Brevet FR2501933A1 — publié le 19820917

La présente invention est relative à une unité de ventilation, notamment pour un moteur à combustion interne, un climatiseur ou analogue, comportant une hélice de ventilation associée à une buse coaxiale de canalisation de l'air véhiculé par cette hélice, ainsi qu'un moteur électrique d' entraînement. Dans les agencements classiques de ce genre, la buse a plusieurs roles dont le principal est naturellement de guider le flux d'air entraîné par l'hélice. Pour obtenir un bon rendement aérodynamique, le jeu entre l'hélice et la buse doit être le plus réduit possible pour eviter les perturbations causées par la centrifugation de l'air. La buse sert également à supporter le moteur d'entraînement et à relier l'ensemble à un support qui, lorsque l'unité de ventilation est utilisée dans un véhicule automobile, par exemple, peut être la carrosserie du compartiment moteur de ce dernier. Dans cette même application, il est en outre utile que la longueur axiale de la buse soit aussi petite que possible pour permettre une implantation facile dans le compartiment moteur. En effet, l'unité de ventilation est disposée en général entre le radiateur et le moteur à combustion interne, toute diminution de la longueur axiale de l'unité de ventilation permettant de réduire d'autant la longueur du véhicule et d'apporter ainsi une économie appréciable. Par conséquent, pour obtenir une réduction de cette longueur,il a déjà été proposé de monter le moteur d'entraînement de telle manière qu'il s'inscrive dans le volume cylindrique délimité par la buse. Cependant, cet agencement présente l'inconvénient de diminuer la longueur radiale des pales de l'hélice étant donné que le moteur doit être logé au centre de celui-ci.En outre, le moteur doit être construit spécialement pour occuper un volume axial aussi petit que possible (moteur dit"plat"). Or, un tel moteur doit être fabriqué avec une précision élevée tout au moins en ce qui concerne les dimensions axia les des pièces empilées les unes sur les autres dans le sens axial. I1 est en outre à noter que dans cette disposition connue, le gain en longeur axiale est acquis au dépend de la perméabilité de l'unite de ventilation, la perméabilité désignant la faculté qu'à cette unité d'être traversée par le flux d'air lorsque le véhicule se déplace et que l'hélice ne tourne pas. or, pour une hélice de dimensions données, là perméabilité est directement liée à l'aire annulaire balayéepar les pales de l'hélice. En d'autres termes, la seconde solution connue nécessite, pour une perméabilité donnee un diamètre relati- vement grand de l'unité, par comparaison à la perméabilité que l'on peut obtenir lorsque le moteur est disposé dans l'axe du ventilateur et entre l'ensemble formé par la buse et l'hélice et le moteur à combustion interne. L'invention a pour but de fournir une unité de ventilation qui pour une perméabilité élevée présente néanmoins un encombrement axial ne dépassant pas celui de la buse. Elle a donc pour ObJet une unité de ventilation du type défini ci-dessus, caractériseeen ce que ladite buse est fixee aux extrémités des pales de l'hélice en étant solidaire en rotation de cette dernière et en ce que cette buse constitue elle-même le rotor du moteur électrique dont le stator entoure coaxialement au moins une partie de ladite buse, ce stator étant solidaire d'un arbre fixe autour duquel tourne ladite hélice. Il résulte de ces caractéristiques que le moteur d'entraînement de 1 l'unité de ventilation est par- faitement integré dans la construction de la buse et de son dispositif de support, ce qui permet d'une part de limiter l'encombrement axial à celui de la buse et d'autre part d'obtenir une perméabilité maximale, le diamètre enter de la buse étant, par construction, exploité pour la circulation de l'air puisque les extrémités des pales sont fixées sur la surface périphérique intérieure de la buse. En outre, le rendement aérodyramique de cette unité est très favorable puisqu'il ne subsiste aucun jeu entre les pales et la buse. L'invention est exposée ci-après plus en détail à l'aide des dessins représentant seulement plusieurs modes d'exécution, sur lesquels - la Fig.1 est une vue de face d'une unité de ventilation réalisée suivant un premier mode de réalisation de l'invention; - la Fig.2 est une vue prise selon la ligne 2-2 de la Fig.l; - la Fig.3 montre une vue en perspective partielle de l'unité de ventilation des Fig.l et 2 vue du côté opposé par rapport à celui visible sur la Fig.l; - la Fig.4 montre une vue analogue à celle de la Fig.3 mais représentant un autre mode de réalisation de l'invention; - la Fig.5 est une vue schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention, la vue montrant l'implantation de l'unité de ventilation dans le compartiment moteur d'un véhicule automobile;; - la Fig.6 montre un premier schéma électrique très simplifié d'un circuit de commande électrique de l'unité de ventilation suivant l'invention; - la Fig.7 est un graphique représentant les formes d'ondes apparaissant en divers points du schéma de la Fig.6; et - la Fig.8 montre un second schéma électrique très simplifié d'un circuit de commande électrique. Les Fig.l à 3 représentent donc un premier mode de réalisation de l'invention dans lequel l'unité de ventilation comporte une hélice 1, à quatre pales 2 par exemple, qui sont fixées à un moyeu 3 monté à rotation sur un arbre fixe 4 d'axe X-X. Des paliers 5 sont prévus en tre le moyeu 3 et l'arbre 4; ces paliers peuvent être du type auto-lubrifiant ou à roulements. L'arbre 4 est solidaire d'une bague de fixation 6 à laquelle sont fixés des bras de support 7 s'tendant radialement vers l'extérieur. Dans e mode de réalisation représenté, ces bras sont au nombre de quatre, mais ce nombre peut être supérieur ou inférieur, par exemple deux (Fig.5). A leurs extrémités extérieures, les bras 7 sont recourbés pour leur fixation à une virole de même a-:e X-X que l'arbre 4 cette virole comportant des pattes de fixation 9. C'est à l'aide de ces pattes que l'unité de ventilation peut être rendue solidaire d'un ensemble dans lequel il est implanté par exempledela carrosserie d'un véhicule automobile. Le moyeu 3 présente un diamètre juste suffisant pour être compatible avec le diamètre extérieur des paliers 5 et avec la bonne résistance de l'attache des pales 2 à ce moyeu. A leurs extrémités extérieures, les pales 2 sont solidaires d'une serge 10 qui constitue sur le plan aérodynamique, la buse de guidage de la circulation de l'air à travers l'unité de ventilation. La serge 10 est formée à partir d'un matériau ferro-magnétique bon conducteur du flux magnétique. Elle peut donc être réalisée par exemple en fer doux, en feuillard doux enroulé, en poudre ferro-magnétique agglomérée, etc. Elle assure en outre le maintien mécanique des extrémités des pales 2 dont la construction peut donc être plus légère que dans le cas d'une hélice portant des extremntes extérieures libres comme c'est le cas dans la technique antérieure. Sur la surface périphérique extérieure 11 de la serge ou buse 10 sont fixés plusieurs aimants permanents 12. Comme dans le mode de réalisation décrit ici il s'agit d'un moteur électrique d'entraînement quadri-polaire, l'unité de entilation des Fig.l à 3 comporte quatre ai mants permanents 12. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce ncmbre. Les aimants permanents 12 sont alternativement orientés N-S, S-N, N-S, etc... de telle sorte que la serge 10 contribue à fermer le champ de ces aimants du coté de l'arbre 4. Les aimants permanents 12 peuvent etre constitués de n'importe quel matériau connu pour cet usage dont le choix dépend uniquement de l'induction désirée. On peut choisir par exemple des alliages spéciaux magnétiques, des plastoferrites, des ferrites agglomérées, un alliage samarium-cobalt, ect. La buse 10 ainsi que les aimants permanents 12 constituent le rotor d'un moteur électrique d'entraînement, l'ensemble pouvant tourner par l'intermédiaire des pales 2 autour de l'arbre 4. La virole 8 présente une forme octogonale dont les côtés sont alternativement fixés aux bras respectifs 7. Les facettes de cette virole correspondant aux bras 7 portent chacune un épanouissement polaire 13 qui est disposé de telle manière par rapport au périmètre extérieur des aimants 12 qu'il subsiste un entrefer e. Les épanouissements polaires 13 sont formés d'un matériau ferro-magnétique qui peut être l'un des matériaux déjà mentionné ci-dessus. Grâce à cette construction, la virole 8 et ses épanouissements polaires 13 peuvent fermer le circuit magnétique du moteur en conduisant le flux magnétique engendré par les aimants permanents 12. Cet ensemble constitue donc le stator du moteur électrique de l'unité de ventilation. Bien entendu, tout autre disposition de la partie magnétique du stator peut être prévue. Chaque épanouissement polaire 13 porte une bobine 14 pour permettre la création de l'induction nécessaire au fonctionnement du moteur. L'induction ainsi engendrée crée un champ magnétique dans l'entrefer e et provoque, par action conjugée des aimants 12 et de la conduction magnétique de la buse 10, des forces mécaniques qui dépendent des sens des champs engendrés par les bobines 14 et des sens du champ des aimants au voisinage des épanouissements polaires 13. L'invention que l'on rient de décrire constitue ainsi unmoteur pas à pas auto-synchrone. Le moteur électrique est alimente par un circuit électronique dont le montage de principe est repré- sentie sur la Fig.6 à laquelle on doit se référer maintenuant Les bobines 14 sont raccordées en parallèle et associées à des transistors de commande 5 qui sont du type NPN. Les circuits collecteur-émetteur des transistors 15 forment les branches d'un pont dont une diagonale est connectée à une source d'alimentation et dont l'au- tre diagonale est connectée aux bobines 14 en parallèle. Les bases de ces transistors sont attaquées par deux amplificateurs 16 etant entendu que chaque amplificateur alimente deux transistors' montés respectivemeng dans des branches opposees du pont de transistors. Les signaux de sortie des amplificateurs 16 sont engendrés à partir d'un détecteur 17 qui est destiné à fournir un signal représentant la position angulaire du rotor 10, 12 du moteur' électrique par rapport à son stator 8, 13,14. Ce detecteur peut être un capteur à magnéito- resistance, un détecteur de Hall, une bobine d'induction un système opto-électriq'ue ou analogue. Le signal émis par le détecteur 17 (représenté en A sur la Fig.7) est applique à un diviseur de fréquence 18 dans lequel il est mis en forme, sa fréquence étant divisée par deux. I1 en resulte le signal représenté en B sur la Fig.7.La sortie du diviseur de fréquence 18 est appliquée à un circuit de déphasage 19 destiné à assurer le démarrage du moteur et également, facultatiement, à permettre une variation de la vitesse de l'ensemble en fonction d'un paramètre extérieur qui, dans l'application à un moteur â combustion interne, peut être la température du fluide caloporteur circulant dans le circuit de refroidissement de ce moteur. Le paramètre extérieur peut être appliqué par l'intermédiaire d'un circuit de détection 20 connecté au déphaseur 19. Le signal de sortie du déphaseur 19 est alors directement appliqué à l'un des amplificateurs 16, tandis que l'autre amplificateur reçoit ce même signal par l'intermédiaire d'un déphaseur de 1800, 21.Ainsi, on peut envoyer dans deux paires de bobines opposées des courants dont la variation est celle représentée respectivement par les courbes C et D de la Fig.7. On voit que ces courants sont en opposition de phase. Ainsi, lorsque les bobines 14 sont alimentées à l'aide de ces courants, l'unité de ventilation tournera à une vitesse qui se régule d'ellemême en fonction d'une part des pertes mécaniques, magnétiques et électriques et d'autre part du couple résistant dû à la rotation de l'hélice 1. Pour obtenir un rendement satisfaisant du moteur, le detecteur 17 doit être calé angulairement de façon qu'il se trouve exaotement à mi-chemin entre deux épanouissements polaires 13 successifs. Le déphaseur 19 permet de modifier dans le temps l'instant où le signal délivré par le détecteur 17 est appliqué au montage. Le démarrage dans un sens donné, c'est-à-dire celui dans lequel travaille l'hélice 1, est obtenu par construction en décalant légèrement l'un des épanouissements polaires 13 par rapport aux autres. I1 est également possible de créer une asymétrie au niveau de la valeur de l'entrefer e face aux épanouissements polaires 13. Sur la Fig.4 on a représente une variante de l'unité de ventilation dans laquelle il est prévu une buse 10 A qui, au lieu d'être cylindrique comme dans le mode de réalisation des Fig.l à 3 est " ondulée " de telle sorte que son profil extérieur présente des plages 22 radia lement plus extérieures que les plages 23, les premières remplissant alors le roule des aimait s permanents du pré cédent mode de réalisation, Il en résulte que ce moteur présente un entrefer variable suivant sa périphérie en constituant un moteur pas à pas à réluctance. Les spécialistes comprendront que autres variante tes peuvent etre apportées dans la construction de la partie électrique du moteur d'entraînement intégré dans l'unité de ventilatIon comme décrit ci-dessus. L'arbre 4 peut être fixe dans un support comme décrit précédemment,mais il est également possible de le rendre solidaire directement d'une partie de carrosse- rie de véhicule,par exemple telle que la calandre avant ou la face avant multifonction des véhicules modernes. La buse 10 ou lOA peut etre rapportée aux pales de l'hélice ou être venue de matière avec ce pales. De me, les épanouissements polaires 13 peuvent être rapportés sur la virole 8 ou être venus de formage avec celles-ci. Les bobines i4 peuvent atre avantageusement constituées de bandes d'aluminium anodisées. La virole 8 peut être réalisée en une seul e piè- ce ou être constituée d'éléments sépares comme cela a été représente sur les Fig. On a représenté sur la Fig.8, un autre schéma électrique possible pour alimenter les bobines 14. Ce schéma ne diffère de celui de la Fig.6 çe par les transistors 15A qui sont ici du type PNP ou NPN comme rep-e- sente. Dans ce cas, les bases des transistors sont at+7- quées par les amplificateurs 16, dont chacun est relié à deux transistors complémentaires du même côté du pont de transistors. Les circuits électriques représentés sur les Fig. 6 et 8 ne constituent que des exemples, d'autres montages pouvant être prévus employant par exemple des transistors bi-polaires ou des transistors de puissance en technolo- gie MOS. Le montage dans son ensemble peut être réalisé sur un circuit intégré. La Fig.5 montre une variante de l'unité de ventilation suivant l'invention dans laquelle le stator du moteur électrique n'entoure pas complétement la buse 10 et l'hélice 1. Dans ce cas, ce stator comporte un élément de circuit magnétique 24 ne portant que deux épanouissements polaires 25 munis de bobines, la buse 10 étant, par ailleurs, identique à celle des précédentes figures. Comme représenté, cette unité de ventilation est montée devant le radiateur R placé devant le moteur à combustion interne (non représenté) de la carrosserie C d'un véhicule automobile. Bien entendu, d'autres dispositions rentrent dans le cadre de l'invention. D'après la description qui précède, on voit que l'invention apporte plusieurs avantages. La longueur axiale totale de l'unité de ventilation reste réduite au minimum et peut, dans le cas où l'arbre 4 est fixé directement dans un support tel que la carrosserie d'un véhicule, être limité à la seule longueur axiale de l'hélice. Le rendement aérodynamique de la ventilation est nettement amélioré par rapport auxdispositionsclassi- quescar la buse 10 ou lOA est reliée directement aux pales de l'hélice et il n'y a donc pratiquement aucune pertrubation par centrifigation du courant d'air véhiculé par l'unité de ventilation. La perméabilité de l'ensemble est améliorée d'une part par le très faible diamètre du moyeu 3 de l'hélice 1 et d'autre part également par le fait que des pales sont directement fixées sur la buse. L'assérvissement de cette unité de ventilation est réalisable très commodément grâce au montage électronique de la Fig.6 dont la commande peut être réalisée en fonction d'un paramètre tel que la température. REVENDICATIONS 1. Unité de ventilation, notamment pour moteur à combustion interne, comportant une hélice de ventilation (1) associée a une buse (l0;10A) coaxiale de canalisation de l'air véhiculé par cette hélice, ainsi qu'un moteur électrique d'entraîr.erisent (8; 10; lOA, 12,13,14), caractérisée en ce que ladite buse (lO;lOA) est fixée aux extrémités des pales de l'hélice (i) en étant solidaire en rotation de celle-ci et en ce que cette buse constitue elle-même le rotor du moteur électrique dont le stator (8,13,14) entoure coaxialement au moins une partie de la buse, ce stator étant solidaire d'un arbre fixe (4) autour duquel tourne ladite hélice (1). 2. Unité suivant la reverdication 1, caractéri- sée en ce que ledit arbre (4) est monté fixe dans un support (6) qui est relié par au moins un bras radial (7) audit stator (8,13,14). 3. Unité suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que ladite buse (10) est réalisée en une matière ferromagnétitie 4. Unité suivant la revendication 3, caractérisée en ce que des aimants perman.ents (12) de polarités alternées sont fixées sur la surface périphérique extérieure de la buse (10). 5. Unité suivant la revendication 3, caractérisée en ce que ladite buse (10A) est réalisée selon un profil légèrement ondulé dont les parties dIstincts (22,23) constituent des entrefers distincts avec ledit stator (8,13, 14). 6. Unité de ventilation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que ledit stator comporte une virole (8) coaxiale a la buse (1O;lOA). 7. Unité suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite virole (8) est réalisée en plusieurs pièces ou d'une seuie pièce a partir d'un matériau ferromagnétique. 8. Unité suivant l'une quelconque des revendications 6 et 7, caractérisée en ce que des épanouissements polaires (13) sont prévus de distance en distance sur la surface intérieure de ladite virole en regard de ladite buse (10;10A) et en ce que chaque épanouissement polaire (13) porte une bobine d'excitation du moteur d'entrainement. 9. Unité suivant la revendication 8, associée à un circuit électronique de commande, caractérisée en ce que les bobines (14) du moteur électrique sont alimentées sélectivement par des commutateurs à semi-conducteurs (15) dudit circuit électronique et en ce que ces commutateurs sont commandés à leur tour par un détecteur de po- sition (17) destiné à détecter la position relative du stator et du rotor dudit moteur électrique. 10. Unité suivant la revendication 9, caractérisée en ce que ledit détecteur (17) est couplé auxdits commutateurs à semi-conducteurs par l'intermédiaire d'un circuit de déphasage (19) dont le degré de déphasage peut être commandé en fonction d'un parametre de régulation tel que la température.