Brevet FR2731306A1 — publié le 19960906

i La présente invention concerne d'une manière générale des procédés et des dispositifs servant à produire un écoulement d'air de refroidissement pendant le fonction- nement de dispositifs électromécaniques, du type souvent utilisés par exemple en tant que démarreurs/générateurs dans des turbomachines. Plus particulièrement, l'invention concerne un dispositif de production d'écoulement d'air permettant d'améliorer le refroidissement d'un démar- reur/générateur. Il est parfaitement connu d'utiliser des généra- teurs en tant que démarreurs pour des moteurs électriques et des moteurs thermiques. Par exemple, dans l'industrie aérospatiale, on utilise habituellement des générateurs de courant continu en tant que démarreurs installés sur des petits moteurs d'avions, comme par exemple des turboma- chines. Une fois que le moteur thermique a démarré, le générateur est utilisé de façon typique en tant que source d'énergie électrique, c'està-dire en tant que générateur, pour l'avion. En tant que démarreur/générateur pour un moteur thermique, l'induit du générateur est alimenté par une énergie électrique, délivrée de façon typique par une bat- terie du démarreur. Le générateur produit initialement un couple élevé pour commencer à faire tourner le moteur. Dans un générateur shunt à courant continu typique, le courant d'induit est également utilisé pour produire le courant d'excitation de champ. Comme cela est en outre connu, dans des appareils électromécaniques tels que des démarreurs/générateurs, il peut apparaître des températures internes élevées. Cette chaleur peut avoir des effets nuisibles sur les composants électriques utilisés avec le générateur. C'est pourquoi, des types de démarreurs/générateurs connus comprennent de façon typique un ventilateur du type à hélice, qui est monté au voisinage d'une cloche d'extrémité et entraîne l'air extérieur dans le démarreur/générateur pour refroidir l'intérieur de ce démarreur/générateur. Il est également connu de disposer, dans la cloche d'extrémité, une plura- lité de nervures ou de rayons, qui raccordent un moyeu de support à une jante extérieure adjacente au ventilateur. Ces rayons possèdent habituellement une section transver- sale rectangulaire, qui présente des surfaces transversales sans arêtes vives à l'écoulement d'air provenant du venti- lateur. Ceci conduit à un écoulement d'air discontinu qui s'accompagne de pertes d'énergie cinétique et de pression. C'est pourquoi un but est de fournir un disposi- tif monobloc perfectionné de production d'un écoulement d'air pour un dispositif électromécanique, qui augmente le volume et la pression de l'air de refroidissement introduit par soufflage à l'intérieur de ce dispositif. Pour atteindre les objectifs indiqués précédem- ment, il est prévu conformément à une forme de réalisation de l'invention un dispositif produisant un écoulement d'air de refroidissement pour un démarreur/générateur, qui com- porte un moyeu, une jante extérieure et un certain nombre d'aubes aérodynamiques disposées d'une manière générale radialement de manière à raccorder le moyeu et la jante, le dispositif produisant l'écoulement d'air dirigeant effica- cement un écoulement d'air de refroidissement, qui est d'une manière générale est axial, dans le démar- reur/générateur. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description donnée ci- après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure 1 représente un schéma d'une coupe transversale longitudinale partielle d'un système typique de démarreur/générateur agencé conformément à une forme de réalisation de la présente invention; la figure 2 représente une vue en élévation d'un diffuseur d'air de refroidissement utilisé avec le démarreur/générateur de la figure 1, vu suivant la ligne de coupe 2-2 et mettant en oeuvre les concepts de la présente invention; et - la figure 3 illustre une forme de réalisation d'une aube aérodynamique conforme à l'invention, sous la forme d'une coupe transversale de l'aube prise suivant la ligne 3-3 sur la figure 2. En référence aux dessins, on y voit représentée une forme de réalisation de l'invention, illustrée à titre d'exemple, en combinaison avec un dispositif électroméca- nique, tel qu'un démarreur/générateur désigné d'une manière générale par le chiffre de référence 10. Bien que l'invention soit décrite ici en référence à un type spéci- fique de dispositif électromécanique et de démar- reur/générateur, les spécialistes de la technique noteront que cette description est donnée uniquement à titre d'illustration et pour faire comprendre les concepts et avantages de l'invention et n'est censée en aucune manière être limitée à une application ou une utilisation particu- lière. La présente invention peut être aisément incorporée dans de nombreux types différents de dispositifs électromé- caniques refroidis par air. Un démarreur/générateur typique 10 comprend un arbre d'entraînement mécanique 12 qui s'étend le long de l'axe longitudinal 14 d'entrainement du démarreur/généra- teur. De façon typique, l'arbre d'entraînement mécanique 12 comprend une partie cannelée d'extrémité d'entraînement 16 adaptée de façon appropriée pour être couplée à l'arbre d'un moteur (non représenté). Sur l'extrémité 18 située à l'opposé du côté entraîné, un ventilateur du type à hélice est couplé à l'arbre d'entraînement 12 à l'intérieur d'un ensemble 22 d'entrée pour l'air. Le ventilateur 20 comprend de façon typique une pluralité de pales rotatives 24, qui introduisent de l'air de refroidissement dans le capot 26 d'entrée d'air du démarreur/générateur. Le venti- lateur 20 ajoute une énergie cinétique à l'air de refroi- dissement et introduit ce dernier par soufflage dans l'espace intérieur 28 du démarreur/générateur, comme cela est représenté par les flèches directionnelles 30. De façon typique, l'écoulement d'air sortant du ventilateur possède une configuration d'écoulement tourbillonnante. Dans la forme de réalisation représentée, un dif- fuseur d'air de refroidissement est formé d'un seul tenant en tant que partie d'un ensemble d'extrémité en forme de cloche 40, qui est monté sur l'extrémité 18, située à l'opposé du côté entraîné, du démarreur/générateur 10, au voisinage du ventilateur 20. La cloche d'extrémité 40 est utilisée habituellement en tant que structure de support pour des ensembles porte-balais, des blocs de bornes, etc. Dans cet exemple, la cloche d'extrémité 40 comprend un moyeu 42 monté sur palier et une jante extérieure 44. Le moyeu 42 est monté sur l'arbre d'entraînement 12 au moyen d'un ensemble de palier 46. La jante extérieure 44 peut être fixée au carter 48 du démarreur/générateur par n'importe quel moyen approprié, comme par exemple par des vis 50. Les spécialistes de la technique noteront aisément qu'un diffuseur d'écoulement d'air selon l'invention peut faire partie ou être séparé d'un ensemble formant cloche d'extrémité et/ou de l'ensemble du ventilateur 20. En outre un diffuseur d'air de refroidissement conforme à l'invention peut être utilisé pour des dispositifs électro- mécaniques, qui ne contiennent aucun ventilateur de refroi- dissement intégré, mais reçoivent un écoulement d'air de refroidissement de la part d'une source extérieure. Le moyeu 42 et la jante extérieure 44 sont rac- cordés par une pluralité d'aubes aérodynamiques 60 dispo- sées radialement, d'une manière analogue aux rayons d'une roue. La dimension radiale de chaque aube dépend de chaque application particulière. Dans l'exemple décrit ici, la majeure partie des aubes 60 s'étendent sur toute la dis- tance entre le moyeu 42 et la jante 44. Dans d'autres cas, certaines des aubes aérodynamiques s'étendent sur la moitié de la distance radiale depuis le moyeu 42 jusqu'à la jante, et de telles aubes sont désignées sur les dessins par le chiffre de référence 62. Ces demi-aubes peuvent être utili- sées par exemple dans le cas o il est nécessaire d'avoir une surface extérieure plane de l'aube, comme par exemple pour le montage d'une bande 64. La figure 3 représente l'exemple d'un type d'aube aérodynamique 60 conforme à l'invention. Cette vue est prise suivant la ligne 3-3 sur la figure 2 et représente une aube sous la forme d'une coupe transversale passant par l'axe 14 de l'arbre d'entraînement. Contrairement à un rayon classique, qui serait parallèle à l'axe d'entraîne- ment et posséderait une section rectangulaire, chaque courbe aérodynamique 60, 62 possède de préférence une forme arquée, du type plan de sustentation, et se rétrécit depuis une extrémité d'entrée 64 jusqu'à une extrémité de sortie 66. Les extrémités 64, 66 et notamment l'extrémité d'entrée 64 sont de préférence réalisées avec un arrondi 68, 70 de manière à présenter une surface non transversale à l'écoulement d'air. Pour des aubes de forme rétrécie telles que représentées ici, on peut choisir une valeur plus éle- vée pour le rayon de l'arrondi de sortie 68 que pour le rayon de l'arrondi d'entrée 70. Chaque aube 60 comprend des surfaces 72 de gui- dage de l'air. Chaque aube en forme de plan de sustentation capte l'air quittant le ventilateur 20 et peut être cou- dée de façon optimale de manière à rediriger uniformément l'air de refroidissement du ventilateur dans une direction axiale, avec une perte d'énergie réduite. Les extrémités non transversales de chaque aube, en particulier dans le cas des extrémités arrondies 68, fournissent une interrup- tion minimale de l'écoulement d'air. On peut utiliser d'autres configurations d'extrémité d'aubes en fonction d'une application particulière, comme par exemple des extrémités de forme rétrécie (non représentées). Les aubes en forme de plans de sustentation agissent en outre à la manière d'un diffuseur à écoulement axial, qui redirige ainsi l'écoulement d'air à travers le démarreur/générateur , avec une perte minimale d'énergie. Les aubes 60 peuvent être formées d'un seul tenant avec la cloche d'extrémité 40 du diffuseur ou être fixées séparément. En fonctionnement, le ventilateur 20 introduit de l'air de refroidissement dans le capot d'entrée 26 et accé- lère l'écoulement d'air, de façon typique selon une confi- guration en tourbillon. La cloche d'extrémité 40 du diffu- seur et les aubes aérodynamiques 60, 62 notamment reçoivent l'écoulement d'air du ventilateur et le redirigent à une pression accrue dans une direction axiale à travers le démarreur/générateur 10. Des ensembles ventilateur/diffu- seur additionnels peuvent être utilisés sur l'extrémité d'entraînement du démarreur/générateur (non représentée) si cela est souhaitable, pour accroître plus encore l'écoulement d'air traversant le démarreur/le générateur. En intégrant des diffuseurs dans un ensemble à cloche d'extrémité classique, l'invention fournit un moyen simple et efficace d'accroître l'écoulement d'air de refroidissement à travers un dispositif électromécanique sans augmenter le nombre de pièces et le coût et sans affecter l'enveloppe du dispositif ou l'intégrité structu- relle de la cloche d'extrémité. L'utilisation d'aubes aérodynamiques augmente fortement l'écoulement d'air à travers le dispositif, ce qui réduit les températures des composants du démarreur/générateur. L'invention a été représentée et décrite en réfé- rence à un ventilateur du type à hélice 20, qui tourne dans un sens, et un diffuseur possédant des aubes 60, 62, qui sont conçues de manière à rediriger l'écoulement d'air depuis le ventilateur suivant une direction axiale, et les aubes sont ainsi agencées en fonction du sens de rotation du ventilateur. On comprendra que, si le ventilateur est conçu de manière à tourner dans le sens opposé, c'est-à- dire en sens inverse des aiguilles d'une montre et non dans le sens des aiguilles d'une montre, les aubes doivent être constituées de manière à s'étendre dans la direction oppo- sée pour rediriger l'écoulement d'air depuis un tel venti- lateur, dans la direction axiale comme précédemment. D'autres changements et modifications des formes de réalisation spécifiques représentées et décrites appa- raîtront à l'évidence aux spécialistes de la technique et entrent dans le cadre de l'invention. Bien que l'invention ait été représentée et décrite en référence à des formes de réalisation particulières, ces dernières sont données uni- quement à titre illustratif et sans aucun caractère limita- tif. Ainsi, l'invention n'est pas censée être limitée dans sa portée et dans ses effets aux formes de réalisation spé- cifiques représentées et décrites ici, ni d'une quelconque autre manière qui soit incompatible avec les perfec- tionnements apportés à la technique pour la présente inven- tion. REVENDICATIONS 1. Dispositif combiné, caractérisé en ce qu'il comporte un diffuseur d'air de refroidissement (42,44), un démarreur/générateur (10) possédant une entrée pour l'air et un ventilateur de refroidissement (20) servant à envoyer par soufflage l'air de refroidissement depuis l'entrée pour l'air, dans le démarreur/générateur (10) par l'intermé- diaire du diffuseur, ledit diffuseur possédant un nombre d'aubes aérodynamiques (60,62) servant à diriger un écoule- ment d'air dans le démarreur/générateur (10). 2. Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites aubes (60,62) produisent un écoulement d'air globalement axial pénétrant dans le démar- reur/générateur (10). 3. Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ventilateur (20) produit un écou- lement d'air de refroidissement tourbillonnant et que l'écoulement d'air provenant du diffuseur (42,44) est un écoulement d'air globalement axial. 4. Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aube (60) est courbe, dans une coupe transversale prise le long de l'axe d'entraînement du démarreur/générateur (10). 5. Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que le diffuseur comprend un moyeu (42) et une jante concentrique extérieure (44), chaque aube (60) se présentant sous la forme d'un plan de sustentation et étant en outre disposée radialement de manière à raccorder ledit moyeu (42) et ladite jante (44). 6. Dispositif combiné selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit moyeu (42) et ladite jante (44) sont disposés concentriquement le long de l'axe d'entraîne- ment du démarreur/générateur (10), chaque aube (60) s'éten- dant globalement longitudinalement le long de l'axe d'en- traînement. 7. Dispositif combiné selon la revendication 6, caractérisé en ce que chaque aube (60) est courbe, dans une coupe transversale prise le long de l'axe d'entraînement du démarreur/générateur (10). 8. Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aube (60) possède une paire de surfaces courbes (72), qui dirigent l'écoulement d'air dans le démarreur/générateur (10), lesdites surfaces (72) étant réunies par des extrémités d'entrée et de sortie radiales du diffuseur (42,44). 9. Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque aube (60) possède une première extrémité radiale disposée au voisinage de la sortie du ventilateur de refroidissement (20). 10. Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un ensemble d'extrémité en forme de cloche (40) recouvrant le ventilateur de refroidissement (20), le diffuseur étant réalisé d'un seul tenant avec l'ensemble d'extrémité en forme de cloche (40). 11. Dispositif combiné selon la revendication 1, caractérisé en ce que les aubes (60) dirigent efficacement l'écoulement d'air avec une perte d'énergie minimale. 12. Dispositif produisant un écoulement d'air de refroidissement pour un démarreur/générateur (10), caracté- risé en ce qu'il comporte un moyeu (42), une jante (44) extérieure et un certain nombre d'aubes aérodynamiques (60) disposées d'une manière générale radialement de manière à raccorder ledit moyeu et ladite jante, ledit dispositif de production d'écoulement d'air dirigeant un écoulement d'air de refroidissement, qui d'une manière générale est axial, dans le démarreur/générateur (10). 13. Dispositif selon la revendication 12, carac- térisé en ce que chaque aube (60) est courbe, dans une coupe transversale prise le long de l'axe d'entraînement du démarreur/générateur (10). 14. Dispositif selon la revendication 12, carac- térisé en ce que ledit moyeu (42) et ladite jante (44) sont disposés concentriquement le long de l'axe d'entraînement du démarreur/générateur (10), chaque aube (60) s'étendant d'une manière générale longitudinalement dans la direction de l'axe d'entraînement. 15. Dispositif combiné selon la revendication 14, caractérisé en ce que chaque aube (60) est courbe, dans une coupe transversale prise le long de l'axe d'entraînement du démarreur/générateur (10). 16. Dispositif combiné selon la revendication 15, caractérisé en ce que chaque aube (60) possède une paire de surfaces courbes (72), qui dirigent l'écoulement d'air dans le démarreur/générateur (10), lesdites surfaces étant réunies par des extrémités d'entrée et de sortie radiales du diffuseur (42,44). 17. Dispositif électromécanique (10) du type comportant une entrée pour l'air, destinée à recevoir un écoulement d'air de refroidissement pénétrant dans le dis- positif électromécanique, caractérisé en ce qu'il comprend un diffuseur d'air de refroidissement (42,44) disposé entre l'entrée pour l'air et l'intérieur du dispositif électromé- canique (10) pour diriger un écoulement d'air dans ce dis- positif, ledit diffuseur possédant un certain nombre d'aubes aérodynamiques (60,62) servant à diriger ledit écoulement d'air. 18. Dispositif combiné selon la revendication 17, caractérisé en ce que lesdites aubes (60) produisent un écoulement d'air qui d'une manière générale est axial, dans le dispositif électromécanique (10), à une pression accrue par rapport à la pression d'air d'entrée. 19. Dispositif combiné selon la revendication 17, caractérisé en ce que le dispositif électromécanique (10) comprend un ventilateur de refroidissement (20), qui intro- duit de l'air dans l'entrée pour l'air et envoie par souf- il flage de l'air de refroidissement dans le diffuseur, et qu'en outre que le ventilateur (20) produit un écoulement tourbillonnant d'air de refroidissement, et que l'écoule- ment d'air délivré par le diffuseur (42,44) est un écoule- ment d'air, qui d'une manière générale est axial. 20. Dispositif combiné selon la revendication 19, caractérisé en ce que le dispositif électromécanique (10) comprend un ensemble d'extrémité en forme de cloche (40) recouvrant le ventilateur de refroidissement (20), le dif- fuseur (42,44) étant réalisé d'un seul tenant avec l'ensemble d'extrémité en forme de cloche (40). 21. Dispositif combiné selon la revendication 17, caractérisé en ce que chaque aube (60) est arquée dans une coupe transversale passant par l'axe d'entraînement du dis- positif électromécanique (10). 22. Dispositif combiné selon la revendication 17, caractérisé en ce que le diffuseur comprend un moyeu (42) et une jante extérieure concentrique (44), chaque aube (60) étant disposée radialement de manière à raccorder ledit moyeu et ladite jante. 23. Dispositif combiné selon la revendication 17, caractérisé en ce que chaque aube (60) possède la forme d'un plan de sustentation.