fixé, par tout moyen de fixation décrit précédemment, sur la plaquette 16 de fermeture du roulement.
Le déflecteur 12 peut aussi être positionné sur la face interne du palier avant ou arrière de l'alternateur de façon à aider au changement de direction entre le plan axial parallèle à l'axe de rotation et le plan radial formé par le palier, comme montré sur la figure 8. Dans ce cas, la base 17a du déflecteur, placée à une extrémité de la zone incurvée 17b, est fixée contre le palier par un quelconque moyen de fixation cité ci-dessus. La zone centrale incurvée 17b du déflecteur se trouve alors sensiblement en regard des pales du ventilateur. Dans un autre mode de réalisation, la zone incurvée 17b peut également être placée en amont des pales c'est-à-dire en direction de l'axe de rotation de la machine en sorte le flux d'air passe sur toute l'étendue radiale des pales.
Dans une variante de l'invention, le déflecteur peut être moulé directement avec le palier, lors de la réalisation de ce palier. Le déflecteur constitue alors en partie le palier de l'alternateur, c'est-à-dire qu'il est intégré au palier.
Comme montré sur cette figure 8, deux déflecteurs 12 et 17 peuvent être associés pour offrir un meilleur changement de direction du flux d'air. Par exemple, un premier déflecteur 12 peut être fixé sous le palier 8 et un second déflecteur 17, en pointillé sur la figure 8, peut être fixé sur la plaquette 16 du roulement 3 ou bien sur le ventilateur, l'arbre de rotation ou le support bague externe, comme dans les variantes précédentes. Ainsi, en associant ces deux déflecteurs 12 et 17, on crée une sorte de couloir ou de canal pour la circulation de l'air. Selon l'invention, l'alternateur peut ne comporter que l'un ou l'autre des premier 12, 13 et second déflecteurs 17 selon les applications. Le premier déflecteur positioné au niveau du flasque du ventilateur guide le flux d'air au niveau de la base 101 des pales tandis que le second déflecteur guide le flux d'air au niveau du sommet 102 des pales. On comprend ainsi qu'un même déflecteur peut être positionné à des emplacements différents, c'est-à-dire à différents angles de jonction entre le chemin axial et le chemin radial. Toutefois, les dimensions du déflecteur doivent être adaptées en fonction de l'angle dans lequel il va être positionné et de l'alternateur considéré. Les dimensions modifiables peuvent être, par exemple, le rayon intérieur, le rayon extérieur, la courbure, la hauteur de la zone centrale incurvée. Le choix du matériau (par exemple un matériau métallique, un plastique, etc.) réalisant le déflecteur et l'épaisseur de ce matériau peuvent aussi varier en fonction des applications.
Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, le déflecteur est positionné sur le flasque du ventilateur. Un exemple d'un tel déflecteur monté sur le flasque d'un ventilateur est représenté, en perspective, sur la figure 5. On voit, sur cette figure 5, un ventilateur 10 avec des pales 10a et un flasque 10b recouvert par le déflecteur 12. Dans cet exemple, le ventilateur est à simple série de pales. Ce peut être un ventilateur en métal, par exemple en tôle, ou bien un ventilateur avec un insert métallique surmoulé en plastique.
Dans ce mode de réalisation, le déflecteur 12 est fixé sur le flasque du ventilateur par soudure, par collage ou par tout autre moyen de fixation connu. Il peut également être fabriqué de manière à s'emboîter parfaitement dans le flasque du ventilateur ; il peut alors être emmanché en force sur l'arbre de rotation, en même temps que le ventilateur.
Le déflecteur peut aussi être intégré dans le flasque du ventilateur en sorte qu'il constitue une seule pièce avec le flasque. Dans une première variante, le déflecteur est réalisé dans un matériau métallique et forme l'insert du ventilateur. Dans ce cas, le déflecteur en métal peut être surmoulé par du plastique formant les pales du ventilateur. Dans une autre variante, l'insert du ventilateur est en métal et le déflecteur est surmoulé en plastique sur l'insert. Un tel ventilateur est par exemple décrit dans le document FR 2,673,738.
Le ventilateur peut également comporter deux séries de pales appartenant à un ou deux ventilateurs comme décrit par exemple dans le document FR 2,741,912. Dans le cas où elles appartiennent à deux ventilateurs, ces deux ventilateurs sont alors superposés, comme dans l'exemple de la figure 6. Cette figure 6 représente, selon une vue en perspective, un ventilateur inférieur formant une première série de pales 10a et un ventilateur supérieur formant une seconde série de pales 10c, munis d'un déflecteur de l'invention. Un tel ensemble de ventilateurs présente l'avantage d'améliorer, à lui seul, l'aspiration de l'air dans l'alternateur. Il en est de même dans le cas d'un seul ventilateur ayant deux séries de pales. Dans ces deux cas, l'effet du déflecteur vient s'ajouter encore à l'effet de la double série de pales.
Dans le cas d'un ventilateur à deux séries de pales, le ventilateur peut comporter un insert en métal surmoulé en plastique. Il comporte une première série de pales et une seconde série de pales. La première série de pales peut être, par exemple, en métal et la seconde série de pales en plastique, ou l'inverse. Les deux séries de pales peuvent également être dans le même matériau, plastique ou métal.
Dans ce mode de réalisation, le déflecteur 12 peut être fixé sur le flasque 10b du ventilateur par soudure, par collage ou par tout autre moyen de fixation connu. Il peut également être fabriqué de manière à s'emboîter parfaitement dans le flasque du ventilateur ; il peut alors être emmanché en force sur l'arbre de rotation, en même temps que le ventilateur.
Dans le cas de deux ventilateurs superposés, comme montré sur la figure 6, les ventilateurs comportent chacun une série de pales. Les deux séries de pales peuvent être réalisées dans le même matériau ou au contraire dans des matériaux différents.
Dans le mode de réalisation de la figure 6, le déflecteur est, par exemple, intégré directement avec le ventilateur supérieur (ou ventilateur externe) comportant la seconde série de pales 10c. Dans ce cas, le déflecteur est en métal, formé par déformation dans la découpe des pales et fait partie intégrante du ventilateur supérieur. Dans une variante, le ventilateur inférieur (qui est placé entre le ventilateur supérieur et le rotor) peut également porter le déflecteur.
On comprendra que le déflecteur de l'invention peut être utilisé seul dans un alternateur, c'est-à-dire positionné à un seul angle du changement de direction. Il est possible aussi de coupler plusieurs déflecteurs ensemble, c'est-à-dire de positionner plusieurs déflecteurs à plusieurs angles du changement de direction. Par exemple, on peut coupler un déflecteur sous le palier (dans l'angle A3 ou A4 de la figure 2) avec un déflecteur dans le flasque du ventilateur ( dans l'angle A1 ou A2 de la figure 2). Un tel déflecteur et, à fortiori, plusieurs déflecteurs assurent une laminarisation de l'écoulement de l'air et, par conséquent, moins de pertes par changement de direction ou par recirculation que dans les dispositifs connus et moins de bruit. Le rendement du refroidissement est donc amélioré par ce ou ces déflecteurs. Dans la description qui précède, seul les moyens 12 pour guide l'air ont été décrits. Il est bien entendu que les moyens13 pour guider l'air, situés dans la partie arrière de l'alternateur, peuvent être identiques aux moyens 12. Seules les dimensions du déflecteur varient pour être adaptées à la partie arrière de l'alternateur. On comprendra aussi que le déflecteur de l'invention peut être appliqué à tous les types d'alternateurs ou d'alterno-démarreurs, quelles que soient leurs dimensions, qu'ils comportent un seul ventilateur ou plusieurs ventilateurs.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif de refroidissement d'un alternateur comportant au moins un ventilateur (10, 11), doté des pales (110,111), monté autour d'un arbre de rotation (2) portant un rotor (4), des ouïes d'aspiration (8a, 9a) ménagées dans un palier (8, 9) pour aspirer un flux d'air selon un chemin essentiellement axial dans l'alternateur et des ouïes d'évacuation (8b, 9b) ménagées dans le palier (8, 9) pour évacuer le flux d'air hors de l'alternateur par un chemin essentiellement radial, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (12, 13, 17) pour guider le flux d'air, à l'intérieur de l'alternateur, depuis le chemin axial vers le chemin radial en direction des pales (110,111) du ventilateur.
2 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens pour guider le flux d'air comprennent au moins un premier déflecteur (12, 13) placé à un premier angle (A1, A2) de jonction entre le chemin axial et le chemin radial.
3 - Dispositif de refroidissement selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens pour guider le flux d'air comprennent au moins un second déflecteur (17) placé à un second angle (A3, A4) de jonction entre le chemin axial et le chemin radial.
4 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens pour guider le flux d'air comprennent au moins un premier déflecteur (17) placé à un second angle (A3, A4) de jonction entre le chemin axial et le chemin radial. 5 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur est fixé sur un flasque (103) du ventilateur (10).
6 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur est intégré dans un flasque (10b) du ventilateur.
7 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 6, caractérisé en ce que le déflecteur est métallique et constitue un insert pour le ventilateur comportant un surmoulage en plastique.
8 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 5, caractérisé en ce que le déflecteur est surmoulé en plastique sur un insert métallique du ventilateur. 9 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 8, caractérisé en ce que le déflecteur est intégré avec un étage de pales (10c) du ventilateur.
10 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le déflecteur est fixé sur la face interne d'un palier (8, 9) de l'alternateur.
11 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le déflecteur constitue au moins en partie un palier (8, 9) de l'alternateur.
12- Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur est fixé sur un support bague externe (6) d'un roulement (3) de l'alternateur.
13 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur constitue au moins en partie un support de bague externe (6) d'un roulement (3) de l'alternateur. 14- Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur est fixé sur une plaquette de fermeture (16) d'un roulement de l'alternateur.
15 - Dispositif de refroidissement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le déflecteur constitue au moins en partie une plaquette de fermeture (16) d'un roulement de l'alternateur.
16 - Alternateur ou alterno-démarreur de véhicule automobile comportant un dispositif de refroidissement selon l'une quelconque des revendications précédentes.
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