FR2745439A1 - Motor vehicle alternator with improved cooling construction - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un alternateur de véhicule automobile à ventilation interne muni d'un palier perfectionné en vue de réduire les bruits dus à la ventilation. The invention relates to an alternator of a motor vehicle with internal ventilation provided with an improved bearing in order to reduce the noise due to ventilation.
L'invention concerne plus particulièrement un alternateur de véhicule automobile, du type comportant un carter sensiblement cylindrique fermé à au moins une de ses extrémité axiales par un palier transversal qui porte à rotation un arbre d'entraînement de l'alternateur, du type dans lequel au moins un ventilateur à pales est agencé à l'intérieur de l'alternateur et est entraîné en rotation par l'arbre, du type dans lequel, par rapport au sens de rotation du ventilateur, chaque pale comporte une face avant active qui provoque la circulation, à l'intérieur de l'alternateur, d'un flux d'air propre à refroidir l'alternateur, et du type dans lequel le palier est ajouré et présente un manchon central de guidage de l'arbre qui est relié à une portion périphérique du palier par des bras qui délimitent entre eux des orifices au travers desquels le flux d'air circule axialement. The invention relates more particularly to a motor vehicle alternator, of the type comprising a substantially cylindrical casing closed at at least one of its axial ends by a transverse bearing which rotates a drive shaft of the alternator, of the type in which at least one fan with blades is arranged inside the alternator and is driven in rotation by the shaft, of the type in which, relative to the direction of rotation of the fan, each blade has an active front face which causes the circulation, inside the alternator, of a flow of air suitable for cooling the alternator, and of the type in which the bearing is perforated and has a central sleeve for guiding the shaft which is connected to a peripheral portion of the bearing by arms which delimit between them orifices through which the air flow circulates axially.
La ventilation interne permet de refroidir efficacement l'alternateur et, par conséquent, pour un encombrement donné de l'alternateur, d'augmenter la puissance électrique maximale produite par l'alternateur. The internal ventilation makes it possible to cool the alternator effectively and, consequently, for a given size of the alternator, to increase the maximum electric power produced by the alternator.
Toutefois, le flux d'air qui traverse le ventilateur est une source non négligeable de bruit et ce bruit est notamment dû aux turbulences aérodynamiques de l'air lorsqu'il rencontre les obstacles constitués par les divers organes de l'alternateur. However, the air flow which passes through the fan is a significant source of noise and this noise is notably due to the aerodynamic turbulence of the air when it meets the obstacles formed by the various organs of the alternator.
Notamment, il se produit des turbulences importantes au niveau des orifices d'entrée d'air agencés dans le palier de l'alternateur. In particular, there is significant turbulence at the air inlet orifices arranged in the bearing of the alternator.
Ces turbulences sont d'autant plus importantes que, le ventilateur étant généralement agencé axialement très près du palier, il existe une interaction acoustique entre les pales du ventilateur et les bras du palier entre lesquels sont agencés les orifices d'entrée d'air. These turbulences are all the more important since, the fan being generally arranged axially very close to the bearing, there is an acoustic interaction between the blades of the fan and the arms of the bearing between which the air inlet orifices are arranged.
En effet, le front de pression et le front de dépression créés respectivement en avant et en arrière d'une pale interagissent fortement avec le bras, et ce d'autant plus que la vitesse relative de la pale par rapport au palier est importante. Indeed, the pressure front and the vacuum front created respectively in front and behind a blade interact strongly with the arm, all the more so when the relative speed of the blade relative to the bearing is important.
Dans le but de limiter les turbulences du flux d'air à l'entrée de l'alternateur, et donc dans le but de limiter le bruit dû à la ventilation de celui-ci, I'invention propose un alternateur du type vu précédemment, caractérisé en ce que les bras du palier s'étendent dans le plan transversal du palier selon une direction générale qui est inclinée, par rapport à une direction radiale du palier, dans le sens d'une augmentation de l'angle entre la direction générale d'un bras et l'orientation de la face avant d'une pale du ventilateur lorsque la pale est au niveau de ce bras au cours de son mouvement de rotation. In order to limit the turbulence of the air flow at the inlet of the alternator, and therefore in order to limit the noise due to the ventilation of the latter, the invention proposes an alternator of the type seen above, characterized in that the bearing arms extend in the transverse plane of the bearing in a general direction which is inclined, with respect to a radial direction of the bearing, in the direction of an increase in the angle between the general direction d 'an arm and the orientation of the front face of a fan blade when the blade is at the level of this arm during its rotational movement.
Selon d'autres caractéristiques de l'invention
- par rapport au sens de rotation du ventilateur, la face avant active de chacune des pales est tournée radialement vers l'extérieur de l'alternateur, et la direction générale de chaque bras, depuis son extrémité radiale interne vers son extrémité radiale externe, est orientée dans le sens de rotation du ventilateur
- la direction générale des bras est sensiblement perpendiculaire à celle des faces avant des pales du ventilateur
- les bras du palier sont incurvés
- au moins un des bras comporte, en coupe selon un plan perpendiculaire à sa direction générale, un profil à faible résistance aérodynamique au flux d'air traversant le palier
- le profil du bras du palier est sensiblement elliptique;;
- le profil du bras du palier est ovoïde et le bord le plus épais du bras est agencé en amont par rapport au flux d'air traversant le palier
- le profil du bras du palier évolue le long du bras ; et
- les bras du palier sont espacés angulairement de manière irrégulière.According to other features of the invention
- relative to the direction of rotation of the fan, the active front face of each of the blades is turned radially towards the outside of the alternator, and the general direction of each arm, from its internal radial end towards its external radial end, is oriented in the direction of rotation of the fan
- the general direction of the arms is substantially perpendicular to that of the front faces of the fan blades
- the arms of the bearing are curved
- At least one of the arms comprises, in section along a plane perpendicular to its general direction, a profile with low aerodynamic resistance to the air flow passing through the bearing
- The profile of the bearing arm is substantially elliptical;
- the profile of the bearing arm is ovoid and the thickest edge of the arm is arranged upstream with respect to the air flow passing through the bearing
- the profile of the bearing arm moves along the arm; and
- the bearing arms are spaced angularly irregularly.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un alternateur selon l'invention à ventilation interne et à double flux
- les figures 2 et 3 sont des vues axiales du palier avant et du ventilateur avant de l'alternateur de la figure 1, le ventilateur étant représenté en traits forts et au premier plan sur la figure 3
- les figures 4 et 5 sont des vues similaires à celles des vues 2 et 3 représentant le palier arrière de l'alternateur et son ventilateur associé
- les figures 6 et 7 sont des vues de deux modes de réalisation d'un bras de palier selon l'invention, en section selon un plan perpendiculaire à la direction générale du bras ; et
- la figure 8 est une vue schématique illustrant l'angle formé entre une pale et un bras lorsque la pale passe au niveau du bras.Other characteristics and advantages of the invention will appear on reading the following detailed description for the understanding of which reference will be made to the accompanying drawings in which
- Figure 1 is an axial sectional view of an alternator according to the invention with internal ventilation and double flow
- Figures 2 and 3 are axial views of the front bearing and the front fan of the alternator of Figure 1, the fan being shown in strong lines and in the foreground in Figure 3
- Figures 4 and 5 are views similar to those of views 2 and 3 showing the rear bearing of the alternator and its associated fan
- Figures 6 and 7 are views of two embodiments of a bearing arm according to the invention, in section along a plane perpendicular to the general direction of the arm; and
- Figure 8 is a schematic view illustrating the angle formed between a blade and an arm when the blade passes at arm level.
On a représenté sur la figure 1 un alternateur 10 à ventilation interne qui comporte un carter 12, sensiblement cylindrique d'axe AI, dont les deux extrémités axiales avant 14 et arrière 16 sont fermées chacune par un palier transversal 18, 20. FIG. 1 shows an alternator 10 with internal ventilation which comprises a casing 12, substantially cylindrical with an axis AI, the two front and rear axial ends 16 and 16 of which are each closed by a transverse bearing 18, 20.
Les paliers avant 18 et arrière 20 sont munis chacun d'un manchon central cylindrique 22, 24 d'axe Al dans lequel sont reçus des roulements 26, 28 de guidage en rotation d'un arbre d'entraînement 30 d'axe Al de l'alternateur. The front 18 and rear 20 bearings are each provided with a cylindrical central sleeve 22, 24 of axis Al in which are received bearings 26, 28 for guiding in rotation a drive shaft 30 of axis Al of l 'alternator.
A l'intérieur du carter 12 de l'alternateur, un rotor à griffes 32 est fixé sur l'arbre 30 qui l'entraîne en rotation au centre d'un bobinage statorique 34 fixé sur la face cylindrique interne du carter 12. Inside the casing 12 of the alternator, a claw rotor 32 is fixed on the shaft 30 which drives it in rotation at the center of a stator winding 34 fixed on the internal cylindrical face of the casing 12.
De manière connue, I'extrémité axiale avant 36 de l'arbre 30 dépasse à l'extérieur du carter 12 au travers du palier avant 18 et porte une roue de poulie 38 destinée à recevoir une courroie (non représentée) entraînée par le moteur (non représenté) du véhicule. In a known manner, the front axial end 36 of the shaft 30 projects outside the casing 12 through the front bearing 18 and carries a pulley wheel 38 intended to receive a belt (not shown) driven by the motor ( not shown) of the vehicle.
L'extrémité arrière 42 de l'arbre 30 dépasse au travers du palier arrière 20 de l'alternateur 10 et comporte notamment deux surfaces cylindriques de contact 44 sur lesquelles frottent des balais 46 portés par une plaque porte-balais 48 qui est fixée sur une face externe du palier arrière 20. The rear end 42 of the shaft 30 protrudes through the rear bearing 20 of the alternator 10 and in particular comprises two cylindrical contact surfaces 44 on which brushes 46 rub carried by a brush holder plate 48 which is fixed to a external face of the rear bearing 20.
De manière connue, la plaque porte-balais 48 porte également des composants électroniques (non représentés) destinés à la régulation du courant électrique produit par l'alternateur 10. In known manner, the brush holder plate 48 also carries electronic components (not shown) intended for regulating the electric current produced by the alternator 10.
Un boîtier de protection 50 recouvre la plaque porte-balais 48 et est muni de fentes 52 pour permettre la ventilation de l'alternateur. A protective housing 50 covers the brush holder plate 48 and is provided with slots 52 to allow ventilation of the alternator.
L'alternateur 10 comporte également un ventilateur avant 54 et un ventilateur arrière 56 qui sont fixés sur le rotor 32, chacun axialement en regard respectivement des paliers avant 18 et arrière 20. The alternator 10 also comprises a front fan 54 and a rear fan 56 which are fixed on the rotor 32, each axially opposite respectively the front 18 and rear 20 bearings.
Les ventilateurs avant 54 et arrière 56 sont munis de pales 58 qui sont destinées à provoquer la circulation d'un flux d'air dans
I'alternateur 10. Chacun des ventilateurs 54, 56 aspire de l'air frais axialement au travers d'orifices 60 pratiqués à cet effet dans les paliers avant 18 et arrière 20 et refoule l'air sensiblement radialement vers l'extérieur au travers de d'ouïes latérales 62 qui sont notamment représentées sur les figures 2 à 5.The front fans 54 and rear 56 are provided with blades 58 which are intended to cause the circulation of an air flow in
The alternator 10. Each of the fans 54, 56 draws fresh air axially through orifices 60 made for this purpose in the front 18 and rear bearings 20 and discharges the air substantially radially outward through side vents 62 which are shown in particular in FIGS. 2 to 5.
Comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 2 et 4, les orifices 60 d'entrée d'air sont agencés entre des bras 64 qui relient les manchons centraux 22, 24 des paliers avant 18 et arrière 20 à la portion périphérique de chacun de ces paliers 18, 20. As can be seen more particularly in FIGS. 2 and 4, the air inlet orifices 60 are arranged between arms 64 which connect the central sleeves 22, 24 of the front 18 and rear 20 bearings to the peripheral portion of each of these bearings 18, 20.
Selon l'état de la technique (non représenté), les bras 64 s'étendent radialement autour de l'axe Al de l'alternateur. According to the state of the art (not shown), the arms 64 extend radially around the axis A1 of the alternator.
Or, comme on peut le voir plus particulièrement sur les figures 3 et 5, les ventilateurs avant 54 et arrière 56 comportent des pales 58 dont la face avant active 66, déterminée par le sens de rotation du rotor 32, est orientée selon une direction qui fait un angle Ol avec un rayon du ventilateur passant par la pale 58. However, as can be seen more particularly in FIGS. 3 and 5, the front fans 54 and rear 56 have blades 58 whose active front face 66, determined by the direction of rotation of the rotor 32, is oriented in a direction which makes an angle Ol with a radius of the fan passing through the blade 58.
Chaque pale 58 est ainsi orientée de manière que la face avant active 66 chasse les molécules d'air radialement vers l'extérieur de l'alternateur. Each blade 58 is thus oriented so that the active front face 66 drives out the air molecules radially towards the outside of the alternator.
La valeur de l'angle O1 d'orientation des pales 58 varie généralement entre 0 et 30". The value of the angle O1 of orientation of the blades 58 generally varies between 0 and 30 ".
Lorsque les pales sont agencées sensiblement radialement, c'est-à-dire lorsque l'angle O1 est nul, le ventilateur peut être utilisé indifféremment à l'extrémité axiale avant 14 ou à l'extrémité axiale arrière 16 de l'alternateur 10. When the blades are arranged substantially radially, that is to say when the angle O1 is zero, the fan can be used either at the front axial end 14 or at the rear axial end 16 of the alternator 10.
Toutefois, un angle O1 de l'ordre de 30 permet d'améliorer le rendement des ventilateurs 54, 56 et sera donc préféré. However, an angle O1 of the order of 30 makes it possible to improve the efficiency of the fans 54, 56 and will therefore be preferred.
Conformément aux enseignements de l'invention, les bras 64 du palier 18, 20 sont orientés selon une direction qui forme un angle 02 par rapport à un rayon du ventilateur passant par l'extrémité radiale interne 68 du bras 64. In accordance with the teachings of the invention, the arms 64 of the bearing 18, 20 are oriented in a direction which forms an angle 02 with respect to a radius of the fan passing through the internal radial end 68 of the arm 64.
L'angle O2 du bras 64 par rapport au rayon est choisi de sens opposé à l'orientation de la face active 66 d'une pale 58 passant par le même rayon. The angle O2 of the arm 64 relative to the radius is chosen in a direction opposite to the orientation of the active face 66 of a blade 58 passing through the same radius.
De la sorte, comme on peut le voir plus particulièrement sur la figure 8, L'angle d'incidence e formé entre la direction générale du bras 64 et l'orientation de la face avant active 66 de la pale 58 est égal à la somme des deux angles 01, û2 et par conséquent, en choisissant un angle 02 de l'ordre de 30 , sensiblement égal à 60". In this way, as can be seen more particularly in FIG. 8, the angle of incidence e formed between the general direction of the arm 64 and the orientation of the active front face 66 of the blade 58 is equal to the sum of the two angles 01, û2 and consequently, by choosing an angle 02 of the order of 30, substantially equal to 60 ".
De la sorte, dans son mouvement relatif par rapport au bras 64, la pale 68 provoque à son passage une onde de choc, due à la différence de pression régnant entre ses faces avant et arrière, bien plus faible dans la mesure où l'angle d'incidence du front de pression par rapport au bras est important. In this way, in its relative movement with respect to the arm 64, the blade 68 causes in its passage a shock wave, due to the pressure difference prevailing between its front and rear faces, much lower insofar as the angle incidence of the pressure front relative to the arm is important.
Ce phénomène est encore plus réduit dans le cas du ventilateur arrière 56 qui dispose de pales 58 courbes, au contraire du ventilateur avant 54 qui dispose de pales 58 droites. This phenomenon is even more reduced in the case of the rear fan 56 which has curved blades 58, unlike the front fan 54 which has straight blades 58.
Avec des pales courbes, L'angle d'incidence 0 entre l'orientation de la face avant 66 de la pale 58 et la direction générale du bras 64 est encore augmenté lorsque l'on considère les extrémités radiales externes 70 des pales 58. With curved blades, the angle of incidence 0 between the orientation of the front face 66 of the blade 58 and the general direction of the arm 64 is further increased when the external radial ends 70 of the blades 58 are considered.
Or, c'est en ce point que la vitesse des particules d'air est la plus élevée, du fait de la plus grande vitesse linéaire des extrémités radiales 70 des pales 58. However, it is at this point that the speed of the air particles is the highest, due to the greater linear speed of the radial ends 70 of the blades 58.
Suivant le même raisonnement, on peut prévoir de réaliser des bras 64 de palier qui ne soient pas rectilignes, comme dans le mode de réalisation qui est représenté sur les figures, mais qui soient au contraire courbes. Following the same reasoning, provision can be made for bearing arms 64 which are not rectilinear, as in the embodiment which is shown in the figures, but which on the contrary are curved.
Selon un autre aspect de l'invention, et comme on peut le voir sur les figures 6 et 7, les bras 64 de l'alternateur 10 selon l'invention ne sont pas d'une section prismatique, ainsi que cela est connu de l'état de la technique, mais possèdent un profil en section qui est de nature à diminuer la résistance aérodynamique opposée par chaque bras 64 au flux d'air traversant le palier 18, 20. According to another aspect of the invention, and as can be seen in FIGS. 6 and 7, the arms 64 of the alternator 10 according to the invention are not of a prismatic section, as is known from l 'state of the art, but have a sectional profile which is likely to reduce the aerodynamic resistance opposed by each arm 64 to the air flow passing through the bearing 18, 20.
II est notamment souhaitable de réduire la largeur du bras 64 selon une direction perpendiculaire à la direction d'écoulement du flux d'air autour du bras 64. It is in particular desirable to reduce the width of the arm 64 in a direction perpendicular to the direction of flow of the air flow around the arm 64.
Diverses formes sont envisageables telles que des formes elliptiques ou ovoïdes qui, lorsqu'elles sont agencées de manière que leur grand axe est parallèle au flux d'air, permettent de réduire sensiblement les turbulences du flux d'air traversant le palier 18, 20. Various shapes can be envisaged, such as elliptical or ovoid shapes which, when they are arranged so that their major axis is parallel to the air flow, make it possible to substantially reduce the turbulence of the air flow passing through the bearing 18, 20.
Dans le cas d'un bras 64 de section ovoïde tel que représenté sur la figure 6, qui permet de conserver une section résistante du bras 64 importante, on choisit de disposer le bord 72 le plus épais du bras 64 vers l'extérieur du palier 18, 20, en amont dans le flux d'air traversant le palier 18, 20. In the case of an arm 64 of ovoid section as shown in Figure 6, which allows to keep a strong section of the arm 64, we choose to have the thickest edge 72 of the arm 64 towards the outside of the bearing 18, 20, upstream in the air flow passing through the bearing 18, 20.
II est également possible de prévoir que la forme en section du bras 64 varie entre ses extrémités radiales internes 68 et externes 69. It is also possible to provide for the sectional shape of the arm 64 to vary between its internal radial 68 and external 69 ends.
Bien entendu, la combinaison de l'inclinaison des bras 64 et l'adaptation de leur forme en section permettra d'obtenir les meilleurs résultats quant à la diminution des turbulences engendrées au niveau du palier et donc quant à la diminution du bruit engendré par la ventilation de l'alternateur 10. Of course, the combination of the inclination of the arms 64 and the adaptation of their shape in section will make it possible to obtain the best results as regards the reduction in turbulence generated at the level of the bearing and therefore as regards the reduction in noise generated by the alternator ventilation 10.
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