Brevet FR2572149A1 — publié le 19860425

La pressente invention est relative au problème général du refroidissement des machines électriques tournantes et, principalement, des alternateurs de moteurs 9 combustion interne de vehi- cules, plus spécialement automobiles. Pour que de telles machines fonctionnent selon des conditions optimales, on sait qu'il est nécessaire de limiter la tem perature maximale qui leur est imposes par suite de leur fonotioune- ment propre, mais aussi, en an raison de l'apport thermique par conduction, convexion etlou rayonnement, a partir de la chaleur de fonctionnement du moteur a combustion interne.A cette fin, il est préconise de monter, sur l'arbre d'entraînement an rotation du rotor d'un tel alternateur, une roue de ventilateur oriente face d des ouïes de ventilation permettant a l'air souffle ou pulse de traverser l'alternateur. De tels ventilateurs sont donc entraînés a la vitesse de rotation de l'arbre d'entraînement du rotor dans le cas de montage en liaison directe avec cet arbre. Un montage de cet ordre possède un certain nombre d'inconvénients. Le premier réside dans le bruit éleve produit par le ventilateur centrifuge dans les gammes de haute vitesse de rotation. Le second tient à la tenue mecanique insuffisante, soit de la roue de ventilateur, soit de son adaptation sur l'arbre, en raison des forces centrifuges élevées se developpant aux vitesses de rotation maximales. Le troisième tient au fait que la puissance absorbes par l'entraînement en rotation du ventilateur centrifuge est très élevée, alors que le besoin de ventilation, en relation avec le fonctionnement de l'alternateur, serait notablement plus faible, de l'ordre de 4 à 1 par rapport à celle effectivement absorbée. On sait, en effet, qu'un alternateur, entraîné en rotation pour débiter sa tension maximale, connaît une stabilisation de sa temperature qui s'établit sous une forme de palier aux environs de 4 000 tours/minute. La vitesse de rotation du ventilateur pourrait donc être limitée à ce palier pour assumer la fonction de refroidissement qui lui est dévolue. Afin d'apporter une solution à un tel problème, l'art antérieur a proposé différents dispositifs conçus de façon à permettre, soit un débrayage-embrayage de l'accouplement entre la roue de ventilateur centrifuge et l'arbre d'entraînement, soit un glissement progressif en vue de réduire la vitesse maximale d'entraînement de la roue de ventilateur. Une solution consiste à mettre en oeuvre, ainsi que cela est préconisé par la demande française 82-06 800 (2 525 408), un axe traversant ltarbre d'entraînement et dont une extrémité est adaptée à un dispositif sensible à la température et capable d'assurer le déplacement axial de l'axe à l'intérieur de l'arbre. L'autre extrémité de l'axe commande le déplacement d'un plateau d'embrayage, solidaire en rotation de l'arbre d'entraînement et destiné à coopérer avec une garniture de friction portée par la roue de ventilateur. Une telle proposition résout le problème évoqué mais présente l'inconvénient d'être délicate d'usinage, de montage et de réglage et d'accroître, de façon importante, le prix de revient d'un alternateur ainsi équipez La demande française 80-20 758 (2 468 032) preconise une autre solution consistant à monter la roue de ventilateur sur l'arbre d'entraînement, par l'intermédiaire de deux roulements dont les bagues intérieures sont rendues solidaires en rotation de l'arbre. Les deux roulements sont séparés par un empilement de rondelles élastiques prenant appui sur les bagues extérieures des roulements, de manière à charger axialement des billes ou analogues pour conférer à l'ensemble un couple de frottement limité. Cette solution, plus simple que la précédente, présente, cependant, l'inconvénient d'entre relativement encombrantes en raison de la nécessaire existence de deux roulements et delta présence d'un empilement de rondelles élastiques entre eux. Par ailleurs, une telle solution est également onéreuse, car il convient d'utiliser des roulements à bagues épaulées, pour que la charge axiale soit efficace. Cette mess demande de brevet préconise également en tant que solution-parallele, d'assurer l'entralnement de la roue de ventilateur par un dispositif à courant deFOUCAULT qui s'avere peu pratique et incapable d'apporteur une solutionconvenable au problème posé. L'art antérieur révèle une autre solutions telle que celle préconisé par le modele d'utilité allemand G 83 04 043.9. Selon cet enseignement, la roue de ventilateur est accouplée à l'arbre dentraîneaent du roter de l'alternateur, par un dispositif d'entraînement à couple limité et à glissement comprenant un roulement, du type a billes, interpose entre l'arbre et le moyeu de la roue. La bague intérieure de ce roulement est usinée de maniera à limiter sa portée de contact avec les billes à la moitié de sa surface axiale, l'autre moitié étant décolletée sur une épaisseur radiale suffisante pour permettre l'engagement d'une bague flottante susceptible de coulisser axialement.La position axiale de la bague est déterminée par un organe élastique poussant cette bague contre les billes, afin de soumettre ces dernieres à une charge axiale contre la demi-portée de la bague intérieure. I1 peut etre considéré que cette solution est plus simple et plus économique que les precédentes. Toutefois, une telle solution comporte des inconvénients non négligeables. Four que le déplacement axial de la bague, sous l'effet de l'organe élastique, puisse intervenir relativement à la bague intérieure de roulement, il est nécessaire de prévoir un jeu de glissement tenant compte des éventuelles dilatations sous l'effet des changements de températures. La bague coulissante n'est donc pas centrée et son aspect flottant implique que la charge axiale nlest pas rigoureusement répartie sur toutes les billes. Le couple de frottement introduit est dqnc essentiellement variable et peut-, dans certains cas, être réparti sur une ou deux billes seulement conduisant alors, inévitablement, à une destruction du roulement par échauffement excessif de ces billes contraintes. La nécessité d'agir en permanence sur la bague coulissante associée à la bague intérieure, implique de placer l'organe élastique en relation avec un organe porteur qui, en aucun cas, ne peut être constitué par le moyeu du ventilateur. Le support d'appui de cet organe élastique ne peut- donc se trouver que sur la bague intérieure du roulement, sur l'sobre ou sur la poulie d'entraînement de ce dernier. Le montage qui en résulte est. obligatoirement complexe et conduit à des solutions pratiques ne revêtant pas, dans le temps, la fiabilité nécessaire pour assumer, de façon irréprochable, la fonction pour laquelle le dispositåf est conçu. L'objet de l'invention est, justement, de remédier à cet inconvénient, en proposant unzdispositif d'entraînement en rotation, du type à couple limité et à glissement, dont la conception est justement choisie pour éliminer les inconvénients attachés à la solution selon le modèle d'utilité allemand G 83 04 043.9. Un objet de l'invention est de proposer- un dispositif d'entraînement en rotation, du type ci-dessus, particulièrement plus simple de construction et plus fiable de fonctionnement dans le temps. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'objet de l'inven- tion est caractérisé en ce qu'il comprend - un roulement du type à billes dont la bague ex térieure, associée au moyeu du ventilateur, est constitué par deux demi-bagues séparées perpen diculairement à l'axe du roulement, l'une des demi-bagues étant montée à force et centrée dans le moyeu, tandis que l'autre demi-bague est flottante sur les billes, - et un organe de précontrainte axiale de la demi bague flottante sûr les billes, formé par un organe élastique porté par le ventilateur. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrend, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 9 est une demi-coupe élévation dun alternateur faisant application de L'objet de l'invention. La fig. 2 est une demi-coupe élévation montrant, à plus grande echellen une forme de réalisation du dispositif selon lln- vention. La fig. 3 est une demi-coupe élévation partielle il les trant une variante de réalisation. La fig. I montre un alterneteur du type de ceux équi- pant les moteurs à combustion interne des véhicules automobiles. Un tel alternateur, désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend un flasque antérieur 2 et un flasque postérieur 3 réunis entre eux par des vis, boulons ou tirants 4 assurant simultanément le maintien d'un paquet de tel 5 généralement dénommé masse feuilletée. Le paquet de tôle 5 est associé à un bobinage 6 pour former un stator généralement dénommé également "induit". Les flasques 2 et 3 délimitent des paliers 7 et 8 supportant, par des roulements 9 et 10, un arbre 11 comportant une partie terminale lla faisant saillie hors du flasque antérieur 2. L'arbre 11 supporte, dans sa partie médiane, un rotor 12 constitué, ainsi que cela est connu dans la technique, par des masses polaires et un bobinage, afin de former un inducteur. L'arbre il supporte, également, entre le rotor 12 et le roulement 10, deux bagues collectrices 13 et 14 sur lesquelles frottent deux balais 15 et 16 qui sont reliés à une source excitatrice. La partie terminale lia de l'arbre 11 est munie d'une poulie d'entraînement 17 reliée, par exemple, par une courroie trapézoidale, à une poulie motrice entraînée en rotation par le fonctionnement du moteur à combustion interne équipé de l'alternateur. La partie lia de l'arbre 11 supporte, également, une roue de ventilateur 18 dont les ailettes 19 sont chargées de produire, lors de l'entraînement en rotation fonctionnel, un flux d'air dans le sens de la fleche f1 pour assurer le refroidissement des éléments constitutifs de l'alternateur. La roue de ventilateur 18 est montée sur la partie terminale lia de l'arbre 11 par un dispositif 20 d'entraînement en rotation à couple limité et à glissement, objet de l'invention. Comme cela ressort plus particulièrement de la fig. 2, le dispositif 20-est constitué par un roulement, du type à billes, désigné dans son ensemble par la référence 21. Le roulement 21 comprend une bague intérieure 22 qui est immobilisée axialement et angulairement sur la partie terminale lla, par tout moyen convenable. Un tel moyen est, par exemple, formé, notamment, par des entretoises 23 et 24 serrées axialement, de part et d'autre de la bague 22, en appui contre le roulement 9 et contre la poulie 17. Le roulement 21 comprend unebagueextérieure 25 constituée par deux demi-bagues 26 et 27 séparées selon un plan perpendiculaire à l'axe du roulement. Les demi-bagues possédent chacune une largeur axiale inférieure à la demi-largeur de la bague intérieure 22.La demi-bague extérieure 26 est montée à force dans le palier 28 d'un moyeu 29 de la roue 18 et se trouve ainsi centrée, parla présence des billes 30, par rapport à la bague intérieure 22. La demi-bague extérieure 27 est montée en appui contre les billes 30, sans relation de contact de surface avec le palier 28. La demi-bague extérieure 27 est maintenue en position par l'intermédiaire d'un organe élastique 31 exerçant sur cette demi-bague une contrainte constante dans le sens de la flèche f2, c'est-à-dire dirigée axialement pour appliquer la demi-bague 27 contre la rangée de billes 30. Le montage décrit ci-dessus a pour conséquence que les deux demi-bagues extérieures 26 et 27 sont maintenues relativement en étant séparées par un intervalle 32. Ces demi-bagues établissent un contact selon deux lieux circulaires avec les billes qui sont maintenues, en raison des contraintes radiales concourantes provenant des demi-bagues extérieures, en application dans le fond du chemin de roulement de la bague intérieure~22 L'intervalle 32 séparant les deux demi-bagues extérieures 26 et 27 est ferme ou en partie occupé par une garniture d'étanchéité 33 s'opposant à l'introduction de tout corps étranger, ainsi qu'à l'expulsion, par force centrifuge, de la graisse ou autre produit lubrifiant interposé entre les bagues et les billes La contrainte axiale développée par l'organe élastique 31 est déterminée de manier à conférer-au roulement 21 une résistance limitée a un couple d'entrainement en rotation. Cette résistance est calculée pour que le roulement 21 se conduise comme un dispositif d'accouplement positif assurant la liaison angulaire entre l'arbre et la roue, tant que le couple exercé entre l'arbre il et la roue de ventilateur 13 est inférieur à la résistance limitée qui lui est conférée. Dans de telles conditions de fonctionnement, la roue de ventilateur 18 est entraînée en rotation en synchronisme avec la vitesse de rotation de l'arbre 11. Par contre, lorsque l-e couple de rotation dépasse la résistance limitée, le roulement 11 se conduit comme une liaison angulaire admettant un glissement. La roue de ventilateur 18 est alors entraînée à une vitesse de rotation asynchrone par rapport à celle de l'arbre 11, avec un coefficient de glissement croissant, en relation avec le couple appliqué. L'organe élastique 32 est conçu de maniere que la charge axiale selon la flèche f2 conifère au roulement 21 une qualité d'accouplement positif, assurant une rotation synchrone pour une vitesse de l'arbre 11 correspondant à une fonction maximale de refroidissement de l'alternateur 1. A titre d'exemple, une telle vitesse peut être de l'ordre de 4 000 tours/minute. Au-delà, la roue 18 n'est plus soumise à un entraînement synchrone et sa vitesse de rotation relative chute pour être limitée à une vitesse de rotation maximale, par exemple de tordre de cinq à six mille tours par minute. Le montage structurel préconisé par l'invention présente l'avantage d'être simple de eonstruction, de montage et d'entretien, étant donné qu'il ne fait intervenir aucune contrainte de montage, de concentricité ou d'adaptation pour ce qui concerne la demi-bague flottante 27. En outre, comme la fonction de contrainte axiale est assumee par une demi-bague exterieure, il devient possible de faire porter l'organe élastique 31 directement parla roue de ventilateur et, ainsi, de faciliter et simplifier le montage de cet organe constitutif sans compliquer la construction, l'usinage ou l'adaptation entre la poulie 17 et l'arbre 11. Selon l'exemple de réalisation illustré par la fig. 2, l'organe élastique 31 est constitué par une rondelle 33 dont la périphérie extérieure est associée à une virole ou à des pattes de fixation 34 agrafées ou soudées sur le moyeu de la roue 18. La rondelle 33 peut être préconformée pour que son montage sur la demibague 27 la soumette à une contrainte de déformation-engendrant, par réaction, la contrainte axiale selon la flèche f2. La fig. 3 illustre une variante de réalisation selon laquelle le palier 28 de la roue 18 est conformé pour contenir les deux demi-bagues extérieures 26 et 27. Dans un tel cas, le palier 28 présente un décolletage 36 supprimant toute liaison ou contact de surface-entre lui-même et la demi-bague 27. L'organe élastique 31 peut être constitué par une rondelle 37 maintenue radialement par le palier 28 et axialement par une rondelle plate 38 fixée sur la roue de ventilateur 18. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 -Dispositif d'entraînement en rotation à couple limité et à glissement, notamment pour ventilateur de machine électrique tournante, du type comprenant, entre un arbre d'entraînement (11) et le ventilateur (18), un roulement (21) dont les billes ou analogues subissent, par un organe élastique précontraint, une charge axiale conférant au roulement une résistance limitée au couple d'entraînement, caractérisé en ce qu'il comprend - un roulement (21) du type à billes dont la bague extérieure (25), associée au moyeu (28) du ven tilateur, est constituée par deux demi-bagues (26, 27) séparées perpendiculairement à l'axe du roulements l'une des demi-bagues étant montée à force et centrée dans le moyeu, tandis que l'autre demi-bague est flottante sur les billes, - et un organe (31) de précontrainte axiale de la demi-bague flottante sur les billes, formé par un organe élastique porté par le ventilateur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux demi-bagues (26, 27) sont séparées par un jeu occupant le plan médian du roulement perpendiculaire à l'axe 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'un joint (33) est interposé entre les demi-bagues.