Brevet FR2958345A1 — publié le 20111007

RFRO550 L'invention se rapporte aux hélices de ventilateur. Elle concerne plus particulièrement une hélice de ventilateur comportant un moyeu et des pales s'étendant radialement vers l'extérieur à partir du moyeu, dans laquelle chaque pale possède un profil général en aile d'avion avec un bord d'attaque et un bord de fuite, une fibre neutre et une corde entre le bord d'attaque et le bord de fuite. Une telle hélice peut être utilisée notamment dans les équipements de véhicules automobiles, par exemple dans un groupe moto-ventilateur pour accélérer un flux d'air au travers d'un module de refroidissement comprenant un ou plusieurs échangeurs de chaleur, dont le radiateur de refroidissement du moteur du véhicule. L'hélice est alors fixée sur un arbre d'un moteur électrique pour être entraînée en rotation. Le document FR 2 818 705 décrit une hélice à pales articulées avec des ressorts de rappel. La forme et le montage des différentes pièces sont complexes, avec des risques de vibrations, de bruits et de faible fiabilité. Dans l'application particulière à un groupe moto-ventilateur de véhicules automobiles, l'hélice doit fonctionner dans une large plage de conditions et doit être capable de produire un débit d'air élevé avec un très faible besoin en énergie. L'hélice est actionnée à l'arrêt du véhicule ou à faible vitesse du véhicule. A haute 1 vitesse du véhicule, la pression dynamique permet en général un débit d'air suffisant à travers les échangeurs pour répondre au besoin de refroidissement. L'hélice, non entraînée, induit une perte de charge qui réduit le débit d'air à travers les échangeurs disposés en aval. La pression dynamique fait tourner l'hélice, à des vitesses parfois importantes avec des inconvénients d'usure du moteur d'entraînement de l'hélice dont le rotor est entraîné en rotation par l'hélice, de vibrations, ou encore de problèmes acoustiques. L'invention a notamment pour but de surmonter les inconvénients précités. Elle vise en particulier à procurer une hélice de ventilateur susceptible de fonctionner dans une large plage de conditions de fonctionnement tout en étant robuste, économique, peu consommatrice d'énergie à haute vitesse du véhicule, et d'offrir de faibles pertes de charge et une faible vitesse de rotation à haute vitesse du véhicule. L'invention propose, à cet effet, que l'hélice comprenne au moins une pale à calage variable entre une position active et une position inactive. La page à calage variable comprend une partie fixe par rapport au moyeu et une partie mobile articulée par rapport à la partie fixe. L'hélice peut ainsi être fabriquée dans des conditions économiques tout en réduisant la consommation d'énergie du véhicule, la génération de bruit et en améliorant le refroidissement à haute vitesse du véhicule. La position active est celle de l'hélice entraînée par le moteur électrique. La position inactive est celle de l'hélice entraînée par le vent relatif. Selon un mode de réalisation avantageux, la pale pourra être venue de moulage et comprendre en outre une partie déformable supportée par la partie fixe, ladite partie mobile étant supportée par la partie déformable. La pale à calage variable peut comprendre plusieurs matières, notamment deux. La partie déformable peut être réalisée en un matériau plus élastique que la partie fixe. Une telle hélice s'avère très robuste. La pale à calage variable peut, alternativement, être monobloc avec une partie déformable d'épaisseur moindre que la partie fixe. Une telle hélice peut comprendre un thermoplastique élastomère. La pale à calage variable peut comprendre un bord d'attaque relevant de la partie fixe, et un bord de fuite relevant de 20 la partie mobile. Dans un mode de réalisation, la partie déformable comprend un élément allongé formant charnière. La charnière est souple. La partie déformable peut être sensiblement droite. 25 Dans un autre mode de réalisation, la partie déformable comprend une pluralité d'éléments formant charnière. Les éléments sont disjoints. Les éléments de la partie déformable peuvent être au nombre de deux. La partie fixe 30 peut comprendre un bord courbe voisin de la partie mobile. La partie déformable en plusieurs éléments charnières offre une plus grande liberté de dessin de l'interface entre la partie fixe et la partie mobile. Dans un mode de réalisation, la partie mobile est montée pivotante sur la partie fixe autour d'un axe géométrique sensiblement radial par rapport à un axe général de l'hélice. L'axe de pivotement de la partie mobile, disposé dans un plan radial, peut être distant de l'axe général de l'hélice. Dans un mode de réalisation, la partie mobile est montée pivotante sur la partie fixe autour d'un axe géométrique inscrit dans un plan parallèle à un axe général de l'hélice. L'axe de pivotement de la partie mobile peut être incliné par rapport à un plan radial de l'hélice. Dans un mode de réalisation, l'hélice comprend une butée de position active assurant un positionnement satisfaisant de la partie mobile lors de l'entraînement en rotation de l'hélice par le moteur électrique. La butée de position active peut être ménagée sur la partie fixe. Dans un mode de réalisation, l'hélice comprend une butée de position inactive ou effacée pour la partie mobile, assurant un positionnement satisfaisant de la partie mobile lors d'un fonctionnement à haute vitesse du véhicule, le moteur électrique étant à l'arrêt. La butée de position inactive peut être ménagée sur le moyeu. De préférence, chaque pale de l'hélice est à calage variable. Dans un mode de réalisation, les extrémités de pales sont libres.30 Dans un autre mode de réalisation, les extrémités de pales supportent une virole. Ainsi, l'hélice offre un fonctionnement semblable aux hélices classiques lorsqu'elle est entraînée par le moteur électrique, et un fonctionnement amélioré lors d'un roulage du véhicule, le moteur électrique étant à l'arrêt. Une réduction de la perte de charge de l'ordre de 100 à 150 Pa est obtenue sur une hélice de diamètre supérieur à 350 mm. Dans la description détaillée qui suit, faites seulement à titre d'exemple, on se réfère aux dessins annexés, sur lesquels : - la figure 1 est une vue arrière en élévation d'une hélice de ventilateur selon un mode de réalisation de l'invention; - la figure 2 est une vue de détail de la figure 1 selon le rectangle en pointillés; - la figure 3 est une variante de la figure 2; - la figure 4 est une variante de la figure 2; 25 - la figure 5 est une variante de la figure 2; - la figure 6 est une vue en coupe transversale d'une pale d'hélice selon l'invention en position de moulage; 30 - la figure 7 est une vue de la pale de la figure 6 en position active; - la figure 8 est une vue de la pale de la figure 6 en position effacée. On se réfère d'abord à la figure 1 qui montre une hélice 10 selon l'invention destinée à faire partie, dans l'exemple, d'un groupe moto-ventilateur d'un véhicule automobile. Cette hélice est avantageusement réalisée par moulage d'une matière plastique appropriée pour les parties rigides, et d'une matière élastique appropriée pour les parties souples. Le moulage peut être effectué dans un moule à écluse avec co-injection, ou dans un moule rotatif avec un moulage en deux temps dans des demi-moules, ou encore par surmoulage directement dans le même moule. A cet effet, on peut prévoir un moule apte à mouler conjointement les parties rigides de l'hélice, injecter en première étape une matière plastique dans le moule pour mouler les parties rigides, injecter ensuite une matière élastique dans le moule pour surmouler les parties souples, et démouler l'hélice ainsi formée. L'hélice 10 comprend un moyeu 12, encore appelé "bol", propre à être calé sur un arbre moteur, non représenté, d'un moteur électrique pour être entraîné en rotation autour d'un axe suivant un sens de rotation donné. Le moyeu 12 peut comprendre un corps en forme de coupelle avec un disque de forme générale radiale, un bord extérieur de forme générale axiale et un bord intérieur de forme générale axiale pour montage sur un arbre. Des nervures de renfort peuvent être prévues dans des plans passant par l'axe de rotation de l'hélice 10, entre les bords extérieur et intérieur. A partir du moyeu 12 s'étend radialement une pluralité de pale 14, dans l'exemple au nombre de 7. Ces pales ont une extrémité intérieure 16 (appelée encore "racine" ou "pied") rattachée au moyeu 12 et une extrémité extérieure 18 qui est, ici, reliée à un anneau extérieur 20 (encore appelé "virole"). Toutefois, dans une variante non représentée, les extrémités extérieures 18 des pales sont libres. Entre les extrémités 16 et 18 s'étend une région intermédiaire. Chaque pale est délimitée par un bord d'attaque 28 et un bord de fuite 30. En section selon un plan transversal, la pale 14 peut présenter tout profil approprié, le profil illustré sur les figures 6 à 8 étant donné à titre d'exemple. Le bord d'attaque 28 peut présenter une épaisseur de l'ordre de 3 à 8 mm assurant une rigidité élevée. Chaque pale 14 comprend une partie fixe 22, une partie mobile 24 et une partie déformable 26. La partie fixe supporte le bord d'attaque 28. La partie fixe 22 est reliée rigidement au moyeu 12. Dans le mode de réalisation illustré sur les figures 1 et 2, l'extrémité intérieure 16 de la pale 14 fait partie de la partie fixe 22. L'extrémité extérieure 18 de la pale 14 appartient, pour une part, à la partie fixe 22 et, pour une autre part, à la partie mobile 24. L'anneau extérieur 20 est supporté par la part de l'extrémité extérieure 18 relevant de la partie fixe 22. Le bord de fuite 30 appartient majoritairement à la partie mobile 24. L'hélice 10, plus particulièrement la partie fixe 22, la partie mobile 24 et la partie déformable 26, est venue de moulage, par exemple par co-injection. La partie déformable 26 peut être réalisée en un matériau souple, par exemple comprenant un élastomère, notamment un élastomère injectable. Le reste de l'hélice 14 peut comprendre du polyamide ou du polypropylène muni d'une charge minérale appropriée. La partie mobile 24 comprend un bord extérieur 34 en concordance de forme avec l'alésage de l'anneau extérieur 20. Le bord extérieur 34 peut être en contact avec l'anneau extérieur 20. Le bord extérieur 34 est libre de se déplacer par rapport à l'anneau extérieur 20. La jonction entre la partie mobile 24 et la partie fixe 22 est assurée par la partie déformable 26 s'étendant sous la forme d'une bande droite de faible largeur, voir figure 2. La partie déformable 26 s'étend du côté aval de la pale 14. Les côtés amont et aval de la pale 14 sont déterminés conventionnellement par rapport au sens d'écoulement de l'air lors du fonctionnement de l'hélice 10. La partie déformable 26 forme une charnière permettant à la partie mobile 24 de pivoter par rapport à la partie fixe 22 d'un angle de l'ordre de 30 à 90° selon les flèches des figures 2 à 5. Le pivotement, assuré par la partie déformable 26, s'effectue selon un axe géométrique 36 illustré en pointillés sur la figure 2. L'axe de pivotement 36 peut être inscrit dans un plan radial à l'axe de rotation de l'hélice 14 ou dans un plan incliné par rapport à un tel plan radial. L'axe de pivotement 36 est inscrit dans un plan parallèle à l'axe de rotation de l'hélice 24. L'axe de pivotement 36 passe à une faible distance du moyeu 12, toutefois sans intersection. Dans le mode réalisation de la figure 2, la partie mobile 24 occupe une majeure partie de la surface de la pale 14 en vue arrière en élévation, par exemple entre 60 et 80 %. On assure ainsi une réduction importante de la contrepression générée par l'hélice lors de sa rotation, le moteur électrique étant arrêté. La surface que l'hélice oppose à l'écoulement de l'air est considérablement réduite en position inactive. Plusieurs positions possibles de la pale 14 sont illustrées sur les figures 6 à 8 qui sont prises en coupe transversale selon A-A de la figure 2. Sur la figure 6, la pale 14 est en une position de moulage. La partie déformable 26 est logée dans une rainure allongée, ménagée à la fois dans la partie fixe 22 et dans la partie mobile 24 sur une profondeur de l'ordre de 0,5 à 8 mm. La profondeur de l'encoche détermine l'épaisseur de la partie déformable 26. L'encoche peut laisser subsister la partie fixe 22 et la partie mobile 24 du côté amont dans le sens prévu pour l'écoulement de l'air. Du côté amont, la partie fixe 22 et la partie mobile 24 peuvent être disjointes ou reliées par une très faible quantité de matériau synthétique formant un pont entre la partie fixe 22 et la partie mobile 24 en sortie de moulage. Le pont est apte à être rompu aisément. La rupture du pont obtenu par résidu de moulage peut être effectuée lors de la pose ou lors du premier fonctionnement de l'hélice. La figure 7 montre la même pale 14 en position active. La partie mobile 24 est sensiblement alignée et/ou tangente avec la partie fixe 22. La partie déformable 26 est en légère extension. Les bords voisins 42 et 44 des parties fixe 22 et mobile 24 respectivement sont en contact. Le contact entre les bords 42 et 44 se produit, de préférence à plat, surface contre surface. En outre, une butée peut être prévue sur l'alésage de l'anneau extérieur 20. Ladite butée peut présenter la forme d'une nervure allongée contre laquelle la partie mobile 24 vient s'appuyer. La nervure allongée peut être en concordance de forme avec la partie mobile 24, assurant une réduction de l'écoulement d'air entre la partie mobile 24 et l'anneau extérieur 20. Le rendement aéraulique en est amélioré. Une nervure analogue peut être prévue en saillie vers l'extérieur sur une surface extérieure du moyeu 12. Alternativement, les bords 42 et 44 peuvent être distants. La partie déformable 26 peut occuper sensiblement l'épaisseur de la pale 14. Une butée de position active peut être prévue sur le moyeu 12 et/ou sur l'anneau extérieur 20. Dans une variante, le maintien en position active est assuré par la partie déformable 26 elle-même, de par son élasticité. Au contraire, en position de moulage, les bords 42 et 44 faisaient un angle l'un par rapport à l'autre, par exemple de l'ordre de 20 à 30°. L'hélice à laquelle appartient la pale 14 est alors en mouvement de rotation dans le sens de la flèche 46, générant un flux d'air dans le sens de la flèche 48. La position active, illustrée sur la figure 7, est, ici, déterminée par le contact du bord 44 de la partie mobile 24 sur le bord 42 de la partie fixe 22 formant butée. Dans la position inactive également appelée "effacée" de la figure 8, l'angle entre la partie mobile 24 et la partie fixe 22 est maximal alors qu'il était minimal dans la position active de la figure 7 et d'une valeur intermédiaire dans la position de moulage de la figure 6. Ledit angle de position effacée peut être de l'ordre de 70 à 90° sur la figure 8 par rapport à l'angle conventionnellement nul en position active. La partie déformable 26 est alors pliée en assurant la fonction de charnière. Les bords 42 et 44 forment entre eux un angle correspondant à la course angulaire de pivotement de la partie mobile 24 par rapport à la partie fixe 22. La partie mobile 24 est effacée par rapport à l'écoulement de l'air selon la flèche 50 résultant d'un roulage du véhicule à haute vitesse, également dénommé, vent relatif. Afin de contrôler le pivotement de la partie mobile 24, une butée 52 de position effacée peut être prévue. La butée 52 peut être une protubérance supportée par l'anneau extérieur 20. La butée 52 est monobloc avec l'anneau extérieur 20. La butée 52 peut appartenir à une autre pièce, par exemple un stator de ventilateur. Alternativement, la butée 52 peut être prévue sur la partie fixe 22 ou sur le moyeu 12, notamment en l'absence d'anneau extérieur 20. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 3, l'axe de pivotement 36 de la partie mobile 24 par rapport à la partie fixe 22 a été déplacé en s'éloignant du bord d'attaque 28. En d'autres termes, la partie fixe 22 occupe une proportion de la surface de la pale 14 de l'ordre de 20 à 50 %. L'hélice 10 est alors particulièrement robuste. La partie mobile 24 peut pivoter d'un angle élevé pour assurer une réduction significative des pertes de charges en position effacée. Dans le mode de réalisation de la figure 4, l'axe de pivotement 36 de la partie mobile 24 par rapport à la partie fixe 22 présente une intersection avec le moyeu 12. La partie mobile 24 occupe une proportion élevée de la surface de la pale 14, par exemple de l'ordre de 70 à 90 %. La partie mobile 24 comprend un bord intérieur 54 en concordance de forme avec une région 56 de la partie fixe 22 formant un aileron naissant à partir du moyeu 12 et s'étendant sur une faible distance radialement vers l'extérieur jusqu'au bord intérieur 54 de la partie mobile 24. Comme dans les modes de réalisation précédents, la partie déformable 26 est monobloc, la partie déformable 26 se présente sous la forme d'une bande de section sensiblement rectangulaire. Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, l'axe 36 de pivotement de la partie mobile 24 par rapport à la partie fixe 22 est dans une position voisine du mode de réalisation de la figure 4 avec intersection avec le moyeu 12. La partie déformable 26 est réalisée en deux éléments séparés 60 et 62, l'un au voisinage du moyeu 12 et l'autre au voisinage de l'anneau extérieur 20. L'axe de pivotement 36 peut alors affleurer le bord d'attaque 28. Les bords 42 et 44 des parties fixe 22 et mobile 24 peuvent présenter une incurvation, par exemple une incurvation analogue à celle du bord d'attaque 22. Au contraire, dans les modes de réalisation précédents, les bords 42 et 44 sont plans. La partie mobile 24 peut présenter une surface importante tout en conservant une partie fixe 22 robuste pour supporter la partie mobile 24 et l'anneau extérieur 20. La réalisation de la partie déformable 26 formant charnière en deux parties offre une liberté de dessin et de conception des bords 42 et 44 et plus généralement des surfaces en regard appartenant à la partie fixe 22 et à la partie mobile 24. L'invention trouve une application aux véhicules automobiles. L'hélice s'avère particulièrement robuste, de fabrication aisée, à faible risque de vibration ou de bruit, et offrant une circulation d'air améliorée, d'où une moindre sollicitation du moteur électrique d'entraînement à des vitesses intermédiaires, et une réduction de la consommation d'énergie aux vitesses intermédiaires et élevées. Revendications1. Hélice (10) de ventilateur, notamment pour un bloc de ventilation de véhicule automobile, comprenant un moyeu (12) et des pales (14) supportées par le moyeu, au moins une pale étant à calage variable entre une position active et une position inactive, caractérisée en ce que la pale (14) à calage variable comprend une partie fixe (22) par rapport au moyeu et une partie mobile (24), articulée par rapport à ladite partie fixe (22). 2. Hélice selon la revendication 1 dans laquelle la pale est venue de moulage et comprend en outre une partie déformable (26), supportée par la partie fixe (22), ladite partie mobile (24) étant supportée par la partie déformable (26). 3. Hélice de ventilateur selon la revendication 2, caractérisée en ce que la pale (14) à calage variable est bimatière, la partie déformable (26) comprenant un matériau plus élastique que la partie fixe (22). 4. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que la pale (14) à calage variable comprend un bord d'attaque (28) faisant partie de la partie fixe (22), et un bord de fuite (30) faisant partie de la partie mobile (24). 5. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la partie déformable (26) comprend un élément allongé formant charnière. 6. Hélice de ventilateur selon la revendication 5, caractérisée en ce que la partie déformable (26) est 30 sensiblement droite. 7. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que la partie déformable comprend unepluralité d'éléments formant charnière, lesdits éléments étant disjoints. 8. Hélice de ventilateur selon la revendication 7, caractérisée en ce que la partie fixe (22) comprend un bord 5 courbe voisin de la partie mobile. 9. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la partie mobile (24) est montée pivotante sur la partie fixe (22) autour d'un axe géométrique (36) sensiblement radial par rapport à un 10 axe de rotation de l'hélice. 10. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la partie mobile (24) est montée pivotante sur la partie fixe (22) autour d'un axe géométrique (36) inscrit dans un plan parallèle à un axe de 15 rotation de l'hélice. 11. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend une butée de position active et une butée de position inactive pour la partie mobile. 20 12. Hélice de ventilateur selon la revendication 11, caractérisée en ce que la butée de position active est ménagée sur la partie fixe. 13. Hélice de ventilateur selon la revendication 11 ou 12, caractérisée en ce que la butée de position inactive est 25 ménagée sur le moyeu. 14. Hélice de ventilateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que chaque pale (14) est à calage variable.