REFROIDISSEMENT

L'invention porte sur une machine électrique tournante munie d'ailettes de refroidissement. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques tournantes fonctionnant au moins en mode alternateur.

De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor.

Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un circuit électronique de puissance comportant notamment un pont redresseur dans le cas d'un alternateur. Un tel pont redresseur peut dissiper une énergie de l'ordre de 150 Watts. Comme cela est décrit dans le document FR2847085, afin de refroidir le pont redresseur, un dissipateur comporte une face sur laquelle est monté le circuit électronique de puissance, et une face opposée orientée vers le palier arrière. Un passage d'écoulement de fluide de refroidissement, en l'occurrence de l'air mis en mouvement par un ventilateur porté par le rotor, se situe entre la face du palier arrière orientée vers le dissipateur et la face en regard du dissipateur. En outre, pour augmenter la surface d'échange thermique, des ailettes sont positionnées dans le passage d'écoulement de fluide.

Le problème réside dans le fait que la longueur des ailettes de refroidissement est limitée, dans la mesure où il est nécessaire de garantir un espace entre les ailettes et la face en regard du palier arrière pour permettre le montage de l'ensemble sans risque de casse. Autrement dit, le rallongement axial des ailettes impliquerait un encombrement plus important de la machine électrique du fait de la nécessité de conserver dans tous les cas un jeu de montage minimal prédéfini. L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une machine électrique tournante apte à fonctionner au moins en mode alternateur pour fournir une puissance à un véhicule automobile, ladite machine électrique tournante comportant:

- un palier arrière,

- un rotor fixé sur un arbre de rotation supporté par au moins le palier arrière,

- un stator entourant ledit rotor, ledit stator comportant un bobinage d'induit comprenant des enroulements constituant des phases de la machine électrique,

- ledit palier arrière comportant des ouvertures latérales de sortie d'un fluide de refroidissement, et au moins une ouverture axiale d'entrée du fluide de refroidissement dans ledit stator,

- un circuit électronique de puissance connecté électriquement aux enroulements de phase dudit stator,

- un dissipateur de chaleur comportant d'une part une première face sur laquelle est monté ledit circuit électronique de puissance, et d'autre part, une seconde face, opposée à ladite première face et orientée vers ledit palier arrière, - un passage d'écoulement de fluide de refroidissement entre une face supérieure dudit palier arrière orienté vers ledit dissipateur de chaleur et la seconde face dudit dissipateur de chaleur,

caractérisée en ce que la seconde face dudit dissipateur de chaleur comporte des ailettes de refroidissement, et en ce qu'au moins une extrémité axiale d'une ailette s'étend axialement au moins jusqu'au niveau de la face supérieure dudit palier arrière.

L'invention permet ainsi, sans augmenter l'encombrement axial de la machine électrique, d'augmenter la surface d'échange par allongement des ailettes et donc d'améliorer le refroidissement de la machine électrique.

Selon une réalisation, l'au moins une ailette comprend une base en vis-à-vis de l'ouverture et comprend son extrémité axiale qui s'étende axialement au moins jusqu'au niveau de la face supérieure dudit palier arrière. Cela permet de pouvoir monter le dissipateur thermique sans risque que les ailettes touchent le palier arrière.

Selon une réalisation, au moins une ailette comprend une portion située à l'intérieur de ladite ouverture axiale dudit palier arrière.

Cela permet d'avoir une portion de l'ailette dans une zone d'accélération du fluide et donc peut permettre un meilleur refroidissement de l'ailette.

Selon une réalisation, ladite ailette s'étend uniquement en vis-à-vis de ladite ouverture axiale dudit palier arrière.

Selon une réalisation, l'au moins une ailette comprend en outre une portion en vis-à-vis de la face supérieure pleine dudit palier arrière. Cela permet d'avoir une plus grande surface d'ailette du dissipateur.

Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comprend en outre au moins une deuxième ailette située en vis-à-vis de ladite ouverture axiale dudit palier arrière et à distance de la face supérieure dudit palier arrière. Cela permet de faciliter le passage de l'air à l'intérieur de la machine électrique. Selon une réalisation de l'exemple du mode de réalisation précédent, ladite ouverture axiale dudit palier arrière est délimitée par un premier et un deuxième bord latéral, ledit premier bord latéral étant plus proche d'un axe dudit rotor que le deuxième bord latéral et par deux autres bords d'extrémité rejoignant ledit premier bord latéral et ledit deuxième bord latéral, et ladite deuxième ailette est une des ailettes la plus proche d'un des deux bords d'extrémité.

Selon une réalisation, ledit palier arrière comporte au moins un déflecteur placé en sortie d'une ouverture latérale dudit palier arrière. Cela permet de diminuer le rebouclage de l'air chaud, c'est-à-dire d'éviter de re-aspirer l'air chaud sorti par les ouvertures radiales du palier.

Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un capot de protection recouvrant ledit circuit électronique de puissance et ledit dissipateur de chaleur. Selon une réalisation, ledit capot de protection comporte au moins une extrémité relevée pour former ledit déflecteur.

Selon une réalisation, ledit capot de protection comporte au moins une ouverture axiale pour le passage du fluide.

Selon une réalisation, ledit dissipateur de chaleur comprend au moins une ouverture principale pour le passage dudit arbre de rotation et au moins une ouverture d'aération permettant à l'air de passer de ladite ouverture axiale dudit capot vers ladite ouverture axiale dudit palier arrière. Cela permet de faire pénétrer dans la machine de l'air frais via l'ouverture axiale du capot, afin de diminuer la température de l'air injecté à l'intérieur de la machine électrique pour en améliorer le refroidissement. Le fait que le fluide traverse une ouverture du dissipateur permet d'étendre la surface d'échange du dissipateur dans le trajet de l'air. Ainsi, le pont dissipateur est mieux refroidi.

Selon une réalisation, ledit dissipateur de chaleur comporte plusieurs ouvertures d'aération. Cela permet de maximiser la surface axiale du dissipateur thermique léchée par le flux d'air axial à l'intérieur de la machine électrique. Selon une réalisation, au moins une ouverture d'aération s'étend sur une portion circulaire autour dudit arbre de rotation. Cela permet d'augmenter la zone de l'échange thermique entre les ouvertures du dissipateur et le canal axial du fluide de refroidissement. Ainsi, une plus grande zone du dissipateur est refroidie par le flux axial.

Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comprend un capteur de position positionné autour dudit arbre de rotation obturant au moins en partie ladite ouverture principale. Cela permet de gagner en encombrement axial en incorporant le capteur dans l'épaisseur du dissipateur tout en ayant un refroidissement du dissipateur.

Selon une réalisation, ledit capteur de position est un résolveur obturant ladite ouverture principale suivant toute une périphérie dudit arbre de rotation. Cela permet de forcer le fluide à passer dans des ouvertures du dissipateur et non entre le dissipateur et l'arbre. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention.

La figure 1 a représente une vue en coupe partielle de la partie arrière d'un alterno-démarreur selon la présente invention; La figure 1 b représente une variante de réalisation de l'alterno-démarreur de la figure 1 a;

La figure 2 représente une vue de côté des ailettes de refroidissement utilisées dans l'alterno-démarreur de la figure 1 a,

Les figures 3a et 3b sont des vues de côté illustrant des variantes de réalisation des ailettes de refroidissement;

La figure 4 représente la partie arrière de l'alterno-démarreur avec la mezzanine sur laquelle est placée l'électronique de puissance; La figure 5 est une vue détaillée du palier arrière faisant apparaître les ouvertures en regard desquelles s'étendent au moins une portion des ailettes de refroidissement;

La figure 6 est une vue en coupe partielle d'une variante de réalisation de l'alterno-démarreur selon la présente invention comportant un dissipateur de chaleur selon l'invention muni d'ouvertures d'aération;

La figure 7 est une vue de dessus du dissipateur de la figure de la figure 6;

Les figures 8a et 8b sont des vues de dessus illustrant des variantes de réalisation du dissipateur de chaleur selon l'invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre.

La figure 1 a représente une vue en coupe de l'arrière d'un alterno-démarreur 100 comportant un dispositif de refroidissement selon l'invention. Cet alterno- démarreur 100 est apte à fonctionner de manière réversible dans un mode générateur pour fournir une puissance à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur pour fournir notamment une puissance mécanique au moteur thermique du véhicule afin d'assurer son démarrage.

L'alterno-démarreur 100 comporte un rotor 1 d'axe X fixé sur un arbre de rotation 2. Ce rotor 1 est entouré d'un stator 3 muni d'un bobinage induit 7. Le stator 3 est supporté par le palier arrière 4 et le palier avant (non représenté), qui maintient l'arbre de rotation 2 par l'intermédiaire de roulements 6.

L'alterno-démarreur 100 comporte un pont redresseur à transistors de puissance MOS, associé à des unités de commande de ces transistors de puissance. Ce pont redresseur et ces unités de commande forment ensemble l'électronique de puissance de l'alterno-démarreur, référencée 15. Cette électronique de puissance 15 est montée sur la face supérieure d'un dissipateur de chaleur 16. Le circuit électronique 15 de puissance pourra être connecté électriquement aux enroulements de phase du stator 3 de manière directe ou par le biais d'un connecteur. Notamment le connecteur (non représenté sur les dessins) peut comprendre des traces pour relier les phases et être surmoulée d'une matière en plastique. Ce connecteur peut être fixé au palier 4 entre le palier 4 et les ailettes 181 du dissipateur de chaleur 16. La face axialement orientée vers le palier arrière 4 de ce dissipateur de chaleur 16 forme une paroi d'un passage d'écoulement 17 du fluide de refroidissement dans l'alterno-démarreur 100. L'autre paroi de ce passage 17 est formée par la face supérieure du palier arrière 4 orientée vers le dissipateur de chaleur 16. Le capot de protection 1 1 comporte des ouvertures 1 1 a situées en regard du passage d'écoulement du fluide 17. De cette façon, le fluide de refroidissement, et en particulier l'air, est introduit dans l'arrière de l'alterno- démarreur 100 latéralement par ces ouvertures 1 1 a puis circule dans le passage 17, sous le dissipateur 16, refroidissant l'électronique de puissance 15. Un ventilateur 5, fixé sur l'arbre de rotation 2 ou sur le rotor 1 , assure l'aspiration de l'air, ou de tout autre fluide, à l'intérieur du passage 17. L'air s'écoule vers des ouvertures axiales 4a du palier 4 avant de s'évacuer par les ouvertures latérales 4b du palier 4.

Le dissipateur 16 comporte, sur sa face inférieure opposée à la face portant l'électronique de puissance, des ailettes de refroidissement 18, 18', 18", 18"', 18"". Dans le mode de réalisation des figures 1 a et 2, les ailettes 18 comportent une première portion 181 s'étendant en regard de la face pleine du palier 4 et une deuxième portion 182 plus longue axialement que la première portion 181 . En l'occurrence, la deuxième portion 182 est située en vis-à-vis d'une ouverture 4a correspondante du palier 4 et s'étend au moins en partie à l'intérieur de l'ouverture 4a. La portion 182 de l'ailette 18 est considérée comme étant "en vis-à-vis" d'une ouverture centrale 4a lorsqu'une droite orthogonale à la face du dissipateur 16 passant par la portion 182 passe également par l'ouverture axiale 4a correspondante. Comme cela est visible sur la figure 2, le dissipateur 16 comporte également des ailettes 18' situées en vis-à-vis de la face pleine du palier 4. Les ailettes 18' présentent une extrémité axiale positionnée à distance de la face du palier 4. Dans le mode de réalisation de la figure 3a, les ailettes 18" sont situées en vis-à-vis de l'ouverture 4a et à distance de la face supérieure du palier 4. Plus précisément, comme cela est mieux visible sur la figure 5, chaque ouverture 4a comporte un premier bord latéral 41 et un deuxième bord latéral 42, le premier bord 41 étant plus proche de l'axe X que le deuxième bord 42. Chaque ouverture 4a comprend en outre deux autres bords d'extrémité 43, 44 rejoignant le premier bord 41 et le deuxième bord 42. Les ailettes 18" correspondent aux ailettes situées le plus proche d'un des deux bords d'extrémité 43, 44 délimitant l'ouverture 4a. Cela permet de faciliter le passage de l'air à l'intérieur de l'ouverture 4a correspondante via les bras 45 séparant deux ouvertures 4a successives.

Dans le mode de réalisation de la figure 3b, les ailettes 18"' situées en vis-à- vis d'une ouverture 4a présentent une extrémité s'étendant axialement sensiblement jusqu'au niveau de la face supérieure du palier arrière 4. Dans le mode de réalisation de la figure 1 b, les ailettes 18"" s'étendent uniquement en vis-à-vis d'une ouverture 4a correspondante, c'est-à-dire que les ailettes 18"" sont dépourvues de la portion 181 s'étendant en vis-à-vis de la face pleine du palier 4 tournée vers le dissipateur 16.

Les ailettes adjacentes forment des canaux radiaux guidant le fluide de refroidissement dans le passage 17. Ainsi, ces canaux comportent une face inférieure formée par le palier arrière 4, les deux cotés en regard de deux ailettes adjacentes ainsi que le fond en U du dissipateur 16 formé entre deux ailettes adjacentes. Avantageusement, les ailettes 18, 18', 18", 18"', 18"" sont disposées radialement dans la direction du flux du fluide se concentrant vers les ouvertures axiales 4a du palier arrière 4. Ainsi, l'électronique de puissance 15 est refroidie par conduction, après refroidissement du dissipateur 16 via les ailettes 18 léchée par le flux d'air suivant leur longueur.

Par ailleurs, le dissipateur 16 comporte une ouverture principale 16a pour autoriser le passage de l'arbre de rotation 2. Dans le mode de réalisation des figures 1 a et 1 b, l'ouverture axiale principale 16a est configurée de telle façon qu'il existe, entre cet arbre de rotation 2 et le dissipateur 16, un espace 22 par lequel l'air peut également circuler. Cet espace 22 forme avec l'espace séparant l'arbre 2 de l'électronique de puissance 15 un canal axial d'écoulement du fluide.

Des ouvertures axiales 1 1 b étant réalisées dans le fond du capot de protection 1 1 , de l'air est alors aspiré par ces ouvertures 1 1 b dans l'alterno- démarreur, puis s'écoule par l'espace 22 le long de l'arbre de rotation 2 pour rejoindre le passage d'écoulement 17 sous le dissipateur 16.

En variante, comme cela est représenté sur la figure 7, un capteur 23 de mesure de la position angulaire de l'arbre de rotation 2 est positionné autour de l'arbre de rotation 2. En l'occurrence, le capteur de position 23 est un résolveur obturant l'ouverture 16a suivant toute la périphérie de l'arbre du rotor 2.

Dans ce cas, le dissipateur 16 comporte des ouvertures d'aération 16b visibles également en figure 6 permettant à l'air de passer des ouvertures axiales 1 1 b du capot 1 1 vers les ouvertures axiales 4a du palier arrière 4. On maximise ainsi la surface axiale du dissipateur 16 léchée par le flux d'air axial à l'intérieur de la machine.

Les ouvertures d'aération 16b pourront présenter une forme circulaire comme cela est représenté sur les figures 7 et 8a. Dans le mode de réalisation de la figure 7, les ouvertures 16b sont alignées les unes par rapport aux autres, tandis que dans le mode de réalisation de la figure 8a les ouvertures 16b sont positionnées circonférentiellement autour de l'ouverture principale 16a.

En variante, les ouvertures 16b pourront présenter une forme allongée de manière à s'étendre sur une portion circulaire autour de l'arbre de rotation 2 (cf. figure 8b).

Dans le mode de réalisation des figures 8a et 8b, le dissipateur 16 comporte une échancrure radiale 16c pour l'intégration d'un capteur de position à effet Hall qui remplace alors le résolveur.

En variante, le dissipateur 16 comporte une seule ouverture d'aération 16b. Ainsi, l'électronique de puissance 15 est refroidie, d'une part, latéralement via le passage 17 et, d'autre part, axialement via le passage 22 ou les ouvertures 16b pour permettre à l'air issu de l'extérieur de rejoindre le passage 17. Cet écoulement d'air axial supplémentaire permet d'obtenir un meilleur refroidissement des parties internes de l'alternateur, telles que les chignons des bobinages induits, par une augmentation du débit d'air global dans la machine.

Le chemin de l'écoulement du fluide de refroidissement à l'arrière de l'alterno-démarreur est représenté par des flèches et des traits pointillés, sur les figures 1 a, 1 b, et 6.

Des déflecteurs 24 sont placés en aval des ouvertures 4b réalisées dans le palier arrière 4. Ces déflecteurs 24 permettent d'éloigner le flux de fluide d'entrée du flux de fluide de sortie afin que le fluide sortant de l'alterno- démarreur ne soit pas réintroduit immédiatement dans le passage 17. On évite ainsi une recirculation importante du fluide chaud provenant de l'intérieur de l'alterno-démarreur.

Ces déflecteurs 24 peuvent d'être fixés sur le palier 4, à proximité des ouvertures 4b. Les déflecteurs 24 peuvent également être réalisés dans le capot de protection 1 1 , par exemple, en relevant les extrémités du capot de protection, comme représenté sur les figures 1 a, 1 b, et 6.

Le capot de protection 1 1 pourra envelopper toute la partie arrière de l'alterno-démarreur, c'est-à-dire qu'il enveloppe l'électronique de puissance 15 montée sur le dissipateur 16 et la totalité du palier arrière 4. Dans ce cas, le capot de protection 1 1 peut comporter des ouvertures situées en aval des ouvertures latérales 4b du palier arrière 4 et destinées à laisser s'évacuer le fluide hors de l'alterno-démarreur.

Le dissipateur 16 est fixé sur le palier arrière 4 au moyen de tirants d'assemblage 20. Selon un mode de réalisation, les tirants 20 sont les mêmes que ceux utilisés pour fixer habituellement le palier avec le circuit magnétique du stator 3. Comme cela est bien visible en figure 4, le palier arrière 4 avec le dissipateur 16 forment une mezzanine au-dessus du palier 4. La mezzanine est fixée sur le palier 4 au moyen des plots de fixation 21 . Ces plots de fixation 21 sont au moins au nombre de deux. Ils sont répartis entre les ailettes 18. De plus, la machine électrique peut comporter une couche de matériau électriquement isolant, placée entre la face inférieure du dissipateur 16 et le palier arrière 4, pour éviter tout risque de contact électrique entre ces deux éléments. Avantageusement, cette couche de matériaux isolant est fixée sur la face externe du palier arrière 4 et comporte également des ouvertures de passage d'air en regard avec celles du palier arrière 4 pour le passage du fluide de refroidissement.

Le dispositif de refroidissement pour alterno-démarreur qui vient d'être décrit peut de façon générale être mis en œuvre dans tout type d'alternateur, comportant notamment un rotor à griffes ou à pôles saillants.