WO2017089670A1 - Machine électrique tournante de véhicule automobile - Google Patents

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WO2017089670A1
WO2017089670A1 PCT/FR2016/052832 FR2016052832W WO2017089670A1 WO 2017089670 A1 WO2017089670 A1 WO 2017089670A1 FR 2016052832 W FR2016052832 W FR 2016052832W WO 2017089670 A1 WO2017089670 A1 WO 2017089670A1
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WO
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bearing
rotating electrical
electrical machine
rotor
opening
Prior art date
Application number
PCT/FR2016/052832
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Michel Fakes
Mathieu REDON
Jean-Claude Matt
Paul Armiroli
Original Assignee
Valeo Equipements Electriques Moteur
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Publication date
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K5/203—Casings or enclosures characterised by the shape, form or construction thereof with channels or ducts for flow of cooling medium specially adapted for liquids, e.g. cooling jackets

Definitions

  • the present invention relates to a cooling device by forced air circulation by a single centrifugal fan.
  • the present invention finds a particularly advantageous application in the cooling of a rotating electric machine of a motor vehicle.
  • a reversible machine is a rotating electrical machine able to work in a reversible manner, on the one hand, as an electric generator in alternator function and, on the other hand, as an electric motor in particular for starting the engine of the motor vehicle.
  • Rotating electrical machines generally include a housing, a shaft, a stator and a rotor.
  • the housing delimits at least in part an enclosure within which are disposed the shaft, the rotor fixed in rotation with the shaft and the stator mounted around said rotor.
  • Rotating electrical machines dissipate some of their energy in the form of heat and often require a cooling system.
  • the cooling can be provided by simple radiators, by forced circulation of air in the machine, by circulating a coolant in a sealed chamber in contact with the machine or by combination of several of these cooling means.
  • a system of the prior art is described in the patent No. FR 2717639 B1 which comprises a fan which causes an air flow axially to the shaft of the rotating electrical machine and which also comprises cooling means by circulation of a coolant in a peripheral annular chamber.
  • the air cooling system comprises a fan, integral in rotation with the rotor, causing a forced air flow from axial inlet openings to axial outlet openings.
  • the inlet and outlet openings are disposed at both axial ends of the housing of the rotating electrical machine.
  • the housing has radial openings.
  • This air cooling system comprises most often two centrifugal fans axially opposed and integral in rotation of the rotor. Each fan causes a forced air flow from an axial inlet opening to a radial outlet opening for cooling the stator but not the rotor.
  • a rotating electrical machine makes an unpleasant noise to the human ear.
  • the sound emitted by the rotating electrical machine in operation is a periodic wave which can be analyzed according to its components called harmonics.
  • An acoustic analysis shows a higher level of decibels for at least one of the harmonics due to the symmetry of the polar wheel.
  • This so-called emerging harmonic is an unpleasant sound to the human ear and increases the overall noise level emitted by the rotating electrical machine in operation.
  • None of the current systems can simultaneously meet all the required requirements, namely to reduce the noise of aeraulic origin while having good cooling performance of the rotating electrical machine.
  • the present invention aims to remedy all or part of these disadvantages.
  • the invention relates to a rotating electric machine for a motor vehicle comprising a rotor, a housing at least partly delimiting an enclosure inside which the rotor is rotatably mounted about an axis, the rotary electrical machine being characterized in that it comprises a single fan mounted on and secured in rotation to the rotor and in that the housing comprises two aeration bearings:
  • a first bearing comprising at least one air intake opening
  • the device that is the subject of the invention makes it possible to reduce the noise of a (2015)lic origin while guaranteeing good cooling performance.
  • the use of a single fan and the fact that a single bearing has radially arranged air outlet openings allows a gain of the order of four decibels.
  • the use of a single fan allows, in addition, a saving of space in the rotating electrical machine and also cost.
  • the rotating electrical machine further comprises a stator comprising a stator body and an electric winding extending axially in the stator body and on either side of said stator body so as to form buns. and wherein one of said buns is disposed radially, at least in part, between the radial opening of the second bearing and the fan. This also makes it possible to improve the cooling of the electrical winding of the rotating electrical machine.
  • the radial opening of the second bearing is arranged facing the fan.
  • the first bearing has at least one radial air inlet opening.
  • the forced air flow forced by the fan rushes into the radial openings of the first bearing and is expelled by the radial outlet openings of the second bearing.
  • the first bearing has at least one axial opening of air inlet.
  • the forced air flow forced by the fan rushes into the axial openings of the first bearing and is expelled by the radial outlet openings, opposite the fan, the second bearing.
  • the first bearing comprises at least one axial air intake opening and at least one radial air inlet opening.
  • the forced air flow forced by the fan rushes into the axial and radial inlet openings and is expelled by the radial outlet openings, facing the fan, the second bearing.
  • the second bearing further comprises at least one axial opening of air inlet so that the fan causes a forced circulation of another flow of cooling air in the enclosure so that the other flow of air flows from said axial air intake opening of the second bearing to the radial outlet air outlet of the second bearing.
  • This opening is located opposite an electronic assembly of the electrical machine so that a second air flow circulating between this axial opening and the radial outlet opening allows the cooling of the electronic assembly.
  • the first bearing corresponds to the front bearing of the rotating electrical machine and the second bearing corresponds to the rear bearing of said machine.
  • the fan is located at the rear of the electric machine. The rear part of the machine having less space than the front part, it simplifies the realization of the machine.
  • the fan is a centrifugal fan.
  • the rotating electrical machine further comprises a plate integral in rotation with the rotor, the plate having a plurality of axial projections.
  • the plate modifies the natural symmetry of the polar wheel on which the plate is placed. This allows a reduction of the noise without degrading the circulation of the air flow in the machine and thus the cooling performance.
  • the plate makes it possible to reduce the number of decibels emitted by the harmonic due to the symmetry of the polar wheel and thus to reduce the discomfort to the human ear felt while listening to the rotating electrical machine. operation.
  • the plate integral in rotation with the rotor comprises a plurality of projections which also make it possible to reduce the overall noise emitted by the rotating electrical machine during operation.
  • the overall thickness of the plate is less than 4 millimeters. In particular, the thickness of the plate is less than 3.5 millimeters. In addition, the projections each have an axial height of less than 3 millimeters.
  • the axial projections are formed by extrusions made on the outer periphery of the plate. It is found experimentally that the so-called emerging harmonic emitted by the rotating electrical machine in operation corresponds to the harmonic of an order equivalent to the number of pairs of poles of the rotor of the machine, in particular for the symmetrical claw rotors.
  • the number of projections is strictly greater than the number of pole pairs of the rotor of the rotating electrical machine.
  • the plate makes it possible to more effectively reduce the number of decibels emitted by the emergent harmonic of order corresponding to the number of pole pairs of the rotor and thus to reduce the overall noise of the machine.
  • the rotating electrical machine further comprises an electronic assembly mounted outside the enclosure.
  • the rotating electrical machine further comprises a liquid fluid cooling system such as water.
  • the rotating electrical machine forms an alternator, an alternator-starter or a reversible machine.
  • FIG. 1 represents, schematically and in perspective, a particular embodiment of the rotating electrical machine which is the subject of the invention
  • FIG. 2 represents, schematically and in section, a particular embodiment of the rotating electrical machine according to the invention which comprises at least one radial opening on the first bearing,
  • FIG. 3 represents, schematically and in section, a particular embodiment of the rotating electrical machine according to the invention which comprises at least one axial opening on the first bearing,
  • FIG. 4 is a diagrammatic sectional view of a particular embodiment of the rotating electrical machine according to the invention, which comprises at least one axial opening and one radial opening on the first bearing;
  • FIG. 5 represents, schematically and in section, a particular embodiment of the rotating electrical machine which is the subject of the invention and which comprises at least one axial opening on the second bearing and at least one opening on the hood,
  • FIG. 6 represents, schematically and in perspective, a particular embodiment of the noise reduction plate integral in rotation with the shaft and surmounting the rotor
  • FIG. 7 represents, schematically and in perspective, a particular embodiment of the noise reduction plate
  • FIG. 8 represents, in graphical form, the noise emitted by a rotating electrical machine in operation according to various embodiments of the invention and the noise emitted by a rotating electrical machine in operation of the prior art
  • FIG. 9 represents, in graphical form, the overall noise and the noise of a set of harmonics emitted by a rotating electrical machine in operation having no noise reduction plate and
  • FIG. 10 shows, in graphical form, the overall noise and noise of a set of harmonics emitted by a rotating electrical machine in operation having a noise reduction plate.
  • FIG. 1 shows a rotary electric machine 10 of a motor vehicle comprising a rotor 105, a housing 1 10 delimiting at least in part an enclosure 125 inside which the rotor 105 is rotatably mounted about an axis X, the rotating electrical machine 10 being characterized in that it comprises a single fan 130, rotatably connected to the rotor 105 and in that the housing 1 10 comprises two bearings 135, 150 aeration:
  • a first bearing comprising at least one opening 140, 145 for the entry of air and
  • a second bearing comprising at least one radial opening 160 of air outlet, so that the fan 130 causes a forced circulation of a cooling air flow in the enclosure so that a same air flow flows from the air inlet opening of the first stage to the radial opening of second bearing air outlet.
  • the rotating electrical machine 10 comprises in particular a series of pole wheels rotatably connected to a shaft 191 of the rotor.
  • Axis X is defined as the axis in which the rotor 105 is oriented and which also corresponds to the axis of the shaft 191.
  • the rotor 105 is mounted inside the casing 1 10 so as to be surrounded by a stator 192.
  • the rotor 105 is a claw rotor.
  • the housing 1 comprises a front bearing 135 and a rear bearing 150 which are assembled together, in particular, the front bearing 135 corresponds to the first bearing and the rear bearing 150 corresponds to the second bearing.
  • the front bearing 135 is positioned on the side of a pulley 193 of the rotating electrical machine 10 and the rear bearing 150 is axially opposed to the front bearing 135, preferably on the side of an electronic assembly 194 of said rotating electric machine.
  • the electronic assembly 194 is mounted on the rotating electrical machine 10 between the rear part of said machine, that is to say the rear bearing 150, and a cover 195. In other words, the electronic assembly 194 is not in the enclosure 125 defined by the two levels.
  • the cover 195 protects the electronic assembly.
  • the stator 192 comprises a body 196 in the form of a pack of sheets provided with notches for mounting an electrical winding.
  • This winding passes through the notches of the body 196 and forms a front bun 197 and a rear bun 198 on either side of said body 196.
  • This winding is obtained, for example, from a continuous wire covered with enamel or again from conductive elements in the form of bar such as pins connected together.
  • an air-cooling system comprises a rotatably mounted aeration means in the housing 1 and at least one air inlet opening and an outlet opening. 'air.
  • the aeration means is a single fan 130 integral in rotation with the rotor 105.
  • the fan 130 is preferably a centrifugal fan which comprises a body and a series of blades extending substantially axially.
  • the blades are each made of cut sheet metal.
  • the fan 130 is made of plastics.
  • the air enters the chamber 125, via at least one air inlet opening, by depression and is evacuated via at least one air outlet opening.
  • the evacuation of the air sucked by the fan 130 is provided by at least one radial opening 160 formed in the housing 1 10, in particular on the rear bearing 150.
  • radial opening it is meant that the air is discharged in a radial direction relative to the axis X of rotation.
  • the radial openings 160 are arranged at regular spacing around the perimeter of the rear bearing 150. In a variant, the openings 160 are arranged at a non-regular spacing.
  • the outlet openings 160 are here arranged opposite the centrifugal fan 130.
  • FIG. 2 shows a particular embodiment in which the front bearing 135 comprises at least one radial opening 145 for air entry and in particular a series of radial openings 145.
  • Each opening 145 may, for example, be evenly spaced from other openings and be arranged radially around the bearing. In a variant, the openings 145 are arranged at a non-regular spacing.
  • the flow of air cooling the rotating electrical machine then consists of a stream of air entering radially into the front bearing 135 while cooling the passage of the front bun 197 of the stator 192 and then flowing axially. in the enclosure of the casing 1 10 while cooling the passage of the rotor 105 to finally be expelled radially by the radial outlet openings 160 while cooling the rear bun 198 of the stator 192.
  • FIG. 3 shows a particular embodiment in which the front bearing 135 comprises at least one axial opening 140 for the entry of air and in particular a series of axial openings 140.
  • Axial opening means that the air is sucked in an axial direction relative to the axis X of rotation.
  • Each opening 140 may for example be disposed on the upper part of the front bearing 135.
  • the openings 140 are disposed on the same radius of the upper part of the front bearing 135.
  • these openings 140 may be arranged substantially vis-à-vis the front bun 197 of the stator 192.
  • the flow of air cooling the rotating electrical machine then consists of a flow entering axially on the front bearing 135 by cooling the passage of the front bun 197 of the stator 192, then flowing axially in the enclosure of the housing 1 10 while cooling to the passage.
  • rotor 105 to finally be expelled radially through the outlet openings 160 while cooling the rear bun 198 of the stator 192.
  • FIG. 4 shows a particular embodiment in which the front bearing 135 comprises at least one axial opening 140 and at least one radial opening 145.
  • the same air flow then has two inputs. air.
  • FIG. 5 shows a particular embodiment in which the rear bearing 150 further comprises at least one axial opening 165 for the entry of air.
  • the cover 195 comprises at least one axial opening 155 of air inlet or radial not shown here.
  • the axial opening 155 of the cover is disposed facing the axial opening 165 of the bearing.
  • the openings 165, 155 are here arranged opposite the centrifugal fan 130.
  • a second air flow cooling the rotating electrical machine consists of a flow of air entering axially via the axial openings 155, 165 by cooling the electronic assembly 194, to finally be expelled radially via the openings 160 by cooling the passage of the rear bun 198 of the stator 192.
  • FIGS. 3, 6 and 7 show an embodiment in which the rotary electrical machine 10 further comprises a plate 170 integral in rotation with the rotor 105.
  • the plate 170 is fixed on the rotor 170 by welding.
  • the plate 170 can also be fixed to the rotor by screwing, gluing or else be fitted on the shaft 191.
  • the plate 170 is made of forged sheets, in other embodiments it is made of plastics material.
  • the plate 170 comprises a disc-shaped element 171 fixed to the rotor
  • the plate 170 has a plurality of axial projections 175 extending axially from the member 171.
  • the axial projections 175 are formed for example by removal of material on a sheet disk.
  • the axial projections 175 are formed by extrusions on the outer periphery of the member 171.
  • the plate 170 modifies the natural symmetry of the rotor 105, due to the uniform circumferential distribution of the pole wheels, thus making it possible to reduce the noise without degrading the circulation of the air flow in the machine and thus the cooling performance.
  • the thickness of the plate 170 is less than
  • the axial height of the projections 175 is less than 3 millimeters, in particular of the order of 2 millimeters, and the thickness of the element 171 is of the order of 1, 2 millimeters.
  • the overall thickness of the plate 170 is, in this example, of the order of 3.2 millimeters.
  • the number of projections 170 is strictly greater than the number of pole pairs of the rotor 105 of the rotating electrical machine.
  • the rotor has eight pairs of poles and the plate 170 has ten axial projections.
  • FIG. 8 shows, in graphical form, the noise emitted by a rotating electrical machine in operation according to various embodiments of the invention 330, 335, 340 and the noise emitted by a rotating electrical machine in operation of the art.
  • the noise emitted in decibels represented on the ordinate 305 is expressed as a function of the number of revolutions per minute of the rotating electrical machine 10 shown on the abscissa 310.
  • the ordinate axis 305 is graduated in a step of a decibel, a horizontal dotted line is drawn every five decibels.
  • FIG. 9 and 10 show, in graphical form, the overall noise 420, 520 and the noise of a set of harmonics emitted by a rotating electrical machine in operation.
  • the noise emitted by the rotating electrical machine according to the eight-order harmonic 425, 525 is observed.
  • the bundle of other curves presented and not referenced corresponds to the noise emitted according to the harmonics of orders seven, nine, ten, eleven and twelve.
  • the noise emitted in decibels on the ordinate 405, 505 is expressed as a function of the number of revolutions per minute of the rotary electrical machine shown in abscissa 410, 510.
  • the ordinate axis 405, 505 is graduated in a step of a decibel, a horizontal dotted line is drawn every five decibels.
  • FIGS. 9 and 10 The rotating electrical machines analyzed in FIGS. 9 and 10 are similar.
  • One, in Figure 10, comprising a noise reduction system according to the invention and the other, in Figure 9, not having.
  • the rotary electrical machine analyzed in FIG. 9 and 10 comprises a rotor comprising eight pairs of poles.
  • the graph presented in FIG. 9 presents the data measured on a rotating electrical machine which does not comprise a plate 170 integral in rotation with the rotor 105.
  • This noise according to the high order eight harmonic causes an increase in the overall noise emitted by the rotating electrical machine represented by the curve 420 and a discomfort for the human ear to hear the noise emitted by the rotating electrical machine in operation. .
  • the graph presented in FIG. 10 presents the data measured on a rotating electrical machine in operation, similar to that measured in FIG. 9, but which further comprises a plate 170 integral in rotation with the rotor 105 comprising a plurality of axial projections.
  • FIG. 10 shows a noise reduction for the order eight harmonic represented by the curve 525 as well as a reduction of the overall noise emitted by the electrical machine 10 comprising a plate 170, represented by the curve 520.
  • the air cooling system as previously described may be combined with another cooling system, including a water or oil cooling system.
  • one of the bearings may comprise a pocket in which a fluid circulates to cool the stator body 196.
  • the rotating electrical machine may have a pocket in which circulates a fluid from cooling the electronic assembly 194 of said machine. This pocket may be arranged for example in a heat sink included in the electronic assembly 194. In a variant, said pocket may be disposed in the bearing closest to the electronic assembly 194.
  • the present invention finds applications in particular in the field of rotors for alternator or reversible machine of a motor vehicle but it could also be applied to any type of rotating machine.

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Abstract

L'invention concerne une machine électrique tournante (10) de véhicule automobile comportant un rotor (105), un boîtier (110) délimitant au moins en partie une enceinte (125) à l'intérieur de laquelle le rotor (105) est monté rotatif autour d'un axe (X), la machine électrique tournante (10) étant caractérisée en ce qu'elle comporte un unique ventilateur (130), solidaire en rotation au rotor (105) et en ce que le boîtier (110) comporte deux paliers (135, 150) d'aération: -un premier palier comportant au moins une ouverture (140, 145) d'entrée d'air et -un deuxième palier comportant au moins une ouverture radiale (160) de sortie d'air, de sorte que le ventilateur (130) provoque une circulation forcée d'air de refroidissement dans l'enceinte (125).

Description

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE DE VÉHICULE AUTOMOBILE
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
La présente invention vise un dispositif de refroidissement par circulation d'air forcée par un unique ventilateur centrifuge.
La présente invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le refroidissement d'une machine électrique tournante de véhicule automobile.
La présente invention s'applique à toute machine électrique tournante et notamment aux alternateurs, alterno-démarreurs et machines réversibles. On rappelle qu'une machine réversible est une machine électrique tournante apte à travailler de manière réversible, d'une part, comme générateur électrique en fonction alternateur et, d'autre part, comme moteur électrique notamment pour démarrer le moteur thermique du véhicule automobile. ETAT DE LA TECHNIQUE
Les machines électriques tournantes comprennent généralement un boîtier, un arbre, un stator et un rotor. Le boîtier délimite au moins en partie une enceinte à l'intérieur de laquelle sont disposés l'arbre, le rotor solidaire en rotation de l'arbre et le stator monté autour dudit rotor. Les machines électriques tournantes dissipent une part de leur énergie sous forme de chaleur et nécessitent souvent un système de refroidissement.
Le refroidissement peut être assuré par de simples radiateurs, par circulation forcée d'air dans la machine, par circulation d'un liquide caloporteur dans une enceinte étanche en contact avec la machine ou par combinaison de plusieurs de ces moyens de refroidissement.
Un système de l'art antérieur est décrit dans le brevet d'invention N° FR 2717639 B1 qui comporte un ventilateur qui entraine un flux d'air axialement à l'arbre de la machine électrique tournante et qui comporte également des moyens de refroidissement par circulation d'un fluide caloporteur dans une chambre annulaire périphérique. Dans cet art antérieur, le système de refroidissement par air comporte un ventilateur, solidaire en rotation du rotor, provoquant un flux d'air forcé à partir d'ouvertures axiales d'entrée vers des ouvertures axiales de sortie. Les ouvertures d'entrée et de sortie sont disposées aux deux extrémités axiales du boîtier de la machine électrique tournante. Ainsi, seul le rotor bénéficie de la circulation forcée de l'air. Ce système de refroidissement permet donc de refroidir le rotor mais pas le stator.
Dans un autre système de refroidissement par air de l'art antérieur, le boîtier comporte des ouvertures radiales. Ce système de refroidissement par air comporte le plus souvent deux ventilateurs centrifuges opposés axialement et solidaires en rotation du rotor. Chaque ventilateur provoque un flux d'air forcé d'une ouverture axiale d'entrée à une ouverture radiale de sortie permettant le refroidissement du stator mais pas du rotor. Ces systèmes de l'art antérieur à deux ventilateurs émettent un bruit d'origine aéraulique important de l'ordre de 1 10 décibels.
En outre, une machine électrique tournante émet un bruit désagréable à l'oreille humaine. Le son émis par la machine électrique tournante en fonctionnement est une onde périodique qui peut être analysée selon ses composantes appelées harmoniques. Une analyse acoustique permet de constater un niveau de décibels plus important pour au moins l'une des harmoniques due à la symétrie de la roue polaire. Cette harmonique dite émergente constitue un son désagréable à l'oreille humaine et augmente le niveau de bruit global émis par la machine électrique tournante en fonctionnement.
Aucun des systèmes actuels ne permet de répondre simultanément à tous les besoins requis, à savoir de réduire le bruit d'origine aéraulique tout en ayant de bonnes performances de refroidissement de la machine électrique tournante.
OBJET DE L'INVENTION
La présente invention vise à remédier à tout ou partie de ces inconvénients. L'invention concerne une machine électrique tournante de véhicule automobile comportant un rotor, un boîtier délimitant au moins en partie une enceinte à l'intérieur de laquelle le rotor est monté rotatif autour d'un axe, la machine électrique tournante étant caractérisée en ce qu'elle comporte un unique ventilateur monté sur et solidaire en rotation au rotor et en ce que le boîtier comporte deux paliers d'aération :
- un premier palier comportant au moins une ouverture d'entrée d'air et
- un deuxième palier comportant au moins une ouverture radiale de sortie d'air, de sorte que le ventilateur provoque une circulation forcée d'un flux d'air de refroidissement dans l'enceinte de manière à ce qu'un même flux d'air circule de l'ouverture d'entrée d'air du premier palier vers l'ouverture radiale de sortie d'air deuxième palier. Grâce à ces dispositions, le même flux d'air de refroidissement refroidit à la fois le rotor et le stator. Ainsi, le dispositif objet de l'invention permet une réduction du bruit d'origine aéraulique tout en garantissant de bonne performance de refroidissement. En effet, l'utilisation d'un unique ventilateur et le fait qu'un seul palier comporte des ouvertures de sorties d'air disposées radialement permet un gain de l'ordre de quatre décibels. L'utilisation d'un seul ventilateur permet, en outre, un gain de place dans la machine électrique tournante et également de coût.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante comporte, en outre, un stator comprenant un corps de stator et un bobinage électrique s'étendant axialement dans le corps de stator et de part et d'autre dudit corps du stator de manière à former des chignons et dans laquelle un desdits chignons est disposé radialement, au moins en partie, entre l'ouverture radiale du deuxième palier et le ventilateur. Cela permet en outre d'améliorer le refroidissement du bobinage électrique de la machine électrique tournante.
Dans des modes de réalisation, l'ouverture radiale du deuxième palier est disposée en regard du ventilateur.
Dans des modes de réalisation, le premier palier comporte au moins une ouverture radiale d'entrée d'air.
Grâce à ces dispositions, le flux d'air en circulation forcée par le ventilateur s'engouffre dans les ouvertures radiales du premier palier puis est expulsé par les ouvertures radiales de sortie du deuxième palier.
Dans des modes de réalisation, le premier palier comporte au moins une ouverture axiale d'entrée d'air.
Grâce à ces dispositions, le flux d'air en circulation forcée par le ventilateur s'engouffre dans les ouvertures axiales du premier palier puis est expulsé par les ouvertures radiales de sortie, en regard du ventilateur, du deuxième palier.
Dans des modes de réalisation, le premier palier comporte au moins une ouverture axiale d'entrée d'air et au moins une ouverture radiale d'entrée d'air.
Grâce à ces dispositions, le flux d'air en circulation forcée par le ventilateur s'engouffre dans les ouvertures axiales et radiales en entrée puis est expulsé par les ouvertures radiales de sortie, en regard du ventilateur, du deuxième palier.
Dans un mode de réalisation avantageux, le deuxième palier comporte, en outre, au moins une ouverture axiale d'entrée d'air de sorte que le ventilateur provoque une circulation forcée d'un autre flux d'air de refroidissement dans l'enceinte de manière à ce que cet autre flux d'air circule de ladite ouverture axiale d'entrée d'air du deuxième palier vers l'ouverture radiale de sortie d'air du deuxième palier. Cette ouverture est située en regard d'un ensemble électronique de la machine électrique de sorte qu'un deuxième flux d'air circulant entre cette ouverture axiale et l'ouverture radiale de sortie permet le refroidissement de l'ensemble électronique.
Avantageusement, le premier palier correspond au palier avant de la machine électrique tournante et le deuxième palier correspond au palier arrière de ladite machine. Dans ce mode de réalisation, le ventilateur se situe à l'arrière de la machine électrique. La partie arrière de la machine présentant moins d'encombrement que la partie avant, cela permet de simplifier la réalisation de la machine.
Dans des modes de réalisation, le ventilateur est un ventilateur centrifuge. Dans des modes de réalisation, la machine électrique tournante comporte en outre une plaque solidaire en rotation du rotor, la plaque comportant une pluralité de saillies axiales.
La plaque modifie la symétrie naturelle de la roue polaire sur laquelle est posée la plaque. Cela permet une réduction du bruit sans pour autant dégrader la circulation du flux d'air dans la machine et donc les performances de refroidissement.
Grâce à ces dispositions, la plaque permet de réduire le nombre de décibels émis par l'harmonique due à la symétrie de la roue polaire et ainsi de réduire l'inconfort à l'oreille humaine ressenti à l'écoute de la machine électrique tournante en fonctionnement. La plaque solidaire en rotation du rotor comporte une pluralité de saillies qui permettent également de réduire le bruit global émis par la machine électrique tournante en fonctionnement.
Dans des modes de réalisation, l'épaisseur globale de la plaque est inférieure à 4 millimètres. Notamment, l'épaisseur de la plaque est inférieure à 3,5 millimètres. En outre, les saillies présentent chacune une hauteur axiale inférieure à 3 millimètres.
Grâce à ces dispositions, l'effet technique de réduction du bruit et d'au moins une harmonique émergente peut être obtenu tout en assurant un encombrement minimal dans l'enceinte de la machine électrique tournante.
Dans des modes de réalisation, les saillies axiales sont formées par des extrusions réalisées sur la périphérie externe de la plaque. On constate expérimentalement que l'harmonique dite émergente émise par la machine électrique tournante en fonctionnement correspond à l'harmonique d'un ordre équivalent au nombre de paires de pôles du rotor de la machine, en particulier pour les rotors à griffe symétriques.
Dans des modes de réalisation, le nombre de saillies est strictement supérieur au nombre de paires de pôles du rotor de la machine électrique tournante.
Grâce à ces dispositions, la plaque permet de réduire plus efficacement le nombre de décibels émis par l'harmonique émergente d'ordre correspondant au nombre de paires de pôle du rotor et donc de réduire le bruit global de la machine.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante comporte, en outre, un ensemble électronique monté à l'extérieur de l'enceinte.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante comporte, en outre, un système de refroidissement à fluide liquide tel que de l'eau.
Selon une réalisation, la machine électrique tournante forme un alternateur, un alterno-démarreur ou une machine réversible.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description non limitative qui suit d'au moins un mode de réalisation particulier de la machine électrique tournante objet de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels :
- la figure 1 représente, schématiquement et en perspective, un mode de réalisation particulier de la machine électrique tournante objet de l'invention,
- la figure 2 représente, schématiquement et en coupe, un mode de réalisation particulier de la machine électrique tournante objet de l'invention qui comporte au moins une ouverture radiale sur le premier palier,
- la figure 3 représente, schématiquement et en coupe, un mode de réalisation particulier de la machine électrique tournante objet de l'invention qui comporte au moins une ouverture axiale sur le premier palier,
- la figure 4 représente, schématiquement et en coupe, un mode de réalisation particulier de la machine électrique tournante objet de l'invention qui comporte au moins une ouverture axiale et une ouverture radiale sur le premier palier,
- la figure 5 représente, schématiquement et en coupe, un mode de réalisation particulier de la machine électrique tournante objet de l'invention qui comporte au moins une ouverture axiale sur le deuxième palier et au moins une ouverture sur le capot,
- la figure 6 représente, schématiquement et en perspective, un mode de réalisation particulier de la plaque de réduction du bruit solidaire en rotation avec l'arbre et surmontant le rotor,
- la figure 7 représente, schématiquement et en perspective, un mode de réalisation particulier de la plaque de réduction du bruit,
- la figure 8 représente, sous forme de graphique, le bruit émis par une machine électrique tournante en fonctionnement selon différents modes de réalisation de l'invention et le bruit émis par une machine électrique tournante en fonctionnement de l'art antérieur,
- la figure 9 représente, sous forme de graphique, le bruit global et le bruit d'un ensemble d'harmoniques émis par une machine électrique tournante en fonctionnement ne comportant pas de plaque de réduction de bruit et
- la figure 10 représente, sous forme de graphique, le bruit global et le bruit d'un ensemble d'harmoniques émis par une machine électrique tournante en fonctionnement comportant une plaque de réduction de bruit.
DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L'INVENTION
La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d'un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.
On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l'échelle.
On observe en figure 1 , une machine électrique tournante 10 de véhicule automobile comportant un rotor 105, un boîtier 1 10 délimitant au moins en partie une enceinte 125 à l'intérieur de laquelle le rotor 105 est monté rotatif autour d'un axe X, la machine électrique tournante 10 étant caractérisée en ce qu'elle comporte un unique ventilateur 130, solidaire en rotation au rotor 105 et en ce que le boîtier 1 10 comporte deux paliers 135, 150 d'aération :
- un premier palier comportant au moins une ouverture 140, 145 d'entrée d'air et
- un deuxième palier comportant au moins une ouverture radiale 160 de sortie d'air, de sorte que le ventilateur 130 provoque une circulation forcée d'un flux d'air de refroidissement dans l'enceinte de manière à ce qu'un même flux d'air circule de l'ouverture d'entrée d'air du premier palier vers l'ouverture radiale de sortie d'air deuxième palier.
La machine électrique tournante 10 comporte notamment une série de roues polaires liée en rotation à un arbre 191 du rotor. On définit comme axe X l'axe selon lequel est orienté le rotor 105 et qui correspond également à l'axe de l'arbre 191 .
Le rotor 105 est monté à l'intérieur du boîtier 1 10 de manière à être entouré par un stator 192. Dans cet exemple, le rotor 105 est un rotor à griffe.
Dans des modes de réalisation, le boîtier 1 10 comporte un palier avant 135 et un palier arrière 150 qui sont assemblés ensemble, notamment, le palier avant 135 correspond au premier palier et le palier arrière 150 correspond au deuxième palier.
Plus précisément, le palier avant 135 est positionné du côté d'une poulie 193 de la machine électrique tournante 10 et le palier arrière 150 est positionné de manière opposée axialement au palier avant 135, de préférence du côté d'un ensemble électronique 194 de ladite machine électrique tournante. L'ensemble électronique 194 est monté sur la machine électrique tournante 10 entre la partie arrière de ladite machine, c'est-à-dire le palier arrière 150, et un capot 195. En d'autres termes, l'ensemble électronique 194 n'est pas dans l'enceinte 125 définie par les deux paliers. Le capot 195 permet de protéger l'ensemble électronique.
Dans cet exemple, le stator 192 comporte un corps 196 en forme d'un paquet de tôles doté d'encoches pour le montage d'un bobinage électrique. Ce bobinage traverse les encoches du corps 196 et forme- un chignon avant 197 et un chignon arrière 198 de part et d'autre dudit corps 196. Ce bobinage est obtenu, par exemple, à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou encore à partir d'éléments conducteurs en forme de barre tels que des épingles reliées entre elles.
Afin de réduire la température en fonctionnement de la machine électrique tournante 10, un système de refroidissement par air comporte un moyen d'aération monté rotatif dans le boîtier 1 10 et au moins une ouverture d'entrée d'air et une ouverture de sortie d'air.
Le moyen d'aération est un unique ventilateur 130 solidaire en rotation avec le rotor 105. Le ventilateur 130 est, de préférence, un ventilateur centrifuge qui comporte un corps et une série de pales s'étendant sensiblement axialement. Dans des modes de réalisation les pales sont chacune réalisées en tôle découpée. Dans d'autres modes de réalisation le ventilateur 130 est en matières plastiques.
Grâce au ventilateur, l'air pénètre dans l'enceinte 125, via au moins une ouverture d'entrée d'air, par dépression et est évacué via au moins une ouverture de sortie d'air.
Dans des modes de réalisation, l'évacuation de l'air aspiré par le ventilateur 130 est assurée par au moins une ouverture radiale 160 formée dans le boîtier 1 10, notamment sur le palier arrière 150. Par ouverture radiale, on entend que l'air est évacué selon une direction radiale par rapport à l'axe X de rotation. De préférence, les ouvertures radiales 160 sont disposées à espacement régulier sur le pourtour du palier arrière 150. En variante, les ouvertures 160 sont disposées à espacement non régulier. Les ouvertures de sorties 160 sont, ici, disposées en regard du ventilateur centrifuge 130.
On observe en figure 2, un mode de réalisation particulier dans lequel le palier avant 135 comporte au moins une ouverture radiale 145 d'entrée d'air et notamment une série d'ouvertures radiales 145. Chaque ouverture 145 peut par exemple être espacée uniformément des autres ouvertures et être disposée radialement sur le pourtour du palier. En variante, les ouvertures 145 sont disposées à espacement non régulier.
Le flux d'air refroidissant la machine électrique tournante, représenté par une flèche sur la figure 2, consiste alors en un flux d'air entrant radialement dans le palier avant 135 en refroidissant au passage le chignon avant 197 du stator 192, puis circulant axialement dans l'enceinte du boîtier 1 10 en refroidissant au passage le rotor 105 pour enfin être expulsé radialement par les ouvertures radiales 160 de sorties en refroidissant au passage le chignon arrière 198 du stator 192.
On observe en figure 3, un mode de réalisation particulier dans lequel le palier avant 135 comporte au moins une ouverture axiale 140 d'entrée d'air et notamment une série d'ouvertures axiales 140. Par ouverture axiale, on entend que l'air est - aspiré selon une direction axiale par rapport à l'axe X de rotation.
Chaque ouverture 140 peut par exemple être disposée sur la partie supérieure du palier avant 135. Dans des modes de réalisation, les ouvertures 140 sont disposées sur un même rayon de la partie supérieure du palier avant 135. De préférence, ces ouvertures 140 peuvent être disposées sensiblement en vis-à-vis du chignon avant 197 du stator 192. Le flux d'air refroidissant la machine électrique tournante consiste alors en un flux entrant axialement sur le palier avant 135 en refroidissant au passage le chignon avant 197 du stator 192, puis circulant axialement dans l'enceinte du boîtier 1 10 en refroidissant au passage le rotor 105 pour enfin être expulsé radialement par les ouvertures 160 de sorties en refroidissant au passage le chignon arrière 198 du stator 192.
On observe en figure 4, un mode de réalisation particulier dans lequel le palier avant 135 comporte au moins une ouverture axiale 140 et au moins une ouverture radiale 145. Dans ce mode de réalisation, le même flux d'air présente alors deux entrées d'air.
On observe en figure 5, un mode de réalisation particulier dans lequel le palier arrière 150 comporte, en outre, au moins une ouverture axiale 165 d'entrée d'air. Dans ce mode de réalisation, le capot 195 comporte au moins une ouverture axiale 155 d'entrée d'air ou radiale non représentée ici. De préférence, l'ouverture axiale 155 du capot est disposée en regard de l'ouverture axiale 165 du palier. De plus, les ouvertures 165, 155 sont, ici, disposées en regard du ventilateur centrifuge 130.
Ainsi, dans ce mode de réalisation, un deuxième flux d'air refroidissant la machine électrique tournante consiste en un flux d'air entrant axialement via les ouvertures axiales 155, 165 en refroidissant l'ensemble électronique 194, pour enfin être expulsé radialement via les ouvertures 160 en refroidissant au passage le chignon arrière 198 du stator 192.
On observe en figures 3, 6 et 7, un mode de réalisation dans lequel la machine électrique tournante 10 comporte en outre une plaque 170 solidaire en rotation du rotor 105.
De préférence, la plaque 170 est fixée sur le rotor 170 par soudure. En variante, la plaque 170 peut également être fixée sur le rotor par vissage, par collage ou encore être emmanchée sur l'arbre 191 . Dans des modes de réalisation, la plaque 170 est en tôles forgées, dans d'autres modes de réalisation elle est en matière plastiques.
La plaque 170 comporte un élément 171 en forme de disque fixé sur le rotor
105 et disposé préférentiellement sur une des roues polaires du rotor 105, notamment du côté avant du rotor, en regard de la poulie 193 de la machine électrique tournante 10. La plaque 170 comporte une pluralité de saillies axiales 175 s'étendant axialement à partir de l'élément 171 . Dans des modes de réalisation, les saillies axiales 175 sont formées par exemple par retrait de matière sur un disque en tôle. Dans des modes de réalisation, les saillies axiales 175 sont formées par des extrusions pratiquées sur la périphérie externe de l'élément 171 .
La plaque 170 modifie la symétrie naturelle du rotor 105, due à la répartition circonférentielle uniforme des roues polaires, permettant ainsi une réduction du bruit sans pour autant dégrader la circulation du flux d'air dans la machine et donc les performances de refroidissement.
Dans des modes de réalisation, l'épaisseur de la plaque 170 est inférieure à
4 millimètres et notamment inférieure à 3,5 millimètres. Par exemple, la hauteur axiale des saillies 175 est inférieure à 3 millimètres, notamment de l'ordre de 2 millimètres, et l'épaisseur de l'élément 171 est de l'ordre de 1 ,2 millimètre. L'épaisseur globale de la plaque 170 est donc, dans cet exemple, de l'ordre de 3,2 millimètres.
Dans des modes de réalisation, le nombre de saillies 170 est strictement supérieur au nombre de paires de pôles du rotor 105 de la machine électrique tournante. Dans le mode de réalisation présenté en figure 6 et 7 le rotor comporte huit paires de pôles et la plaque 170 comporte dix saillies axiales.
On observe en figure 8, sous forme de graphique, le bruit émis par une machine électrique tournante en fonctionnement selon différents modes de réalisation de l'invention 330, 335, 340 et le bruit émis par une machine électrique tournante en fonctionnement de l'art antérieur 320. Le bruit émis en décibels figuré en ordonnée 305 est exprimé en fonction du nombre de rotation par minutes de la machine électrique tournante 10 figuré en abscisse 310.
A titre informatif, l'axe des ordonnées 305 est gradué selon un pas de un décibel, une ligne pointillée horizontale est tracée tous les cinq décibels.
On constate expérimentalement une réduction de trois à quatre décibels sur les différents modes de réalisation de la machine tournante objet de l'invention en fonctionnement en comparaison d'une machine électrique tournante en fonctionnement de l'art antérieur.
On observe en figure 9 et 10, sous forme de graphique, le bruit global 420, 520 et le bruit d'un ensemble d'harmoniques émis par une machine électrique tournante en fonctionnement. On observe en particulier le bruit émis par la machine électrique tournante selon l'harmonique d'ordre huit 425, 525. Le faisceau d'autres courbes présentées et non référencées correspond au bruit émis selon les harmoniques d'ordres sept, neuf, dix, onze et douze.
Le bruit émis en décibels figuré en ordonnée 405, 505 est exprimée en fonction du nombre de rotation par minutes de la machine électrique tournante figuré en abscisse 410, 510.
A titre informatif, l'axe des ordonnées 405, 505 est gradué selon un pas de un décibel, une ligne pointillée horizontale est tracée tous les cinq décibels.
Les machines électriques tournantes analysées en figures 9 et 10 sont similaires. L'une, en figure 10, comportant un système de réduction du bruit selon l'invention et l'autre, en figure 9, n'en comportant pas.
La machine électrique tournante analysée en figure 9 et 10 comporte un rotor comportant huit paires de pôles.
Le graphique présenté en figure 9 présente les données mesurées sur une machine électrique tournante qui ne comporte pas de plaque 170 solidaire en rotation du rotor 105. On constate un niveau de bruit pour l'harmonique d'ordre huit, figuré par la courbe 425, plus haut que l'ensemble des autres harmoniques mesurées. Ce bruit selon l'harmonique d'ordre huit élevé entraine une augmentation du bruit global émis par la machine électrique tournante figuré par la courbe 420 et un inconfort pour l'oreille humaine à l'écoute du bruit émis par la machine électrique tournante en fonctionnement.
Le graphique présenté en figure 10 présente les données mesurées sur une machine électrique tournante en fonctionnement, similaire à la celle mesurée en figure 9, mais qui comporte en outre une plaque 170 solidaire en rotation du rotor 105 comportant une pluralité de saillies axiales.
On constate sur la figure 10 une réduction du bruit pour l'harmonique d'ordre huit figuré par la courbe 525 ainsi qu'une réduction du bruit global émis par la machine électrique 10 comportant une plaque 170, figuré par la courbe 520.
Dans des modes de réalisation, le système de refroidissement à air tel que précédemment décrit peut être combiné avec un autre système de refroidissement, notamment un système de refroidissement à eau ou à huile. Par exemple, un des paliers peut comporter une poche dans laquelle circule un fluide venant refroidir le corps de stator 196. Dans un autre exemple, la machine électrique tournante peut comporter une poche dans laquelle circule un fluide venant refroidir l'ensemble électronique 194 de ladite machine. Cette poche peut être disposée par exemple dans un dissipateur thermique compris dans l'ensemble électronique 194. En variante, ladite poche peut être disposée dans le palier le plus proche de l'ensemble électronique 194.
La présente invention trouve des applications en particulier dans le domaine des rotors pour alternateur ou machine réversible de véhicule automobile mais elle pourrait également s'appliquer à tout type de machine tournante.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Machine électrique tournante (10) de véhicule automobile comportant un rotor (105), un boîtier (1 10) délimitant au moins en partie une enceinte (125) à l'intérieur de laquelle le rotor (105) est monté rotatif autour d'un axe (X), la machine électrique tournante (10) étant caractérisée en ce qu'elle comporte un unique ventilateur (130) monté sur et solidaire en rotation au rotor (105) et en ce que le boîtier (1 10) comporte deux paliers (135, 150) d'aération :
- un premier palier comportant au moins une ouverture (140, 145) d'entrée d'air et
- un deuxième palier comportant au moins une ouverture radiale (160) de sortie d'air,
de sorte que le ventilateur (130) provoque une circulation forcée d'un flux d'air de refroidissement dans l'enceinte (125) de manière à ce qu'un même flux d'air circule de l'ouverture (140, 145) d'entrée d'air du premier palier vers l'ouverture radiale (160) de sortie d'air deuxième palier.
2. Machine électrique tournante (10) selon la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un stator (192) comprenant un corps de stator (196) et un bobinage électrique s'étendant axialement dans le corps de stator et de part et d'autre dudit corps du stator de manière à former des chignons (197, 198) et dans laquelle un desdits chignons est disposé radialement, au moins en partie, entre l'ouverture radiale (160) du deuxième palier et le ventilateur (130).
3. Machine électrique tournante (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le premier palier comporte au moins une ouverture radiale (145) d'entrée d'air.
4. Machine électrique tournante (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le premier palier comporte au moins une ouverture axiale (140) d'entrée d'air.
5. Machine électrique tournante (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le premier palier comporte au moins une ouverture axiale (140) d'entrée d'air et au moins une ouverture radiale (145) d'entrée d'air.
6. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le deuxième palier comporte, en outre, au moins une ouverture axiale d'entrée d'air de sorte que le ventilateur (130) provoque une circulation forcée d'un autre flux d'air de refroidissement dans l'enceinte (125) de manière à ce que cet autre flux d'air circule de ladite ouverture axiale d'entrée d'air du deuxième palier vers l'ouverture radiale de sortie d'air du deuxième palier.
7. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le ventilateur (130) est un ventilateur centrifuge.
8. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le premier palier correspond au palier avant (135) de la machine électrique tournante (10) et dans laquelle le deuxième palier correspond au palier arrière (150) de ladite machine.
9. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui comporte en outre une plaque (170) solidaire en rotation du rotor (105), la plaque (170) comportant une pluralité de saillies (175) axiales.
10. Machine électrique tournante (10) selon la revendication précédente, dans laquelle l'épaisseur de la plaque (170) est inférieure à 4 millimètres.
1 1 . Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, dans laquelle les saillies (175) axiales sont formées par des extrusions réalisées sur la périphérie externe de la plaque (170).
12. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications 9 à
1 1 , dans laquelle le nombre de saillies (175) est strictement supérieur au nombre de paires de pôles du rotor (105) de la machine électrique tournante.
13. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
12, caractérisée en ce qu'elle comporte, en outre, un ensemble électronique (194) monté à l'extérieur de l'enceinte (125).
14. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
13, caractérisé en ce qu'elle comporte, en outre, un système de refroidissement à fluide liquide tel que de l'eau.
15. Machine électrique tournante (10) selon l'une quelconque des revendications 1 à
14, formant un alternateur, un alterno-démarreur ou une machine réversible.
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