Brevet FR2496755A1 — publié le 19820625

La présente invention est relative aux machines à refroidissement par àir. Dans la technique antérieure, les machines telles que les générateurs électriques d'automobiles entraînés par le moteur ont été pourvues de ventilateurs pour aspirer de l'air de refroidissement à travers le carter du générateur en vue de refroidir les éléments situés dans ce carter. Par exemple, le brevet US 3 538 362 de la Demanderesse dé- crit une machine à refroidissement par air du type compre- nant un rotor agencé pour être soumis à un courant axial d'air de refroidissement qui s'évacue à l'intérieur d'un cercle de base d'une première extrémité d'un carter à l'intérieur duquel est monté le rotor, un ventilateur rotatif adjacent à cette extrémité du carter et destiné à aspirer de l'air I5 de refroidissement depuis l'intérieur du cercle de base et à dissiper ainsi de la chaleur engendrée par le fonctionne- ment de la machine, et un arbre rotatif s'étendant à l'inté- rieur du carter et destiné à entraîner le rotor, le venti- lateur étant monté sur l'arbre à l'extérieur du carter et comportant une série de pales. Dans de telles machines à refroidissement par air de l'art antérieur, les constructions des ventilateurs fournissent un refroidissement adéquat pour assurer une durée de vie prolongée du générateur, mais les bruits engen- drés par le ventilateur sont souvent élevés, et il arrive souvent que le rendement du ventilateur ne corresponde pas à la valeur attendue. L'invention a pour but de fournir une machine à refroidissement par air du type précité qui élimine les inconvénients des constructions de l'art antérieur. A cet effet, l'invention a pour objet une machine à refroidissement par air du type précité, caractérisée en ce que les pales du ventilateur s'étendent à partir du cercle de base avec une composante dirigée radialement vers l'extérieur, afin de centrifuger l'air de refroidissement dans une direction générale orientée radialement vers l'ex- térieur, et en ce que des premier et second organes annulairesd'orientation axiale partent respectivement du carter et du ventilateur en se recouvrant mutuellement, à l'extérieur du cercle de base et à l'intérieur de l'extré- mité radialement extérieure des pales, avec un jeu qui leur permet de tourner l'un par rapport à l'autre et qui définit entre ces deux organes un passage d'air étranglé de façon à empêcher à peu près totalement le recyclage dans la région d'admission du ventilateur de l'air refoulé par celui-ci. Dans une telle machine à refroidissement par air suivant l'invention, un joint à air en labyrinthe est formé entre le ventilateur et le carter, et ce joint empêche effi- cacement le retour dans l'admission du ventilateur du cou- rant d'air évacué par celui-ci, de sorte que le rendement du ventilateur est amélioré et que la puissance d'entrée I5 nécessaire pour entraîner le ventilateur est réduite, ainsi que les bruits engendrés par le ventilateur. En outre, la fabrication est facilitée, du fait que le joint aàair en labyrinthe prévu par l'invention autorise une variation importante d'écartement axial entre le carter et le venti- lateur tout en fournissant un joint efficace qui a pour conséquence que l'air de refroidissement s'écoule princi- palement à travers le carter de la machine. Grâce à l'in- vention, de plus, le voilage du ventilateur par suite des variations thermiques cycliques est réduit par rapport aux constructions en matière plastique de la technique anté- rieure. Dans un mode de réalisation préféré de la machine à refroidissement par air suivant l'invention, le ventila- teur comprend un assemblage qui comporte une première pièce à plusieurs pales moulée en matière plastique, à laquelle est fixée une plaque défiectrice en acier qui constitue la deuxième pièce. La pièce en matière plastique est de préfé- rence fixée à la plaque déflectrice annulaire métallique par refoulement à chaud de pattes en matière plastique qui. traversent des fentes correspondantes de la plaque déflec- trice. La plaque déflectrice a un diamètre légèrement supé- rieur à celui de la pièce en matière plastique pour assurer la protection contre les objets étrangers qui pourraient autrement venir au contact des pales pendant le fonctionne- ment du ventilateur. La pièce en matière plastique présente une bague de joint à air en saillie qui s'ajuste à rotation à l'intérieur d'une bague de joint à air de plus grand diamètre prévue sur la pièce moulée de la machine, lorsque le ventilateur est monté sur cette machine, pour former un passage tortueux qui constitue un nouveau joint à air per- fectionné du type labyrinthe. Ces bagues de joint à air I0 possèdent des diamètres contrôlés pour assurer un ajuste- ment approprié, de sorte que le jeu radial résultant entre elles peut être maintenu sur une large gamme d'espacements axiaux entre l'extrémité du carter de la machine et le venti- lateur, afin d'améliorer la qualité des machines produites I5 en grande quantité. Grâce au jeu qui forme un étranglement entre les deux bagues associées en définissant un joint à air en labyrinthe qui empêche à peu près totalement le re- cyclage de l'air dans- la région d'admission du ventilateur, cette construction du ventilateur maintient efficacement un courant d'air à peu près constant sur une large gamme d'espacements axiaux, et, du fait que le ventilateur peut pomper de plus grandes quantités d'air directement à tra- vers le carter de la machine, le refroidissement et le ren- dement sont améliorés par rapport aux ventilateurs stan- r dards qui ne comportent pas un joint comparable. D'autres caractéristiques et avantages de l'inven- tion apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés, sur lesquels: la Fig. 1 est une vue partielle, avec coupe par- tielle, d'un générateur électrique monté dans le comparti- ment du moteur d'un véhicule, cette vue illustrant un mode de réalisation préféré d'une machine à refroidissement par air suivant l'invention; la Fig. 2 est une vue en bout, avec arrachement, du générateur représenté à la Fig. 1, cette vue étant prise suivant la ligne 2-2 de la Fig. 1; et la Fig. 3 est un graphique qui illustre le fonc- tionnement d'une machine à refroidissement par air suivant l'invention. Comme représenté plus particulièrement à la Fig. 1, deux châssis d'extrémité 20 et 22 forment ensemble le carter d'un générateur 24 de courant alternatif rectifié par diode qui est monté sur un moteur disposé à l'intérieur du compartiment du moteur d'un véhicule automobile, au moyen d'un support 26 et d'une vis de montage 28. Les châssis d'extrémité 20 IO et 22 portent un stator 30 qui comprend le noyau magnétique habituel 32 constitué de plaques d'acier empilées compor- tant des fentes qui reçoivent un bobinage classique 36 de stator triphasé. Certaines de ces plaques présentent un diamètre agrandi 38 pour leur serrage entre les châssis I5 d'extrémité 20 et 22, lesquels sont tirés l'un vers l'au- tre par des vis 40 traversant des orifices du châssis d'ex- trémité 20 et vissées dans le châssis d'extrémité 22. Les châssis d'extrémité 20 et 22 portent des rou- lements 42 et 43, respectivement, qui supportent à rotation un arbre central 44 faisant partie d'un rotor 45. Le roule- ment 43 est un roulement à billes dont la bague intérieure porte contre un épaulement 46 de l'arbre 44. Outre l'arbre 44, le rotor comprend des éléments polaires 50 et 52 entre lesquels est disposé un noyau 54 en matériau magnétique. Ces éléments polaires possèdent des doigts entrelacés, com- me représenté et décrit dans les brevets US 3 252 025 et 3 538 362. Le rotor 45 comprend également un bobinage in- ducteur 58 enroulé sur une bobine 60 qui est positionnée autour du noyau 54 et entre les éléments polaires 50 et 52. Les extrémités opposées du bobinage inducteur 58 sont reliées à des bagues collectrices respectives, non repré- sentées, comme celles décrites dans le brevet US 3 538 362 précité. Comme représenté sur le dessin, l'arbre 44 fait saillie axialement à l'extérieur du châssis d'extrémité 22 pour porter un ventilateur annulaire 62 qui en est soli- daire en rotation. Ce ventilateur comporte deux éléments principaux, dont le premier est constitué par un couvercle soufflant annulaire 64 réalisé par moulage ou par une autre méthode en une matière plastique du type polyamide chargée par des fibres (Nylon), cet élément comportant une série circulaire de pales incurvées 66 venues de matière auxquel- les est fixé le second élément, à savoir un déflecteur en acier 68 en forme de soucoupe. Les pales 66 s'étendent avec une composante dirigée radialement vers l'extérieur pour former une soufflante à écoulement radial. Le couvercle 64 IO comporte une paroi cylindrique 70 en saillie axiale vers l'intérieur, vers la face du châssis d'extrémité 22. La surface radialement intérieure 72 de la paroi cylindrique correspond essentiellement à un cercle de base qui défi- nit la limite extérieure de l'admission d'air du ventila- I5 teur 62. La paroi cylindrique 70, qui fait partie du ven- tilateur 62 et tourne avec celui-ci, s'ajuste avec recou- vrement et avec un faible jeu à l'intérieur d'une paroi cylindrique fixe 74 en saillie sur le châssis d'extrémité 22. Un passage d'air tortueux 76 est ainsi défini entre ces deux parois cylindriques (organes annulaires) 70 et 74, en formant un joint à air en labyrinthe qui est important vis-à-vis du fonctionnement du ventilateur, comme on l'ex- pliquera plus en détail ci-dessous. Comme on le voit bien à la Fig. 2, le déflecteur 68 du ventilateur présente une série de fentes incurvées 78 conjuguées de pattes incurvées 80 respectives venues de matière avec les pales du ventilateur et en saillie sur les bords axialement extérieurs de ces pales, ces pattes 80 traversant les fentes 78. Par refoulement à chaud des par- ties en saillie de ces pattes, le déflecteur 68 et le cou- vercle 64 sont fixés l'un à l'autre pour former le venti- lateur 62. Ce ventilateur est positionné axialement par rapport au châssis d'extrémité 22 au moyen d'une entretoise cylindrique 82 montée sur l'extrémité en saillie de l'arbre 44 et butant, d'une part, à son extrémité axialement inté- rieure, contre la bague intérieure du roulement 43, et, d'autre part, à son extrémité axialement extérieure, contre la surface intérieure du déflecteur 68. Une poulie 84 entraînée en rotation par le moteur du véhicule au moyen d'une courroie 86 en V est montée sur l'arbre 44, à l'extérieur par rapport au ventilateur 62. Un écrou 88 vissé sur l'extrémité de l'arbre 44 applique une charge axiale de compression à la poulie 84, au venti- lateur 62, à l'entretoise cylindrique 82 et au roulement 43, pressant ainsi la bague intérieure du roulement 43 contre l'épaulement 46,de sorte que l'entraJnement en rotation de IO la poulie par la courroie 86 assure une rotation correspon- dante de l'arbre 44, du rotor 45 et du ventilateur 62. Lorsqu'il est entraîné en rotation, le rotor engen- dre un courant électrique, et la chaleur produite lors de l'entraînement du générateur est dissipée par un courant I5 d'air de refroidissement aspiré à travers des ouvertures 92 d'entrée d'air prévues dans le châssis d'extrémité 20, et traversant le rotor et les autres éléments du générateur ainsi que des ouvertures 94 d'évacuation prévues dans la paroi d'extrémité du châssis d'extrémité 22, ceci sous l'effet du ventilateur à écoulement radial, comme indiqué par les flèches d'écoulement A. Le ventilateur étant entraîné par la courroie en V 86, et l'air pénétrant dans l'admission du ventilateur à vitesse élevée, une basse pression s'établit dans la région d'admission du ventilateur. Une partie de l'air évacuée par le ventilateur, comme représenté par la flèche R, se recycle dans cette région à basse pression. Cependant, avec le joint en labyrinthe défini par la coopération des parois cylindriques 70 et 74, qui se chevauchent, du venti- lateur 62 et du châssis d'extrémité 22, joint qui est situé à l'intérieur par rapport à l'extrémité radialement exté- rieure des pales 66 du ventilateur, seules des quantités très limitées d'air de recyclage peuvent pénétrer dans le joint en labyrinthe et le traverser. Ainsi, le ventilateur n'a pas à repomper une quantité notable d'air de recyclage venant d'être évacué par le ventilateur, et, par consé- quent, le ventilateur peut aspirer une quantité importante d'air à travers le châssis d'extrémité pour refroidir le rotor et d'autres éléments de la machine. Ceci accroît de façon importante le rendement de pompage du ventilateur et permet d'assurer un refroidissement plus efficace du rotor et des autres éléments du générateur dans lesquels est engendrée une quantité de chaleur excessive. De plus, du fait que seules des quantités très limitées d'air de recyclage pénètrent dans le ventilateur, il se produit des turbulencesréduiteslorsque la couche limi- te interne d'air se sépare de la surface intérieure de la paroi cylindrique 70 dans la région d'admission du ventila- teur. Les pales du ventilateur rencontrent donc des turbu- bulenès réduites,et il en résulte une réduction efficace du bruit engendré par la rencontre des pales et des turbulences. Les courbes de laFig.3., dans lesquelles la puis- sance nécessaire est portée en ordonnées en fonction de la vitesse de rotation, permettent de comparer la demande de puissance P d'un ventilateur standard de l'art antérieur avec celle correspondant au ventilateur d'une machine à refroidissement par air suivant l'invention. La courbe P correspondant au ventilateur de la technique antérieure indique une puissance requise nettement supérieure à celle correspondant à une machine à refroidissement par air suivant l'invention (courbe I), machine pourvue de son nouveau joint à air en labyrinthe perfectionné. 8. - REVENDICATIONS - 1.- machine à refroidissement par air, du type comprenant un rotor agencé pour être soumis à un courant axial d'air de refroidissement qui s'évacue à l'intérieur d'un cercle de base d'une première extrànité d'un carter à 1'inté- rieur duquel est monté le rotor, un ventilateur rotatif adjacent à cette extrémité du carter et destiné à aspirer de l'air de refroidissement depuis l'intérieur du cercle de base et à dissiper ainsi de la chaleur engendrée par le fonctionnement de la machine, et un arbre rotatif s'éten- I0 dant à l'intérieur du carter et destiné à entraîner le rotor, le ventilateur étant monté sur l'arbre à l'extérieur du carter et comportant une série de pales, caractérisée en ce que les pales (66) du ventilateur s'étendent à partir du cercle de base (72) avec une composante dirigée radiale- I5 ment vers l'extérieur, afin de centrifuger l'air de refroi- dissement dans une direction générale orientée radialement vers l'extérieur, et en ce que des premier et second orga- nes annulaires (74, 70) d'orientation axiale partent res- pectivement du carter (22) et du ventilateur (62) en se recouvrant mutuellement, à l'extérieur du cercle de base et à l'intérieur de l'extrémité radialement extérieure des pales, avec un jeu qui leur permet de tourner l'un par rap- port à l'autre et qui définit entre ces deux organes un passage d'air étranglé (76) de façon à empêcher à peu près totalement le recyclage dans la région d'admission du ven- tilateur de l'air refoulé par celui-ci. 2.- Machine suivant la revendication 1, caracté- risée en ce que le carter (22) comprend des ouvertures (94) de scrtie d'air à ladite première extrémité de ce carter, en ce que des ouvertures (92) d'entrée d'air sont prévues dans une partie (20) du carter située à l'autre extrémité de la machine, et en ce que le ventilateur (62) est monté sur l'arbre (44) de façon que les pales (66) de ce ventilateur soient situées au voisinage de ladite première extrémité du carter (22), des première et seconde parois cylindriques en saillie (74, 70) constituant les organes annulaires qui se recouvrent pour définir un joint à labyrinthe qui empêche efficacement le recyclage de l'air dans la région d'admis- sion du ventilateur en provenance d'un espace situé entre le carter et le ventilateur.