Brevet FR2497883A1 — publié le 19820716

La présente invention concerne un ventilateur élec- trique axiaL de type plat, c'est-à-dire dans lequel la dimen- sion axialLe est sensiblement plus réduite que la dimension transversale. De tels ventilateurs sont souvent utilisés pour la ventilation et le refroidissement de circuits électriques et électroniques accumulés que l'on trouve notamment dans les ordinateurs. Ces ventilateurs comprennent un boîtier prévu pour être fixé sur une cloison d'un meuble contenant les circuits. Ceboîtier présente une face d'entrée d'air et une face de sortie d'air généralement carrée pour s'adapter à la façade du meuble. Entre les deux faces du boîtier est ménagée une conduite cylindrique renfermant une hélice calée sur un moteur contenu dans un carter fixé au boîtier par un certain nombre de bras. Sur l'une au moins des faces du boîtier, la section de passage de l'air est supérieure à la section o se situe l'hélice. Le raccordement des sections différentes a donné lieu à des études aérodynamiques ayant en vue un rendement énergé- tique optimal. Toutefois, un nouveau problème est apparu quand il s'est agit d'équiper des ordinateurs de bureau. En effet, une nouvelle sujétion s'est présentée sous la forme de l'exi- gence d'un fonctionnement relativement silencieux, ce résultat n'étant pas obtenu en général avec les ventilateurs connus. La présente invention vise à réaliser un ventilateur du genre visé dont le fonctionnement s'accompagne d'un niveau de bruit notablement diminué et ceci quel que soit le sens de parcours de l'air relativement aux bras de fixation du moteur. Suivant l'invention, le ventilateur électrique axial de type plat, comprend un boîtier prévu pour fixation sur une cloison, présentant une face d'entrée et une face de sortie de l'air et comportant une conduite ayant une partie cylindrique pour coopérer avec une hélice montée sur un ar- bre d'un moteur contenu dans un carter fixé au bottier par un certain nombre de bras. La conduite présente sur au moins l'une des faces du bottier une section supérieure à celle de sa partie cylindrique de coopération avec l'hélice, et le ventilateur est caractérisé en ce que la conduite présente, sur au moins une partie de sa périphérie, entre sa partie cylindrique et la face précitée du boîtier, une portion de raccordement à profil en S dans un plan axial, les extrémi- tés de l'S étant sensiblement parallèles à l'axe de rota- tion de l'hélice, et la conduite s'élargissant progressive- ment de sa partie cylindrique de coopération avec l'hélice à la face précitée du bottier. On a constaté qu'une telle portion de raccordement diminuait notablement le bruit, que cette portion soit pré- vue à l'aspiration ou au refoulement, ou encore sur les deux faces. Suivant une réalisation préférée de l'invention, la portion de raccordement aboutit à la partie cylindrique de la conduite sensiblement au niveau des bords des pales de l'hélice situés le plus près de la face précitée du boîtier, la section en S présente un point d'inflexion situé sensi- blement à mi-longueur axiale de la portion de raccordement, et les bras portant le carter du moteur sont approximative- ment tangents au plan contenant la plus grande section de la portion de raccordement et s'étendent vers l'intérieur du bottier sur environ les trois quarts de la longueur axiale de la portion de raccordement. Dans ces conditions, au moins si la face considérée du boîtier est la face d'entrée de l'air, l'air frappe les bras d'une part et les bords d'attaque des pales d'hélice d'autre part dans une zone o son accélération est sensible- ment nulle, ce qui produit un effet atténuateur du bruit. Suivant une réalisation avantageuse de l'invention, les bras portant le carter du moteur ont une section droite décroissante dans le sens allant de la face précitée du bol- tier vers l'hélice, et le point d'inflexion de la section en S est situé approximativement aux deux tiers de la di- mension des bras suivant l'axe du ventilateur à partir du plan de section maximale de la portion de raccordement. Ce point des bras est celui o les filets d'air ont tendance à se décoller de la surface des bras. Le fait de le placer au droit du point d'inflexion,o l'accélération est maximale, tend à empêcher cette tendance au décollement. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description détaillée qui va sui- vre. Aux dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs: la figure 1 est une vue en coupe axiale, suivant I-I de la figure 2, d'un ventilateur conforme à l'invention, o la portion de raccordement en S est située du côté de l'aspiration; la figure 2 est une vue suivant II-Il de la fi- gure i 25. les figures 3 et 4 sont des vues en coupe d'un bras, suivant III-III de la figure 2, dans deux variantes possibles; la figure 5 est une partie de la figure 1 sché- matisée montrant les positions respectives d'un bras, de l'hélice et de la portion de raccordement; les figures 6 et 7 sont des vues analogues aux figures 1 et 2, mais avec la portion de raccordement située du côté du refoulement; les figures 8 et- 9 sont des vues partielles en coupe axiale montrant deux variantes de disposition de l'hélice dans le boîtier les figures 10 et il sont des vues de face de ventilateurs dans des réalisations de faible encombrement; les figures 12 et 13 sont des diagrammes expéri- mentaux montrant l'atténuation du bruit obtenue grâce à l'invention. En référence aux figures 1 et 2, le ventilateur com- prend un boîtier 1 muni, du côté de l'aspiration, d'un cer- tain nombre de bras 2 auxquels est fixé un carter 3 conte- nant un moteur composé d'un stator 4 et d'un rotor 5. Le stator 4 est fixé au carter 3, tandis que le rotor 5 est monté rotatif sur un arbre 6 fixé au même carter. Une hé- lice 7 est fixée sur le rotor 5. Les bras 2 sont profilés et présentent une section droite décroissante dans le sens allant de la face Il vers l'hélice 7. Cette section est ovoïde (figure 3) ou trian- gulaire (figure 4), la partie la plus large étant située du côté de l'aspiration. Le boîtier 1 est sensiblement carré extérieurement et comporte, à ses quatre angles, des trous 8 pour fixation dans une cloison. Intérieurement, il constitue une conduite qui est cylindrique dans sa partie 9 coopérant avec l'hé- lice 7. Le bottier 1 s'ouvre à l'aspiration par sa face d'entrée 11 dans le plan de laquelle la section 12 de la conduite est supérieure à la section de la partie cylindri- que 9 et tend à se rapprocher de la forme extérieure carrée du boîtier. La section de passage 12 est raccordée à la section de passage cylindrique 9 par une portion de raccordement 13 qu'on va maintenant décrire en détail en référence à la fi- gure 5, et qui présente un profil en S dans le plan axial des figures 1 et 5. Les extrémités au profil en S sont parallèles à l'axe 14 de rotation de l'hélice 7 pour se raccorder d'une part à la section d'entrée 12 parallèlement à la direction A des filets d'air et d'autre part à la partie cylindrique 9. Le raccordement du profil 13 avec la partie cylindrique 9 s'effectue sensiblement au niveau des bords d'attaque 15 des pales de l'hélice. Les deux rayons de courbure R du profil étant égaux, ce profil présente un point d'inflexion 16 situé au milieu de la longueur axiale X de la portion de raccordement. Les bras 2 sont sensiblement tangents au plan de la face d'entrée 11 qui contient la plus grande section 12 de la portion de raccordement, et ils s'étendent vers l'in- térieur du boîtier sur environ les trois quarts de la lon- gueur axiale de la portion de raccordement 13 (L = 3 X). Il résulte de ce qui précède que le point d'inflexion 16 se trouve aux deux tiers de la dimension L du bras 2 sui- vant l'axe du ventilateur à partir du plan 11 de section maximale de la portion de raccordement (xi = 2 L). Enfin, les bras 2 ne sont pas radiaux, mais décen- trés, de manière qu'ils fassent toujours un angle 0 non nul avec les bords des pales d'hélice (figure 2) quand ces bords passent devant eux. Quand le ventilateur fonctionne, l'air circulant suivant la flèche A vient d'abord frapper les bras 2, l'im- pact se situant dans la face d'entrée 11. Dans cette région, le profil de la portion de raccordement 13 est parallèle à l'axe 14 du ventilateur de sorte que la vitesse de l'air y est constante et son accélération nulle. Il en est de même dans la région de l'impact de l'air sur les bords d'attaque 15 de l'hélice. Cette accélération nulle de l'air dans les régions d'impact procure un abaissement important du niveau de bruit. Cet abaissement est encore améliorée par la disposition oblique des bras 2 par rapport aux bords de l'hélice (figure En outre, les filets d'air qui longent le bras 2 ont tendance à décoller du profil du bras quand ils ont parcouru environ lus deux tiers de ce profil (distance xi, figure 5). Or, cette région de décollement se situe sensiblement au droit du point d'inflexion 16 du profil de la portion de raccordement, c'est-à-dire dans la région o l'accélération est maximale. Et cette accélération a pour effet de diminuer la tendance au décollement, ce qui améliore le rendement aérodynamique du ventilateur. Les améliorations acoustiques obtenues sont mises en évidence sur le diagramme expérimental de la figure 12, o l'on a reporté les niveaux sonores respectifs (en déci- bels), en fonction de la fréquence en hertz,obtenus avec trois réalisations différentes de la portion de raccordement rappelées par des figurines, à savoir: 1. en S conformément à l'invention (trait plein); 2. à 900 (trait pointillé); 3. à pente constante (trait mixte). On a représenté sur l'échelle de droite le niveau acoustique global (en décibels) intégré sur l'ensemble du spectre des fréquences. On peut constater que le niveau de bruit est consi- dérablement atténué, en particulier sur les fréquences moyennes audibles, de 500 à 2 000 Hz. Ainsi, on gagne environ 4dB autour de 500 Hz et autour de 1000 Hz, et 7 dB autour de 2000 Hz. Les ventilateurs du type qui vient d'être décrit servent généralement à souffler de l'air frais dans une enceinte que l'on veut refroidir, et les bras 2 servent d'appui à un filtre situé en amont du ventilateur. Si un ventilateur est destiné à extraire de l'air chaud d'une enceinte à refroidir, il est intéressant d'u- tiliser les bras comme protège-doigts, en vue d'éviter les accidents. Cette dernière disposition nécessite de placer les bras au niveau de la face de sortie, suivant la réalisation représentée aux figures 6 et 7. En première approximation, on pourrait considérer que l'on a simplement retourné (gauche pour droite) la figure 1, ou encore qu'on a inversé la flèche A. C'est pourquoi on a reporté sur les figures 6 et 7 les numéros de référence des figures 1 et 2 augmentés de 100. Il n'en est toutefois pas exactement ainsi, car un tel retourne- ment ne doit pas affecter l'hélice, dont les pales doivent demeurer de forme inchangée vis-à-vis de l'air en mouvement. Une des conséquences de ce retournement est que la partion le raccordement 113 à profil en S se trouve mainte- nant au voisinage de la face de sortie 111. Quant au point d'impact de l'air sur les bras 102, il se trouve dans la région du point d'inflexion de la portion de raccordement 113, c'est-à-dire dans la région d'accélération maximale de l'air. Malgré ces changements importants dans l'écoulement, on observe, de façon surprenante, des résultats encore très favorables sur le niveau sonore, comme le montre le diagramme de la figure 13. L'abaissement est cependant moins important et plus limité dans le spectre, mais se situant dans la par- tie centrale de la bande audible. Dans tout le spectre, le niveau sonore est au plus égal à celui obtenu avec les dis- positifs connus. En particulier, on observe un abaissement de 5 à 6 dB autour de 500 et de 1000 Hz. En fonction de ces résultats, l'invention prévoit avantageusement de réaliser deux portions de raccordement 213 et 213a (figure 8) situées l'une à l'aspiration et l'autre au refoulement, respectivement sur les faces 211 et 21la du boîtier 201. Dans toutes les réalisations décrites jusqu'ici, le bord périphérique de l'hélice se trouve en entier situé au droit de la partie cylindrique 9, 109, 209 de la conduite formée par le boitier. Suivant une variante de réalisation (figure 9), l'invention prévoit de faire saillir une partie de l'hélice 307 en dehors de cette partie cylindrique 309, du côté de la face de sortie 311. Cette disposition permet de bénéficier de la force centrifuge pour améliorer l'écou- lement dans les angles du boîtier. L'utilisation d'une portion de raccordement à pro- fil en S produit son effet optimal dans le cas d'un boîtier 401 entièrement cylindrique (figure 10) muni seulement de quatre pattes de fixation 408. La portion de raccordement 413 s'étend alors sur toute la périphérie du boîtier. Si l'on doit juxtaposer plusieurs ventilateurs sous un encombrement réduit, le boîtier cylindrique de la réali- sation précédente est entamé par des méplats 517 (figure 10) qui sont approximativement tangents à la partie cylindrique 509 de la conduite. Dans ce cas, la portion de raccordement 513 à profil en S se limite à deux zones séparées situées dans les régions non entamées. Dans toutes les variantes proposées, l'abaissement du niveau sonore reste du même ordre que ce qui a été dit plus haut. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits mais couvre toute variante technologique à la portée de l'homme de l'art. R E V E N D I C A T I O N S 1. Ventilateur électrique axial de type plat, com- prenant un boîtier (1) prévu pour fixation sur une cloison, présentant une face d'entrée (11) et une face de sortie de l'air et comportant une conduite ayant une partie cylindri- que (9) pour coopérer avec une hélice (7) montée sur un arbre (6) d'un moteur (4, 5) contenu dans un carter (3) fixé au boîtier par un certain nombre de bras (2), la con- duite présentant sur au moins l'une (11) des faces du bol- tier une section (12) supérieure à celle de sa partie cylin- drique de coopération avec l'hélice, caractérisé en ce que la conduite présente, sur au moins une partie de sa périphé- rie, entre sa partie cylindrique (9) et la face (11) préci- tée du boîtier, une portion de raccordement (13) à profil en S dans un plan axial, les extrémités de l'S étant sensi- blement parallèles à l'axe de rotation (14) de l'hélice, et la conduite s'élargissant progressivement de sa partie cy- lindrique (9) de coopération avec l'hélice (7) à la face (11) précitée du bottier. 2. Ventilateur conforme à la revendication 1, carac- térisé en ce que la portion de raccordement (13) aboutit à la partie cylindrique de la conduite sensiblement au niveau des bords des pales de l'hélice (7) situés les plus près de la face (11) précitée au boîtier. 3. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les bras (2) portant le carter du moteur sont approximativement tangents au plan contenant la plus grande section (12) de la portion de raccordement (13). 4. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le profil en S de la portion de raccordement (13) présente un point d'inflexion (16) situé sensiblement à mi-longueur axiale de la portion de raccordement (13). 5. Ventilateur conforme à l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que les bras (2) s'étendent vers l'intérieur du boîtier (1) sur environ les trois quarts de la longueur axiale (X) de la portion de raccordement (13). 6. Ventilateur conforme à l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les bras (2) portant le carter (3) du moteur ont une section droite décroissante dans le sens allant de la face (11) précitée du boîtier vers l'hé- lice (7). 7. Ventilateur conforme à la revendication 6, carac- térisé en ce que les bras (2) ont une section triangulaire. 8. Ventilateur conforme à la revendication 6, carac- térisé en ce que les bras (2) ont une section droite ovoide. 9. Ventilateur conforme à l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le point d'inflexion (16) du profil en S de la portion de raccordement (13) est situé approximativement aux deux tiers de la dimension (L) des bras (2) suivant l'axe (14) du ventilateur à partir du plan de section maximale (12) de la portion de raccordement (13). 10. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la face du boîtier o aboutit la portion de raccordement (13) est la face (11) d'entrée de l'air. 11. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la face du boîtier (101) o aboutit la portion de raccordement (113) est la face (111) de sortie de l'air. - 12. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les deux faces (211, 211a) du boîtier (201) sont raccordées à la partie cylindrique (209) de coopération avec l'hélice (207) par une portion de rac- cordement (213, 213a) à section en S. 13. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que les bras (2) portant le car- ter (3) du moteur sont orientés de manière telle qu'un bord quelconque d'une pale de l'hélice (7) soit transversal à un bras (2) quand ce bord passe devant ce bras. 14. Ventilateur conforme à l'une des revendications Il ou 12, caractérisé en ce que l'hélice (307) est montée avec un décalage axial vers le refoulement (311), de ma- nière que le bord de fuite des pales se situe entre l'en- trée et la sortie de la portion de raccordement (313) située du côté du refoulement.