Brevet FR2587556A1 — publié le 19870320

ALTERNATEUR TRIPHASE AVEC VENTILATEUR AENTRAINEMENT ALEATOIRE L'invention concerne un alternateur triphasé, comportant un arbre de rotor entrainé en rotation et une roue de ventilateur montée de façon à pouvoir tourner librement sur celui-ci par l'intermédiaire d'un roulement à billes, notamment en vue de son entrainement par un moteur à combustion interne. Un alternateur triphasé de ce type est connu (DE-OS 32 05 757) et comporte une roue de ventilateur montée sur l'arbre du rotor entrainé en rotation de façon à pouvoir tourner par rapport à celui-ci par l'intermédiaire d'un roulement à billes. Entre la poulie qui reçoit l'entrainement en rotation d'un moteur à combustion interne et la roue du ventilateur, il est disposé un accouplement à glissement qui, jusqu'à une vitesse de rotation prédéterminée, relise à la -poulie, par la force d'adhérence, la roue du ventilateur pour l'entrainement en rotation de celle-ci, mais qui au-delà de vitesses de rotation prédéterminées permet une action de glissement, de sorte qu'il y a la possibilité de vitesses de rotation différentes, D'une façon générale, une limitation de la vitesse de rotation d'un ventilateur de génératrice pour véhicules automobiles ou autres est recherchée en vue d'obtenir une réduction du bruit, une économie d'énergie et une sécurité contre des accidents. Cependant, dans le cas dé la roue de ventilateur connue accouplée par force d'adhérence, il se pose un problème du fait qu'à l'accouplement appartient un second roulement à billes qui s'appuie, par l'inter- médiaire de moyens à ressorts ayant une action de serrage axiale, contre la roue du ventilateur, de sorte que les deux paliers à roulement produisent la force de freinage, nécessaire pour l'entraînement de la roue du ventilateur, par leurs corps de roulement, dans le chemin de roulement. En dehors d'un accroissement possible de l'usure, il en résulte de la chaleur, de telle sorte que le pouvoir lubrifiant de la graisse du palier à roulement peut subir un préjudice et, à la longue, l'action recherchée de l'accouplement par force d'adhérence, de permettre des différences de vitesse de rotation dans le cas de vitesses de rotation relativement élevées, peut être entravée. On connait, en outre, une génératrice de ce type (DE-OS 29 42 737), dans laquelle les deux roulements à billes servant à l'accouplement par force d'adhérence de l'arbre du rotor avec la roue du ventilateur sont disposés à c8té l'un de l'autre sur l'arbre du rotor et leurs deux bagues extérieures sont insérées de telle manière dans l'alésage d'un moyeu coulé sur la roue du ventilateur, que la bague extérieure située au plus près du flasque de la génératrice se trouve fixée par ajustage serré dans le moyeu, tandis que la bague extérieure du roulement à billes situé au plus près de la poulie peut glisser dans l'alésage du moyeu pour des vitesses de rotation différentes entre l'arbre du rotor et la roue du ventilateur. I1 stest cependant avéré qu'avec les matériaux de moulage usuels pour la roue du ventilateur, en raison de la friction de glissement, le roulement à billes situé extérieurement montre déjà, après une très faible durée de marche, une tendance à se relâcher, de sorte qu'il se produit des moments d'entrainement non-stables. L'i,vention a pour but, pour un alternateur triphasé du type indiqué dans le préambule, de constituer l'accouplement de telle manière que, tout en se passant complètement d'un roulement à billes supplémentaire, on obtient de maintenir avec sûreté le moment d'entrainement désiré initialement et l'on obtient, avec un montage simple, peu encombrant et économique, l'action de longue durée recherchée de l'accouplement par force d'adhérence. L'invention concerne, à cet effet, un alternateur triphasé, du type indiqué, qui est caractérisé en ce que, entre un élément entrainé en rotation et la roue du ventilateur pouvant tourner librement sur l'arbre du rotor gracie au roulement à billes, il est prévu un élément de friction précontraint par ressort. Un alternateur triphasé ainsi agencé présente l'avantage qu'il ne se produit pas de resserrement l'une vers l'autre de bagues extérieures des roulements à billes - qui doit nécessairement se répercuter sur les corps de roulement et les chemins de roulement intérieurs - mais il est formé des anneaux ou disques de freinage constitués par des matières hautement résistantes à l'usure, lesquels, en étant montés sous précontrainte par ressort appropriée et éventuellement solidairement en rotation sur l'arbre du rotor, n'assurent l'entrainement de la roue du ventilateur que jusqu'à des vitesses de rotation qui sont rationnelles, d'une part pour une bonne aération, mais, d'autre part, aussi pour une diminution du bruit et une économie d'énergie. Il est avantageux, en outre, que tout en assurant une bonne évacuation de chaleur direc tmewl a-par+i--de-1a la--tague-- extérieure du palier à billes supportant la roue du ventilateur montée sur l'arbre du rotor, il peut être obtenu des propriétés actives très sûres, même pour une longue durée de service, ainsi qu'un moment d'entrainementconstant. Divers moyens qui seront indiqués dans la suite permettent d'obtenir des modes de réalisation avantageux, et perfectionnements de l'alternateur triphasé tel que défini ci-dessus confor mément à l'invention. Il est particulièrement avan tageux que le disque de friction ou de freinage soit mobile en direction axiale, mais cependant solidaire en rotation sur un anneau d'entrainement approprié de l'arbre du rotor, de telle sorte que le disque de freinage peut agir du côté frontal comme accouplement à friction sur la bague extérieure du palier à roulement dont est pourvue la roue du ventilateur. De cette manière, l'accou plement se trouve bloqué aussi longtemps que la puissance d'entrainement du ventilateur correspond à la puissance de la friction; si la puissance d'entrainement du venti lateur qui est nécessaire dépasse cette puissance de fric tion, il se produit alors un glissement. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description ci-après et des dessins annexés représentant des exemples de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: - la figure 1 montre un alternateur triphasé agencé selon un exemple de réalisa tion de la présente invention, représenté partiellement en vue en coupe longitudinale axiale et partiellement en vue latérale; - les figures 2 et 3 représentent en détails agrandis, sous forme de découpures, l'accouplement d'entrainement par friction fonctionnant par force d'adhérence. L'alternateur triphasé 10 représenté en figure 1 comporte un "flasque" 11 côté entrainement et un "flasque" 12 côté bague collectrice. Sur le flasque 11 côté entrainement est formé un bras pivotant 13. A l'aide de vis 14 est enserré, entre les deux flasques, un paquet de tôles du stator 15, qui porte un enroulement à courant triphasé réparti uniformément sur son pourtour. Dans le flasque 11 est fixé un premier roulement à billes 16 qui, conjointement avec le second roulement à billes - non représenté en dessin - fixé dans le flasque 12, sert au support de montage de l'arbre 17 du rotor. Cet arbre de rotor peut supporter, à l'intérieur du carter de l'alternateur, par exemple, un rotor à pôles à griffes et un enroulement d'excitation entouré par celui-ci. De façonusuelle, à l'extre- mité 17a de l'arbre du rotor qui fait saillie du flasque 11, est fixée solidairement en rotation une poulie à gorge 18 pour courroie trapézoidale, qui peut être entrainée - par l'intermédiaire d'une courroie tra pézoidale - par un moteur à combustion interne, non représenté. L'entrainement de l'arbre du rotor de l'alternateur peut assurément s'effectuer d'une autre manière, ce qui est sans importance, ainsi considéré, pour le principe de base de la présente invention. Tout contre le flasque 11 côté entrainement, en outre, sur l'extrémité d'arbre 17a, une roue de ventilateur 19 est montée de façon à pouvoir tourner à l'aide d'un roulement à billes propre 20; cette roue de ventilateur 19 entoure par une surface de moyeu 19a en saillie la bague extérieure 20a du roulement à billes 20, dont la bague intérieure 20b est fixée rigidement sur l'arbre du rotor. Entre l'arbre du rotor entrainé en rotation - ou un élément rotatif fixe reposant sur cet arbre - et la bague extérieure du roulement à billes de la roue du ventilateur - ou des parties de moyeu de celle-ci - est monté l'accouplement à friction d'entrainement conforme à l'invention, dont le premier exemple de réalisation est indiqué en figure 2, représentant à échelle agrandie la découpure X marquée d'un cercle en traits mixtes sur la figure 1. Sur la partie d'extrémité 17a de l'arbre du rotor, est monté d'abord, adjacent au palier à billes étanché 16 prévu pour supporter l'arbre du rotor, un disque d'écartement 21 et, advacent à celui-ci, un élément annulaire à ressort 22; cet élément peut être, par exemple, un ressort à disques et exerce une force de précontrainte par ressort, en direction de la flèche A sir un disque de freinage ou de friction 23, qui, de son côté, est fixé solidairement en rotation sur un anneau d'entrainement 24. Cet anneau d'entrainement 24 tourne, comme aussi le ressort à disques 22, avec l'arbre du rotor, cela déjà pour la raison que tous les éléments montés sur l'extrémité de l'arbre du rotor sont serrés les uns avec les autres par une vis de pression de fermeture 25 (voir figure 1) - ou parce qu'ils sont maintenus par des rainures à clavettes solidairement en rotation sur cette extrémité d'arbre. L'action dtentrainement entre l'anneau 24 et le disque de freinage ou de friction 23 peut s'effectuer au moyen d'une denture réciproque; celle-ci est alors constituée de telle manière que le disque de friction 23 est mobile en direction axiale, ainsi, par exemple, peut être déplacé sous l'action de l'élément à ressort 22 en direction du palier à roulement 20 de la roue du ventilateur. Le disque de freinage 23 dispose en-haut, ainsi alignée sur la bague extérieure du palier 20, d'une partie de tête de préférence élargie des deux cotés. A la suite du disque de freinage ou son anneau d'entrainement 24, la palier à billes 20 prévu pour la roue de ventilateur 19 est engagé sur l'extrémité d'arbre; à sa bague extérieure 20a est fixé le moyeu de la roue de ventilateur 19, moyeu présentant une partie avancée intérieurement en direction axiale. Il y fait suite encore un disque d'écartement 26, - si nécessaire - qui peut être supprimé dans le cas d'une forme de poulie appropriée; et après mise en place de la poulie 18 - qui n'est indiquée en figure 2 que par une coupe partielle - l'écrou à embase 25 est vissé et fixé. Le mode de fonctionnement de l'accouplement d'entrainement est alors le suivant; grâce au serrage de l'assemblage par l'écrou à embase3 l'élément à ressort 22 (ressort à disques) se trouve aussi précontraint et agit de telle manière sur le disque de freinage 23 déplaçable en direction axiale, à la partie de tête supérieure, que ce disque de freinage vient s'appliquer sous pression contre la surface associée de la bague extérieure 20a du palier à billes prévu pour la roue de ventilateur 19. L'entrainement en rotation du disque de freinage 23 s'effectue alors par l'intermédiaire de l'anneauad'entrainement 24. Etant donné que, lorsque la vitesse de rotation augmente, la puissance apportée, d'une part, par la roue du ventilateur augmente également, mais que, d'autre part, la précontrainte produite par le ressort à disques 22 reste constante, il en résulte une vitesse de rotation pour laquelle la puissance d'entrainement du ventilateur qui est nécessaire correspond à la puissance de friction susceptible d'être encore appliquée -; au-dessus de cette vitesse de rotation il se produit alors un glissement, de sorte qu'il en résulte une limitation efficace de la vitesse de rotation. Bien entendu le disque de freinage 23 est constitué en une matière appropriée, d'une résistance à l'usure aussi élevée que possible, de préférence en une matière synthétique; la force de freinage qui s'exerce sur la bague extérieure du palier à roulement du ventilateur peut alors être bien dosée et maitrisée avec sûreté dans son développement de chaleur. Il est assuré la que le moment d'entrainement du ventilateur est produit exclusivement par la force de friction ou de freinage, étant donné que l'élément à ressort sous forme de ressort à disques et l'anneau d'entrainement sont fixés sur l'arbre du rotor et maintenus grâce au serrage sur celui-ci en liaison par force d'adhérence. Dans l'exemple de réalisation représenté en figure 3, où les mêmes éléments sont affectés des mêmes références - en y ajoutant dans le cas d'une fonction légèrement différente le signe "prime" enhaut de la référence - les deux paliers à billes 16 pour le support de montage de l'arbre du rotor et 20' pour la roue 19t du ventilateur sont situés directement à côté l'un de l'autre - ou en étant éventuellement séparés par un disque d'écartement 21', et ltentrainement de la roue du ventilateur par la force de friction s'effectue par l'intermédiaire d'au moins un disque de friction d'entrainement précontraint par ressort, placé au-dessus de la bague extérieure 20a' du palier à roulement. La roue de ventilateur 19' - constituée,-par exemple, par une pièce de tôle profilée appropriée - forme sur la bague extérieure 20a' du palier à billes 20' une partie de moyeu en saillie 27; sur celle-ci, vus en direction de la poulie 18', sont placés en empilage un élément de précontrainte à ressort, notamment un ressort à disques 28, un élément tournant intermédiaire 29 et au moins un, éventuellement deux disques de friction 30a, 30b. L'élément tournant 29 peut, comme représenté sur le dessin, être constitué par une tôle annulaire plusieurs fois recourbée qui, d'une part, entoure'le ressort à disques 28 et, d'autre part, maintient à l'endroit du pourtour extérieur au moins un disque de freinage 30a, 30b fixé sur la saillie de moyeu 27. - On peut encore monter sur l'arbre du rotor, entre le palier à roulement 20', prévu pour la roue-de ventilateur 19t, et le moyeu, pressé par serrage, de la poulie 18', un autre élément de pression intermédiaire 31 qui, par un butoir annulaire 32 faisant saillie vers l'extérieur, maintient le - au moins un - disque de friction centré par rapport à l'arbre du rotor. Il est, de préférence, prévu deux disques de friction 30a, 30b et grâce à la pression de précontrainte du ressort à disques 28, on obtient, par un mécanisme d'action compable, par analogie, au cas de l'exemple de réalisation de la figure 2 - que l'élément de pression intermédiaire 29 se trouve pressé en direction des disques à friction; de telle sorte que les deux disques de friction 30a, 30b - le disque 30b constituant un disque d'entrainement - glissent l'un sur l'autre et produisent le couple de rotation d'entrainement nécessaire. On comprend bien que, dans ce but - l'entrainement par friction s'effectue sur la surface de glissement entre les deux disques de friction 30a, 30b - les deux disques de friction peuvent être aussi maintenus par liaison par la forme, l'un des disques, 30b contre l'élément tournant 31 qui lui est associé, et l'autre disque de friction, 30a, contre l'élément de pression intermédiaire 29; liaisons par la forme obtenues, par exemple, grâce à des gorges et des saillies - faisant saillie en direction axiale appropriées, l'entraînement par friction étant alors déterminé par la foroe du ressort de précontrainte 28. Toutes les caractéristiques qui ressortent de la decription, des revendications et des dessins annexés peuvent êtreconsidérée comme faisant partie de l'invention aussi bien individuellement qu'en combinaison quelconque les unes avec les autres, RENZNDICATIONS 1- Alternateur triphasé, comportant un arbre de rotor entrainé en rotation et une roue de ventilateur montée de façon à pouvoir tourner librement sur celui-ci par l'intermédiaire d'un roulement à billes, notamment en vue de son entrainement par un moteur à combustion interne, alternateur caractérisé en ce que, entre un élément (24, 31, 30b) entrainé en rotation et la roue de ventilateur (19, 19t) pouvant tourner librement sur l'arbre (17) du rotor grâce au roulement à billes (20, 20'), il est prévu un élément de friction (23, 30a) précontraint par ressort. 2- Alternateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que, en vua de produire la précontrainte pour l'élément de friction (23, 30a), il est prévu un ressort en anneau (ressort à disques 22, 28). 3- Alternateur selon l'une ou l'autre des revendications 9 et 2, caractérisé en ce que, adjacente au roulement à billes (16) de l'arbre du rotor, est monté un ressort à disques (22) produisant la précontraînte par ressort, et qui agit de telle manière, sur un disque de freinage (23) mobile en direction axiale, supporté par un anneau d'entrainement (24) faisant suite en disposition en empilage au ressort à disques (22), que ce disque de freinage (23) s'applique contre la bague extérieure (20a) du palier à roulement (20) portant la roue deventilateur (19), avec une action d'entrainement par friction réglable. 4- Alternateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que, à l'anneau d'entrainement (24), font suite, en disposition en empilage, sur l'arbre du rotor, la bague intérieure (2tub) du palier à roulement (20) de la roue de ventilateur (19), une poulie à gorge (18) pour courroie trapézoldale servant à l'entraînement en rotation de l'arbre du ventilateur et l'écrou à embase (25) resserrant l'assemblage. 5- Alternateur selon l'une ou llautre des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le disque de freinage (23), mobile par glissement en direction axiale, monté sur son anneau d'entrainement (24) fixé solidairement en rotation sur l'extrémité (17a) de l'arbre du rotor, comporte une partie de tête élargie des deux cotés, sur l'une des faces de laquelle agit par pression la zone de bord extérieure du ressort à disques (22), et dont l'autre face s'applique, par action de frictinn, contre la bague extérieure (20a) du palier à billes de la roue du ventilateur. 6- Alternateur selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la roue du ventilateur (19?) norme sur la bague extérieure (20a'),qui la supporte, du palier à billes (20') de la roue du ventilateur un bord de moyeu (27) faisant saillie, sur lequel sont montés un ressort à disques (28) produisant la précontrainte par ressort, un anneau de pression intermédiaire (29) et au moins un disque de friction/freinage (30a, 30b) i qui agit par pression contre un élément tournant (31) monté solidaire en rotation sur l'extrémité ( 17au) de l'arbre du rotor. 7- Alternateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'élément tournant (31) tient en place un disque de friction d'entrainement (30b) et l'élément de pression intermédiaire (29) tient en place un contre-disque de freinage (30a), qui est pressé de telle manière, par le ressort à disques de précontrainte (28), contre le disque de friction d entrainement (30b), quten passant de l'un à l'autre de ces deux disques, grâce à la friction de freinage produite, l'entraînement en rotation de la roue de ventilateur (19') s'effectue jusqutà une vitesse de rotation prédéterminée. 8- Alternateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les disques de friction ou freinage sont constitués en matériau présentant une résistance élevée à l'usure (matière synthétique)