EP1358707A1 - Dispositif de ventilation pour machine electrique, notamment pour vehicule automobile - Google Patents

Dispositif de ventilation pour machine electrique, notamment pour vehicule automobile

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Publication number
EP1358707A1
EP1358707A1 EP02704797A EP02704797A EP1358707A1 EP 1358707 A1 EP1358707 A1 EP 1358707A1 EP 02704797 A EP02704797 A EP 02704797A EP 02704797 A EP02704797 A EP 02704797A EP 1358707 A1 EP1358707 A1 EP 1358707A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fan
rotor
blade
ventilation device
blades
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.)
Withdrawn
Application number
EP02704797A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Claudiu Vasilescu
Ruyi Fang
David Huart
Guillaume Tromeur
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
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Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Equipements Electriques Moteur SAS filed Critical Valeo Equipements Electriques Moteur SAS
Publication of EP1358707A1 publication Critical patent/EP1358707A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06Arrangements 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
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49229Prime mover or fluid pump making
    • Y10T29/49236Fluid pump or compressor making
    • Y10T29/49245Vane type or other rotary, e.g., fan

Definitions

  • the present invention relates to a ventilation device for a rotating electrical machine, in particular for a motor vehicle alternator, as well as to a machine provided with such a device.
  • a rotary electrical machine of the single-phase or polyphase type comprises at least two parts arranged in a coaxial manner, namely a rotor and a stator, one constituting an armature and the other an inductor.
  • the rotor generally carries, at least at one axial end, a fan for cooling the machine.
  • a fan for cooling the machine.
  • at least one of the armature-inductor elements has a coil which heats up so that it must be cooled for the machine to function properly.
  • This machine most often carries electronic components as well as ball bearings which must also be cooled using an air circulation or, in general, a cooling fluid, generated by the fan.
  • FIG. 1 shows a polyphase rotary electrical machine in the form of a three-phase alternator for a motor vehicle with an internal combustion engine.
  • the alternator comprises, going from the left to the right of FIG.
  • a drive pulley 10 secured to the front end of a shaft 12, of which the rear end carries slip rings (not referenced) belonging to a manifold 14.
  • the axis of the shaft 12 constitutes the axis of rotation of the machine.
  • the shaft 12 carries the rotor 16 for fixing, which is provided with an excitation winding 18, the ends of which are connected by wire connections to the collector 14.
  • the rotor 16 for fixing, which is provided with an excitation winding 18, the ends of which are connected by wire connections to the collector 14.
  • the rotor 16 is here a claw rotor, that is to say a rotor provided externally with reliefs delimiting between them a coolant flow passage, and therefore comprises two pole wheels 20, 22, respectively front and rear, bearing each a front fan 24 and a rear fan 26 respectively.
  • These fans 24, 26 comprise a first series of blades or blades, which provide ventilation channels between them.
  • the blades are obtained by cutting and folding a fixed flange, for example by welding or by any other suitable means such as crimping, on the pole wheel 20, 22 concerned.
  • Each wheel has axial teeth directed towards the other wheel with nesting of the teeth from one wheel to another for the formation of magnetic poles when the winding 18 is activated by means of the collector rings of the collector 14 which are each in contact with a brush. (not referenced) carried by a brush holder 28 also serving as a support for a voltage regulator (not shown).
  • the stator 30, for its part, forms the armature of the alternator and surrounds the rotor 16.
  • the body 32 internally provided with axial notches (not shown) for the passage of wires or pins that comprise the windings 34 of the stator 30.
  • These windings 34 are provided with chignon (not referenced) extending, on the one hand, projecting from either side of the body 32 and, on the other hand, radially above the fans 24, 26.
  • These fans 24, 26 extend in the vicinity respectively of a front bearing 36 and d 'a rear bearing 38.
  • the bearings 36, 38 are perforated for internal ventilation of the alternator via the fans 24, 26 when the latter are rotated by the pulley 10, which is connected to the engine of the motor vehicle by a transmission device comprising at least one belt engaged with the pulley.
  • This ventilation makes it possible to cool the windings 18, 34 as well as the brush holder 28 with its regulator as well as a rectifying device 40 which is associated with it.
  • the path of the air in the alternator is essentially radial.
  • the electrical flow rates requested from the alternator greatly increase with the increase in the number and power of the consumption elements on board motor vehicles. This increase in the electric flow generates a consecutive increase in the temperature of the hottest parts of the alternator such as the diodes of the rectifying device 40, the bearings, the rotor, etc.
  • the ventilation device with which the alternator is provided although being sufficiently effective to ensure the cooling of the various elements of the alternator for relatively moderate electrical flow rates, is ineffective for higher flow rates.
  • alternators are provided with water cooling circuits mainly fitted to the stator.
  • the rectifier is also effectively cooled.
  • the rotor which does not have a cooling circuit, can reach very high temperatures.
  • alternators are provided with two centrifugal fans, arranged on either side, and of different dimensioning so that a pressure gradient appears which generates an air flow in an axial manner.
  • this type of ventilation device is relatively large, since the fan is generally not carried by the rotor, but axially offset therefrom.
  • the object of the invention is to overcome the drawbacks of the state of the art.
  • a ventilation device for a rotary electrical machine comprising a rotor provided externally with reliefs delimiting between them so-called cooling channels for circulation of a cooling fluid and a stator, the rotor is equipped at least one axial fan, provided with at least one blade, adapted to direct an air flow in the cooling channels, the blade forming an angle of incidence with the direction of the cooling fluid characterized in that l 'angle of incidence of at least one blade of at least one of said fan increases from the base of the blade to the top thereof.
  • This ventilation device may also include one or more of the following characteristics, taken in isolation or in any technically possible combination: the string of at least one blade of at least one of said fans increases from the base to the top of it. this . the top of at least one blade of at least one of said fan is poured in the direction of rotation of the fan.
  • each fan blade is parallel to the axis of rotation of the rotor.
  • the plane which passes through the section of the base of each fan blade forms an angle with the axis of rotation of the rotor between 0 ° and 75 °.
  • the fan has two axial fans arranged on either side of the rotor, the angle of the leading edge of the downstream fan, considering the direction of air flow along the rotor, being equal to the angle from the trailing edge of the upstream fan.
  • the fan is equipped with at least one blade arranged opposite each cooling channel
  • the fan is provided, for each cooling channel with two blades, arranged respectively upstream and downstream
  • At least one blade extends projecting inside a support plate for the reliefs of the rotor.
  • each blade of at least one of the fans comprises a first centrifugal part capable of generating a radial air flow and a second axial part, capable of generating an axial air flow, the first and second parts extending respectively from radially internal and radially external.
  • the tops of the blades of at least one of the fans are joined by a stiffening ring.
  • the fan blades are mounted on a support comprising a first annular part ensuring the fixing of the fan on the rotor and a second generally cylindrical part extending the first part and carrying the blades.
  • the invention also relates to a rotary electric machine, in particular a motor vehicle alternator, comprising, placed in a casing, a rotor driven in rotation by a motor shaft and a stator surrounding the rotor, the rotor and the stator constituting one a armature and the other an inductor, and ventilation means capable of generating a circulation of cooling fluid through the machine, characterized in that the cooling means comprise a cooling device as defined above, and in that that the machine is provided with air intake and exhaust openings extending axially on either side of the cooling means.
  • the axial louvers are situated opposite the blades of the ventilation means.
  • FIG. 1 which has already been mentioned, illustrates an axial half-section of a motor vehicle alternator provided with a ventilation device according to the state of the art
  • - Figure 2 is a perspective view of a motor vehicle alternator rotor provided with a fan of a ventilation device according to the invention
  • Figure 3 illustrates, schematically, the construction of a blade of the fan of Figure 2;
  • Figure 4 illustrates another embodiment of the blade of Figure 3;
  • FIG. 5 illustrates another embodiment of a fan of a ventilation device according to one invention
  • - Figure 6 illustrates another embodiment of a fan of a ventilation device according to one invention
  • FIG. 7 illustrates yet another embodiment of a fan of a ventilation device according to the invention.
  • the rotor designated by the general reference numeral 42, is provided with reliefs or claws, such as 44, regularly distributed along the periphery of the rotor 42 and delimiting between them the cooling channels, such that 46, in which circulates, during the rotation of the rotor 42, an air flow.
  • the rotor 42 is provided with a fan 48, of axial or helical type, fixed on the rotor so that its blades are located respectively opposite the channels. for ventilating the rotor, or two axial fans disposed on either side of the rotor, so as to generate an axial air flow along the channels 46.
  • the angle of the leading edge 70 of the downstream fan considering the direction of air flow along the rotor 42 is equal to the angle of the trailing edge 71 of the upstream fan.
  • the angle of the leading or trailing edge of the blade corresponds to the angle of incidence of the blade at said edges as defined below.
  • the fan or fans used to generate the axial air flow can be constituted by any type of axial fan suitable for generating such an air flow.
  • blades are used which are shaped so that the plane which passes through the section of the base 72 of the blade forms an angle with the axis of rotation of the machine. between 0 ° and 75 °, it being understood that a blade whose aforementioned angle is equal to 0 ° is an axial blade and that a blade whose angle is equal to 90 ° is a centrifugal blade.
  • each blade 50 of the fan can be very varied as well as its size or shape.
  • the angle or angles of attack of the blades can vary according to the needs or the performance to be obtained.
  • the angle of incidence ⁇ 1, at the base of the blade 50 that is to say the angle formed by the blade with respect to the axial suction direction is less at the angle of attack ⁇ 2 at the vertex S of the blade. It should be noted, however, that, where appropriate, these angles of incidence may be equal. However, the angle of incidence of the blade at the base is preferably greater than that of the apex if the base is supported at the external periphery of the fan. Thus, in all cases, the angle of the blade at the external part of the fan must have the highest angle of incidence because, as mentioned previously, it is at this level that the speed of the fluid is the highest.
  • the base of the blade at which the angle of incidence is less is defined as being the part of the base in contact with his support.
  • the chord of the blade is increased at the top S of the latter .
  • the chord of the top S is greater than the chord of the base 72 of the blade.
  • the top of the blade is poured, from the base to the top S, so to carry out a time shift of the noise sources. That is to say, the blade adopts, in this case, a longitudinal curvature, from the base towards its top, in the direction of rotation of the fan.
  • a pouring of the leading edges and trailing edges as well as any combination of the directions of pouring of the leading and / or trailing edges can be envisaged as for example visible in FIG. 4.
  • the blade can be profiled in the direction of the trailing edge so as to limit the detachment of the air at the end of the blade and, consequently, the turbulence.
  • the fan 50 so as to provide it with blades of axial-centrifugal type, that is to say blades comprising a first part 52, radially internal, constituted by a portion of centrifugal fan, so as to generate a generally radial air flow in this zone, this first part 52 extending radially externally by a second part 54 constituted by an axial or helical fan portion which is supplied by the radial flow created by the first part 52, intended to be disposed opposite the cooling channels 46, so as to generate, in the latter, a flow of axial air.
  • the blade thus arranged, is adapted to suck and discharge the coolant in the axial direction.
  • the fan or fans are provided with a stiffening ring 56 joining the top of the blades, so as to avoid any twisting or any vibration of the latter, thereby contributing to improving the discretion of the device, and in addition avoiding parasitic radial leaks.
  • the fan is equipped with several blades each arranged opposite a respective ventilation channel of the rotor. It is also possible, in order to reduce the noise level of the device, to provide the fan with blades in a number less than the number of ventilation channels, so that some of the channels do not have a blade, all possible configurations being possible, such as for example to provide blades every two pipes, or to provide the fan with a single blade, depending on the efficiency of the fan. Similarly, it is possible to provide one or more of the ventilation channels with several blades. It will also be noted that in the various embodiments envisaged previously, the fan is adapted to generate an axial air flow along the rotor.
  • additional radial vents can be provided without affecting the general good functioning of the ventilation device according to the invention.
  • the alternator is provided with front and rear bearings in which the motor shaft rotates and supporting the main functional elements of one alternator.
  • the blades of the fan or fans penetrate inside the plate of a respective bearing which carries the claws or reliefs of the rotor, for example on the half -height of the plate so as to leave room for the flow in the pipes, that is to say in the space available under a pole wheel claw.
  • a rotor fitted with inter-pole magnets can also be advantageously cooled by this type of fan, all the more since the magnets oppose the cooling of the rotor, the winding of which can otherwise rise to a temperature of around 200 ° C.
  • the fan is provided with a blade support comprising a first annular portion 58 by which it comes to be mounted on the rotor extended by its peripheral edge by a second generally cylindrical part 60 externally delimiting a peripheral surface carrying the blades.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif de ventilation pour machine électrique comportant un rotor (42) pourvu extérieurement de reliefs (46) délimitant entre eux des canaux (46) de refroidissement dans lesquels circule un fluide de refroidissement et un stator. Le rotor est équipé d'au moins un ventilateur axial (48) adapté pour diriger un flux d'air dans les canaux de refroidissement. L'invention trouve application au dispositif de ventilation pour alternateur de véhicule automobile.

Description

DISPOSITIF DE VENT I ISAT ION POUR MACHINE ELECTRIQUE , NOTAMMENT POUR VEHICULE AUTOMOBILE
Domaine technique de 1 ' invention
La présente invention se rapporte à un dispositif de ventilation pour machine électrique tournante, notamment pour alternateur de véhicule automobile, ainsi qu'à une machine pourvue d'un tel dispositif.
Etat de la technique Une machine électrique tournante, du type monophasé ou polyphasé comporte au moins deux parties agencées d'une manière coaxiale, à savoir un rotor et un stator, constituant l'un un induit et l'autre un inducteur.
Le rotor porte généralement, au moins à une extrémité axiale, un ventilateur pour refroidir la machine. En effet, l'un au moins des éléments induit-inducteur comporte un bobinage qui chauffe de sorte qu'il faut refroidir celui-ci pour un bon fonctionnement de la machine. Cette machine porte le plus souvent des composants électroniques ainsi que des roulements à billes qu'il faut également refroidir à l'aide d'une circulation d'air ou, d'une manière générale, d'un fluide de refroidissement, engendrée par le ventilateur.
Lorsque l'induit est formé par le rotor, la machine constitue un moteur électrique et transforme de l'énergie électrique en énergie mécanique. Cette machine transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique lorsque l'induit est formé par le stator pour fonctionner en générateur électrique et constituer par exemple un alternateur. Bien entendu, la machine électrique peut être réversible pour former par exemple un alterno-démarreur de véhicule automobile permettant de démarrer le moteur du véhicule tout en ayant une fonction d'alternateur. La figure 1 représente une machine électrique tournante polyphasée sous la forme d'un alternateur du type triphasé pour véhicule automobile à moteur à combustion interne . L'alternateur comporte, en allant de la gauche vers la droite de la figure 1, c'est-à-dire d'avant en arrière, une poulie d'entraînement 10 solidaire de l'extrémité avant d'un arbre 12, dont l'extrémité arrière porte des bagues collectrices (non référencées) appartenant à un collecteur 14. L'axe de l'arbre 12 constitue l'axe de rotation de la machine .
Centralement, l'arbre 12 porte à fixation le rotor 16 qui est doté d'un bobinage d'excitation 18, dont les extrémités sont reliées par des liaisons filaires au collecteur 14. Pour plus de précision on se reportera au document EP-A-0 515 259.
Le rotor 16 est ici un rotor à griffes, c'est à dire un rotor pourvu extérieurement de reliefs délimitant entre eux un passage d'écoulement de fluide de refroidissement, et comporte donc deux roues polaires 20, 22, respectivement avant et arrière, portant chacune respectivement un ventilateur avant 24 et un ventilateur arrière 26.
Ces ventilateurs 24, 26 comportent une première série de pales ou aubes, qui ménagent entre elles des canaux de ventilation. Les pales sont obtenues par découpe et pliage d'un flasque fixé, par exemple par soudage ou par tout autre moyen approprié tel qu'un sertissage, sur la roue polaire 20, 22 concernée. Chaque roue présente des dents axiales dirigées vers l'autre roue avec imbrication des dents d'une roue à l'autre pour formation de pôles magnétiques lorsque le bobinage 18 est activé grâce aux bagues collectrices du collecteur 14 qui sont chacune en contact avec un balai (non référencé) porté par un porte balai 28 servant également de support à un régulateur de tension (non représenté) . Le stator 30, quant à lui, forme l'induit de l'alternateur et entoure le rotor 16.
Il présente un corps 32 doté intérieurement d'encoches axiales (non représentées) pour le passage de fils ou d'épingles que comportent les bobinages 34 du stator 30. Ces bobinages 34 sont pourvus de chignons (non référencés) s 'étendant, d'une part, en saillie de part et d'autre du corps 32 et, d'autre part, radialement au-dessus des ventilateurs 24, 26. Ces ventilateurs 24, 26 s'étendent au voisinage respectivement d'un palier avant 36 et d'un palier arrière 38. Les paliers 36, 38 sont ajourés pour une ventilation interne de l'alternateur par l'intermédiaire des ventilateurs 24, 26 lorsque ces derniers sont entraînés en rotation par la poulie 10, laquelle est reliée au moteur du véhicule automobile par un dispositif de transmission comportant au moins une courroie en prise avec la poulie. Cette ventilation permet de refroidir les bobinages 18, 34 ainsi que le porte balai 28 avec son régulateur ainsi qu'un dispositif de redressement 40 qui lui est associé. On a représenté par des flèches le trajet suivi par le fluide de refroidissement, en l'espèce de l'air, à travers les différentes ouvertures des paliers 36, 38 et à l'intérieur de la machine.
En raison de la nature des ventilateurs 24 et 26, qui sont classiquement constitués par des ventilateurs de type centrifuge, le trajet de l'air dans l'alternateur est essentiellement radial.
Les débits électriques demandés à l'alternateur augmentent beaucoup avec 1 ' augmentation du nombre et de la puissance des éléments de consommation embarqués à bord des véhicules automobiles. Cette augmentation du débit électrique engendre une augmentation consécutive de la température des parties les plus chaudes de l'alternateur comme les diodes du dispositif de redressement 40, les roulements, le rotor, ... Le dispositif de ventilation dont est pourvu l'alternateur, bien qu'étant suffisamment efficace pour assurer le refroidissement des différents éléments de l'alternateur pour des débits électriques relativement modérés est inefficace pour des débits plus importants.
En effet, lorsque les besoins en énergie électrique augmentent, le problème de refroidissement des principaux éléments entrant dans la constitution de l'alternateur devient crucial. Certains alternateurs sont pourvus de circuits de refroidissement par eau équipant principalement le stator.
Dans ce type d'alternateur, le redresseur est également efficacement refroidit. Cependant, le rotor, qui est dépourvu de circuit de refroidissement, peut atteindre des températures très élevées.
Pour palier cet inconvénient, certains alternateurs sont pourvus de deux ventilateurs centrifuges, disposés de part et d'autre, et de dimensionnement différent de sorte qu'il apparaît un gradient de pression engendrant une circulation d'air de manière axiale.
Cependant, sauf à entraîner les ventilateurs à une vitesse qui engendrerait des niveaux de bruit inacceptables, le flux axial est insuffisant pour refroidir suffisamment le rotor . D'autres machines électriques, telles que celle décrite dans US 4,418,295 et dans US 4,418,295, sont équipées de ventilateurs de type axialo-centrifuge, c'est-à-dire des ventilateurs dont les pales comportent une partie axiale et une partie radiale et engendrent un flux d' air ayant une composante axiale et une composante radiale.
Toutefois, dans ces types de ventilateur, la composante axiale est insuffisante pour refroidir efficacement l'ensemble du rotor.
En outre, ils ne disposent pas d'un positionnement optimal des ouies d'admission d'air et nécessitent la présence d' ouies radiales, ce qui les rendent inadaptés pour un refroidissement additionnel par circulation d'eau.
De surcroît, ce type de dispositif de ventilation est d'un encombrement relativement important, dans la mesure où le ventilateur n'est généralement pas porté par le rotor, mais axiale ent décalé de celui-ci
Le but de l'invention est de palier les inconvénients de l'état de la technique.
Objet de l'invention Elle a donc pour objet un dispositif de ventilation pour machine électrique tournante comportant un rotor pourvu extérieurement de reliefs délimitant entre eux des canaux dits canaux de refroidissement pour circulation d'un fluide de refroidissement et un stator, le rotor est équipé d'au moins un ventilateur axial, doté d'au moins une pale, adapté pour diriger un flux d'air dans les canaux de refroidissement, la pale formant un angle d'incidence avec la direction du fluide de refroidissement caractérisé en ce que l'angle d'incidence d'au moins une pale de l'un au moins desdits ventilateur augmente de la base de la pale vers le sommet de celle-ci.
Ce dispositif de ventilation peut également comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : la corde d'au moins une pale de l'un au moins desdits ventilateurs augmente de la base vers le sommet de celle-ci . le sommet d'au moins une pale de l'un au moins desdits ventilateur est déversé dans le sens de rotation du ventilateur.
- la base de chaque pale du ventilateur est parallèle à l'axe de rotation du rotor. - le plan qui passe par la section de la base de chaque pale du ventilateur forme un angle avec l'axe de rotation du rotor compris entre 0° et 75°.
- il comporte deux ventilateurs axiaux disposés de part et d'autre du rotor, l'angle du bord d'attaque du ventilateur aval, en considérant le sens d'écoulement de l'air le long du rotor, étant égal à l'angle du bord de fuite du ventilateur amont. le ventilateur est équipé d' au moins une pale disposée en regard de chaque canal de refroidissement
- le ventilateur est pourvu, pour chaque canal de refroidissement de deux pales, disposées respectivement en amont et en aval
- au moins une pales s'étend en saillie à l'intérieur d'un plateau de support des reliefs du rotor.
- les pales du ventilateur sont disposées selon une répartition circonférentielle irrégulière. chaque pale de l'un au moins des ventilateurs comporte une première partie centrifuge apte à engendrer un flux d'air radial et une deuxième partie axiale, apte à engendrer un flux d'air axial, les première et deuxième parties s 'étendant respectivement de façon radialement interne et radialement externe. les sommets des pales de l'un au moins des ventilateurs sont réunis par un anneau de rigidification.
- les pales du ventilateur sont montées sur un support comportant une première partie annulaire assurant la fixation du ventilateur sur le rotor et une deuxième partie généralement cylindrique prolongeant la première partie et portant les pales.
L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, notamment alternateur de véhicule automobile, comprenant, placés dans un carter, un rotor entraîné en rotation par un arbre moteur et un stator entourant le rotor, le rotor et le stator constituant l'un un induit et l'autre un inducteur, et des moyens de ventilation aptes à engendrer une circulation de fluide de refroidissement à travers la machine, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement comportent un dispositif de refroidissement tel que défini ci-dessus, et en ce que la machine est pourvue d' ouies d'admission et d'échappement d'air s' étendant axialement de par et d'autre des moyens de refroidissement .
Avantageusement, les ouies axiales sont situées en regard des pales des moyens de ventilation. Description sommaire des dessins
D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1, dont il a déjà été fait mention, illustre une demi-coupe axiale d'un alternateur de véhicule automobile pourvu d'un dispositif de ventilation conforme à l'état de la technique ; - La figure 2 est une vue en perspective d'un rotor d'alternateur de véhicule automobile pourvu d'un ventilateur d'un dispositif de ventilation conforme à l'invention ;
La figure 3 illustre, schématiquement, la construction d'une pale du ventilateur de la figure 2 ; - La figure 4 illustre un autre exemple de réalisation de la pale de la figure 3 ;
- La figure 5 illustre un autre exemple de réalisation d'un ventilateur d'un dispositif de ventilation conforme à 1 ' invention ; - la figure 6 illustre un autre mode de réalisation d'un ventilateur d'un dispositif de ventilation conforme à 1 ' invention ; et la figure 7 illustre encore un autre mode de réalisation d'un ventilateur d'un dispositif de ventilation conforme à l'invention. Description de modes de réalisation préférentiels Sur la figure 2, on a représenté, en perspective, un rotor d'un alternateur de véhicule automobile pourvu d'un dispositif de ventilation conforme à l'invention.
Comme on le voit sur cette figure, le rotor, désigné par la référence numérique générale 42, est pourvu de reliefs ou griffes, tels que 44, régulièrement répartis le long de la périphérie du rotor 42 et délimitant entre eux les canaux de refroidissement, tels que 46, dans lesquels circule, lors de la rotation du rotor 42, un flux d'air.
Pour engendrer le flux d'air, désigné par la flèche F sur les figures, le rotor 42 est pourvu d'un ventilateur 48, de type axial ou hélicoïde, fixé sur le rotor de sorte que ses pales se situent respectivement en regard des canaux de ventilation du rotor, ou de deux ventilateurs axiaux disposés de part et d'autre du rotor, de manière à engendrer un flux d'air axial le long des canaux 46.
De préférence, dans le mode de réalisation selon lequel on utilise deux ventilateurs axiaux, l'angle du bord d'attaque 70 du ventilateur aval, en considérant le sens d'écoulement de l'air le long du rotor 42 est égal à l'angle du bord de fuite 71 du ventilateur amont. Pour la clarté de l'exposé, l'angle du bord d'attaque ou de fuite de la pale correspond à l'angle d'incidence de la pale au niveau desdits bords tel que défini ci-dessous.
On notera que le ou les ventilateurs utilisés pour engendrer le flux d'air axial peut être constitué par tout type de ventilateur axial approprié pour engendrer un tel flux d'air. De préférence, on utilise des pales conformées de manière que le plan qui passe par la section de la base 72 de la pale forme un angle avec l'axe de rotation de la machine compris entre 0° et 75°, étant entendu qu'une pale dont l'angle précité est égal 0° est une pale axiale et qu'une pale dont l'angle est égal à 90° est une pale centrifuge.
Ainsi, le profil de chaque pale 50 du ventilateur peut être très varié ainsi que sa taille ou sa forme. De même, le ou les angles d'attaque des pales peut varier en fonction des besoins ou des performances à obtenir.
On notera cependant que, étant donné que la vitesse du fluide augmente radialement, c'est-à-dire en direction du sommet S de chaque pale, comme cela est visible sur la figure 2, on augmente l'angle d'incidence de chaque pale en direction du sommet S. On évite ainsi tout décollement des veines de fluide des pales 50 dû à une incidence de la pale différente de l'incidence du fluide, ce qui serait susceptible d'engendrer une transition prématurée à la turbulence, une augmentation des pertes de charge, une diminution du débit et une augmentation du bruit dû au sillage du décollement et à une variation de la charge aérodynamique sur la pale. Ainsi, en référence à la figure 3, l'angle d'incidence βl, à la base de la pale 50, c'est-à-dire l'angle formé par la pale par rapport à la direction d'aspiration axiale est inférieur à l'angle d'attaque β2 au niveau du sommet S de la pale. On notera cependant que, le cas échéant, ces angles d'incidence peuvent être égaux. Toutefois, l'angle d'incidence de la pale au niveau de la base est de préférence supérieur à celui du sommet si la base est supportée au niveau de la périphérie externe du ventilateur. Ainsi, dans tous les cas, l'angle de la pale au niveau de la partie externe du ventilateur doit présenter l'angle d'incidence le plus élevé car, comme mentionné précédemment, c'est à ce niveau que la vitesse du fluide est la plus élevée.
Dans une configuration selon laquelle la pale est portée par deux anneaux concentriques, comme cela sera décrit par la suite en référence à la figure 6, l'un interne, proche de l'axe de rotation de la machine, et l'autre externe, la pale comportant alors deux bases, la base de la pale au niveau de laquelle l'angle d'incidence est moindre est défini comme étant la partie de la base en contact avec son support. Par ailleurs, afin d'éviter tout cisaillement des veines de fluide au niveau du bord de fuite F de chaque pale, qui serait susceptible d'engendrer des allées tourbillonnaires bruyantes, on augmente la corde de la pale au niveau du sommet S de cette dernière. Ainsi la corde du sommet S est supérieure à la corde de la base 72 de la pale.
De même, selon un autre exemple de réalisation éventuellement combinable avec le mode de réalisation de la figure 3, afin d'améliorer la discrétion du ventilateur on procède à un déversement du sommet de la pale, de la base vers le sommet S, de manière à effectuer un décalage temporel des sources de bruit. C'est à dire, la pale adopte, dans ce cas, une courbure longitudinale, de la base vers son sommet, dans le sens de rotation du ventilateur. Un déversement des bords d'attaque et des bords de fuite ainsi que toute combinaison des sens de déversement des bords d'attaque et/ou de fuite sont envisageables comme par exemple visible à la figure 4.
Par ailleurs, la pale peut être profilée en direction du bord de fuite de manière à limiter le décollement de l'air en bout de pale et, par conséquent les turbulences.
On notera également que, selon un autre mode de réalisation, visible sur la figure 5, également combinable avec les modes de réalisation décrits en référence aux figures 3 et 4, il est possible de réaliser le ventilateur 50 de manière à le doter de pales de type axialo-centrifuge, c'est à dire des pales comportant une première partie 52, radialement interne, constituée par une portion de ventilateur centrifuge, de manière à engendrer un flux d'air globalement radial dans cette zone, cette première partie 52 se prolongeant de manière radialement externe par une deuxième partie 54 constituée par une portion de ventilateur axial ou hélicoïde qui est alimentée par le flux radial créé par la première partie 52, destinée à être disposée en regard des canaux 46 de refroidissement, de manière à engendrer, dans ces derniers, un flux d'air axial. Dans son ensemble, la pale, ainsi agencée, est adaptée pour aspirer et refouler le fluide de refroidissement dans le sens axial.
Selon une autre variante, visible sur la figure 6, éventuellement combinable avec les modes de réalisation précédemment évoqués, le ou les ventilateurs sont pourvus d'un anneau 56 de rigidification joignant le sommet des pales, de manière à éviter tout vrillage ou toute vibration de ces dernières, contribuant ainsi à améliorer la discrétion du dispositif, et évitant de surcroît les fuites radiales parasites.
A cet égard, dans le but d'améliorer la discrétion du dispositif en diminuant les bruits de fonctionnement, il est possible de répartir de manière irrégulière les pales au niveau des canaux de refroidissement, ce qui permet de réduire le bruit par une répartition spectrale des fréquences qui implique une distribution de la puissance acoustique préférable à une concentration sur une seule harmonique.
On notera que dans les différents modes de réalisation envisagés, le ventilateur est équipé de plusieurs pales agencées chacune en regard d'un canal de ventilation respectif du rotor. Il est également possible, afin de réduire le niveau sonore du dispositif, de doter le ventilateur de pales en un nombre inférieur au nombre de canaux de ventilation, de sorte que certains des canaux soient dépourvus de pale, toutes les configurations possibles étant envisageables, comme par exemple de prévoir des pales toutes les deux canalisations, ou de doter le ventilateur d'une unique pale, en fonction du rendement du ventilateur. De même, il est possible de doter un ou plusieurs des canaux de ventilation de plusieurs pales. On notera également que dans les différents modes de réalisation envisagés précédemment, le ventilateur est adapté pour engendrer un flux d'air axial le long du rotor.
Ainsi, le carter de la machine électrique équipé d'un tel ventilateur et pourvu d'ouïes d'aspiration et d'échappement d'air prévues sur les côtés mutuellement opposés de la machine de manière à permettre une circulation efficace d'air entre ces dernières et, en particulier en regard des faces axiales des paliers au voisinage desquels sont placés les ventilateurs. Cependant, en particulier pour les machines électriques dépourvues de moyens de refroidissement complémentaires par circulation d'un liquide de refroidissement, des ouies radiales additionnelles peuvent être prévues sans nuire au bon fonctionnement général du dispositif de ventilation selon l'invention.
Comme cela est classique, l'alternateur est pourvu de paliers avant et arrière dans lesquels tourillonne l'arbre moteur et supportant les principaux éléments fonctionnels de 1' alternateur. Selon une variante avantageuse, dans le but de réduire l'encombrement général de la machine, les pales du ou des ventilateurs pénètrent à l'intérieur du plateau d'un palier respectif qui porte les griffes ou reliefs du rotor, par exemple sur la demi-hauteur du plateau de façon à laisser de la place pour l'écoulement dans les canalisations, c'est à dire dans l'espace disponible sous une griffe de roue polaire. Ainsi, un rotor équipé d'aimants inter-polaires peut également être avantageusement refroidi par ce type de ventilateur, d'autant plus que les aimants s'opposent au refroidissement du rotor dont le bobinage peut sinon monter jusqu'à une température de l'ordre de 200 °C.
En se référant enfin à la figure 7, selon un autre mode de réalisation, dans le but d'augmenter la rigidité des pales, au niveau de leur base, le ventilateur est pourvu d'un support de pale comportant une première partie 58 annulaire par laquelle il vient se monter sur le rotor prolongée par son bord périphérique par une deuxième partie 60 généralement cylindrique délimitant extérieurement une surface périphérique portant les pales.

Claims

REVEND I CAT IONS
1. Dispositif de ventilation pour machine électrique tournante comportant un rotor (42) pourvu extérieurement de reliefs (44) délimitant entre eux des canaux dits canaux de refroidissement pour circulation d'un fluide de refroidissement et un stator, le rotor (42) est équipé d'au moins un ventilateur axial (48), doté d'au moins une pale (50), adapté pour diriger un flux d'air dans les canaux de refroidissement, la pale (50) formant un angle d'incidence (βl, β2) avec la direction du fluide de refroidissement caractérisé en ce que l'angle d'incidence (βl, β2) d'au moins une pale de l'un au moins desdits ventilateur augmente de la base de la pale vers le sommet (S) de celle-ci.
2. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que la corde d'au moins une pale (50) de l'un au moins desdits ventilateurs augmente de la base vers le sommet de celle-ci.
3. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sommet (S) d'au moins une pale de l'un au moins desdits ventilateur est déversé dans le sens de rotation du ventilateur.
4. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce la base (72) de chaque pale du ventilateur est parallèle à l'axe de rotation du rotor.
5. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le plan qui passe par la section de la base (72) de chaque pale du ventilateur forme un angle avec l'axe de rotation du rotor compris entre 0° et 75°.
6. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte deux ventilateurs axiaux (48) disposés de part et d'autre du rotor, l'angle du bord d'attaque (70) du ventilateur aval, en considérant le sens d'écoulement de l'air le long du rotor, étant égal à l'angle du bord de fuite (71) du ventilateur amont.
7. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur (48) est équipé d'au moins une pale (50) disposée en regard de chaque canal de refroidissement (46) .
8. Dispositif de ventilation selon la revendication 7, caractérisé en ce que le ventilateur est pourvu, pour chaque canal de refroidissement de deux pales (50) , disposées respectivement en amont et en aval
9. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une pales (50) s'étend en saillie à l'intérieur d'un plateau de support des reliefs (44) du rotor.
10. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pales (50) du ventilateur sont disposées selon une répartition circonférentielle irrégulière .
11. Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque pale (50) de l'un au moins des ventilateurs comporte une première partie (52) centrifuge apte à engendrer un flux d'air radial et une deuxième partie axiale (54), apte à engendrer un flux d'air axial, les première et deuxième parties (52, 54) s 'étendant respectivement de façon radialement interne et radialement externe.
12. Dispositif de ventilation selon la revendication
1, caractérisé en ce que les sommets (S) des pales de l'un au moins des ventilateurs sont réunis par un anneau (56) de rigidification.
13 Dispositif de ventilation selon la revendication 1, caractérisé en ce que les pales du ventilateur sont montées sur un support comportant une première partie (58) annulaire assurant la fixation du ventilateur sur le rotor et une deuxième partie généralement cylindrique prolongeant la première partie et portant les pales.
14. Machine électrique tournante pour véhicule automobile, comprenant, placés dans un carter, un rotor entraîné en rotation par un arbre moteur et un stator entourant le rotor, le rotor et le stator constituant l'un un induit et l'autre un inducteur, et des moyens de ventilation aptes à engendrer une circulation de fluide de refroidissement à travers la machine, caractérisée en ce que les moyens de refroidissement comportent un dispositif de refroidissement selon la revendication 1 et en ce que la machine est pourvue d' ouies d'admission et d'échappement d'air s 'étendant axialement de par et d'autre des moyens de refroidissement .
15. Machine selon la revendication 14, caractérisée en ce que les ouies axiales sont situées en regard des pales des moyens de ventilation.
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