Brevet FR3020416A1 — publié le 20151030

VENTILATEUR POUR MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE DE VEHICULE AUTOMOBILE [0001] La présente invention concerne un ventilateur pour machine électrique tournante, notamment pour alternateur ou alterno-démarreur, pouvant être installé dans un véhicule automobile. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel ventilateur, ainsi qu'une machine électrique tournante comprenant un tel ventilateur. L'invention concerne aussi un véhicule automobile équipé d'une machine électrique tournante comprenant le ventilateur. [0002] Les alternateurs sont connus dans le domaine automobile et, dans un véhicule, servent à produire de l'électricité en utilisant l'énergie mécanique fournie par le moteur thermique pendant les phases de fonctionnement de celui-ci. Ils sont en général équipés d'un ventilateur pour leur refroidissement. Les alterno-démarreurs, qui combinent la fonction d'alternateur et la fonction de démarreur, sont également connus, et ils sont de plus en plus utilisés, toujours dans le domaine automobile, notamment dans la filière des véhicules hybrides. Les alterno-démarreurs sont également, en général, équipés d'un ventilateur pour leur refroidissement. [0003] Les ventilateurs d'alternateurs et d'alterno-démarreurs sont susceptibles de produire un bruit aéraulique, qualifié de sirène. Ce bruit émerge, dans un véhicule automobile, du bruit de l'ensemble du véhicule, qui est normalement dominé par le bruit du moteur thermique. [0004] Pour rendre plus discret le bruit ainsi produit par les ventilateurs des alternateurs et alterno-démarreurs de véhicules automobiles, il est possible de dimensionner les ailettes du ventilateur pour répondre à une exigence en matière de niveau de bruit d'ensemble. Mais cette approche impose des contraintes très fortes quant aux caractéristiques du ventilateur, ce qui, au final, limite les performances de refroidissement de la machine tournante par le ventilateur et, par conséquent, la performance de l'alternateur ou de l'alterno-démarreur. [0005] II est connu du document EP 1 555 440 un rotor comportant des ailettes sur sa circonférence, deux ailettes successives étant séparées par une distance circonférentielle, qui prend l'une ou l'autre de deux valeurs, la séquence des deux valeurs correspondant à une « séquence binaire pseudo-statistique ». Le bruit caractéristique du dispositif est indiqué être atténué. [0006] Cette divulgation ne donne pas une répartition détaillée des ailettes autour du rotor. Il est notamment prévu que la séquence binaire pseudo-statistique soit appliquée seulement à un groupe d'ailettes parmi l'ensemble des ailettes du rotor. [0007] Les enseignements de l'art antérieur en matière de répartition des ailettes d'un ventilateur ne sont pas efficaces pour atténuer l'harmonique de la fréquence de rotation principalement incriminée dans le bruit aéraulique. Cette harmonique est directement liée au nombre d'ailettes du ventilateur, et pour un ventilateur à onze ailettes, elle est notée H11. [0008] La présente invention a ainsi notamment pour objet d'atténuer au mieux l'harmonique principalement incriminée dans le bruit aéraulique d'un ventilateur, qui est liée à son nombre d'ailettes, et d'éviter l'émergence d'autres fréquences sonores liées aux pales du ventilateur. [0009] A cet effet, il est proposé un ventilateur pour machine électrique tournante de véhicule automobile, comprenant une succession d'ailettes réparties autour d'un axe de rotation, chacune desdites ailettes étant disposée angulairement autour dudit axe, par rapport à une position qui serait la sienne si toutes les ailettes étaient disposées de manière équidistante, avec un décalage angulaire respectif, caractérisé en ce que le décalage angulaire est pris, pour les ailettes successives, suivant une séquence binaire pseudo-aléatoire, parmi deux valeurs prédéfinies pour le ventilateur. [0010] Grâce à la disposition ainsi proposée, la succession des ailettes présente un caractère aléatoire, par un phénomène similaire à un brouillage par la méthode mathématique dite méthode de Scrambler additive. Ainsi, l'harmonique liée au nombre d'ailettes est fortement, si ce n'est totalement, effacée, et aucun autre pic de volume sonore n'est créé à une autre fréquence particulière. On étale par conséquent le volume sonore lié à la rotation du ventilateur, on évite l'émergence d'un bruit caractéristique, et on conserve, pour l'ensemble du véhicule, le bruit global essentiellement constitué du bruit du moteur thermique. Il est alors possible de ne pas contraindre excessivement la conception du ventilateur pour des raisons acoustiques, et de dimensionner celui-ci pour assurer une performance de refroidissement élevée, pour un fonctionnement optimal de la machine électrique tournante. [0011] Avantageusement, la séquence binaire pseudo-aléatoire a une longueur de génération adaptée, en fonction du nombre d'ailettes du ventilateur, pour minimiser les répétitions de motifs dans la succession d'écarts angulaires entre ailettes. [0012] Avantageusement, la différence entre les deux valeurs de décalage angulaire est d'au moins 4°. [0013] Avantageusement, le ventilateur a entre 9 et 16 ailettes, et la séquence binaire pseudo-aléatoire utilisée a une longueur de génération de 4. Le ventilateur peut avoir 11 ailettes par exemple. [0014] L'invention a également pour objet un alternateur ou alterno-démarreur pour véhicule automobile, comprenant un ventilateur tel qu'évoqué plus haut. [0015] L'invention a également pour objet un véhicule automobile, comprenant un alternateur ou un alterno-démarreur tel qu'évoqué précédemment. [0016] L'invention a également pour objet une méthode de fabrication d'un ventilateur pour machine électrique tournante de véhicule automobile, comprenant le positionnement d'une succession d'ailettes réparties autour d'un axe de rotation, en disposant chacune desdites ailettes angulairement autour dudit axe, par rapport à une position qui serait la sienne si toutes les ailettes étaient disposées de manière équidistante, avec un décalage angulaire respectif, caractérisé en ce que le décalage angulaire est pris, pour les ailettes successives, parmi deux valeurs prédéfinies pour le ventilateur suivant une séquence binaire pseudo-aléatoire. [0017] D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif et illustré par les dessins joints, également donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels : - la figure 1 est une vue schématique d'un type d'alternateur; - la figure 2 est une vue schématique d'un autre type d'alternateur ; - la figure 3 est une vue de face d'un ventilateur d'alternateur ; - la figure 4 est un schéma représentant le positionnement des ailettes d'un ventilateur n'incorporant pas l'invention ; - la figure 5 est un schéma représentant le positionnement des ailettes d'un ventilateur selon l'invention, par rapport au ventilateur de la figure 4, et - la figure 6 est un schéma du positionnement des ailettes d'un ventilateur selon l'invention. - la figure 7 est un schéma de véhicule automobile comprenant une machine électrique tournante selon l'invention. [0018] On a représenté sur la figure 1 un alternateur 100 pour véhicule automobile. [0019] Il comporte une carcasse composée par l'assemblage de deux flasques 110 et 115. L'axe d'un rotor 120, en rotation autour d'un axe X-X est articulé en rotation vis à vis des flasques 110 et 115, par l'intermédiaire de paliers (non représentés). [0020] A l'intérieur de la carcasse, un stator 150 entoure l'âme 130 du rotor 120. L'alternateur peut comporter également un collecteur, un pont de diode redresseur, un porte-balai régulateur et un capot (non représentés). [0021] L'alternateur 100 transforme de l'énergie mécanique en énergie électrique, mais peut aussi, dans certains modes de réalisation, transformer de l'énergie électrique en énergie mécanique. Dans ce cas, l'alternateur 100 est, comme on l'a vu précédemment, qualifié d'alterno-démarreur. Il peut alors servir pour démarrer le moteur thermique d'un véhicule, par exemple un véhicule automobile. [0022] Dans le mode de réalisation de la figure, l'âme 130 du rotor 120 porte sur chacun de ses flancs une série d'ailettes radiales réparties autour de l'axe XX. Ces deux séries d'ailettes sont repérées sur la figure par les références 140 et 145. Elles sont entraînées toutes les deux en rotation avec l'âme 130 du rotor 120, quand l'alternateur 100 est en fonctionnement. Ces ensembles d'ailettes assurent la fonction de refroidissement de l'alternateur 100 et constituent donc des ventilateurs. [0023] En figure 2, on a représenté un deuxième type d'alternateur pouvant incorporer l'invention. Les références des éléments se retrouvant dans le mode de réalisation de la figure 2 de la même manière que dans le mode de réalisation de la figure 1 sont simplement incrémentées de la valeur 100, pour faciliter la lecture. Contrairement au mode de réalisation de la figure 1, l'âme 230 du rotor 220 ne porte pas sur ses flancs d'ailettes de ventilation. Par contre, la fonction de ventilation est assurée par une série d'ailettes disposées radialement autour de l'axe XX à l'extérieur des flasques 210 et 215. Cette série d'ailettes constitue un ventilateur référencé 240. Le ventilateur 240 est à nouveau entraîné en rotation par le rotor 220. [0024] Les ailettes du ventilateur peuvent prendre différentes formes. En figure 3, on a représenté, vue de face, l'alternateur 200 et son ventilateur 240, qui est ici en tôle emboutie. Le modèle représenté a treize ailettes. Celles-ci présentent un coude sur l'une de leurs faces, mais d'autres géométries d'ailettes peuvent être envisagées. [0025] En figure 4, on a représenté schématiquement un ventilateur 400 selon l'art antérieur. Le modèle représenté est un ventilateur à onze ailettes. Les ailettes 401 à 411 sont toutes disposées selon une répartition régulière autour de l'axe du ventilateur (répartition équidistante). Ainsi, l'angle entre deux ailettes est constant et est égal à la valeur e = 360/11 = 330 . [0026] Selon l'invention, et en référence à la figure 5, la disposition des ailettes 601 à 611 d'un ventilateur 600 est obtenue à partir de la répartition équidistante en appliquant un décalage à la position angulaire de chacune des ailettes, le décalage étant défini, individuellement pour chaque ailette, de la manière qui va être présentée ci-après. [0027] Par rapport à la position de l'ailette dans le cas d'une répartition équidistante, l'ailette est positionnée avec un décalage angulaire qui prend l'une ou l'autre de deux valeurs. Ces deux valeurs a et [3 sont définies et fixées préalablement pour le ventilateur. [0028] Il est recommandé que, pour que les avantages de l'invention soient sensibles, la différence des deux valeurs de décalage a et [3 soit supérieure à un minimum, qui pour un ventilateur à onze ailettes, est indiqué être 4°. [0029] Ainsi, si le minimum choisi est de 4°, les cbux valeurs de décalage peuvent être de -2° et +2° ou -1° et +3°, ou encore -3° et +1°. [0030] Si le minimum est choisi égal à 5°, les deux valeurs peuvent être -2,5° et +2,5°, ou -2° et +3°, ou encore -3° et +2°. D'autres combàisons sont possibles. [0031] Selon l'invention, la séquence des décalages successifs, pour les ailettes du ventilateur, est définie selon la méthode PRBS, pour pseudo random binary sequence (terminologie anglaise pour séquence binaire pseudo-aléatoire). On rappelle que dans une séquence binaire pseudo-aléatoire la génération des nouveaux éléments de la séquence est faite à l'aide d'une combinaison logique (utilisant un opérateur ou exclusif) de deux éléments antérieurs de la séquence. [0032] La séquence binaire pseudo-aléatoire est générée à partir d'une valeur de longueur de génération choisie en fonction du nombre d'ailettes. [0033] Ainsi, pour un ventilateur à onze ailettes, il est avantageux de choisir une longueur de génération de la séquence binaire pseudo-aléatoire égale à 4. Le type de la séquence est noté PRBS 24. [0034] Pour un ventilateur à onze ailettes, une séquence PRBS 24 est par exemple la suivante : 10001001101. [0035] Ainsi, en utilisant cette séquence dans le mode de réalisation où l'écart entre les deux décalages est de 40, et si les deux décalages sont respectivement a=-2° et [3=+2°, les ailettes du ventilateur à onze ailettes sont réparties autour de l'axe avec des décalages, par rapport à la disposition qu'elles auraient si elles étaient disposées de manière équidistante, qui suivent la séquence -2°, +2°, +2°, +2°, -2°, +2°, +2°, -2°, -2°, +2°, -2°. Cela apparaît enfigure 6. Le ventilateur 600 à onze ailettes comprend des ailettes 601 à 611 disposées selon l'invention. On constate que les écarts entre deux ailettes consécutives peuvent prendre trois valeurs : e1, 02 (égal à 0) et 03. [0036] L'utilisation d'une telle séquence binaire pseudo-aléatoire pour les décalages angulaires a et [3 des ailettes successives permet de réduire le bruit acoustique des sirènes aérauliques du ventilateur et, par conséquent, de modifier la coloration du bruit de l'alternateur ou de l'alterno-démarreur. Notamment, grâce à l'invention, on diminue fortement l'intensité de l'émission acoustique correspondant à l'harmonique engendrée par la répétition des ailettes quand celles-ci sont réparties de manière régulière autour de l'axe. Il s'agit là d'une application de la méthode de Scrambler additive à la répétition des ailettes. [0037] Dans le cas d'un ventilateur à onze ailettes, cette harmonique est notée H11, et la séquence binaire pseudo-aléatoire de longueur de génération 4, appliquée au décalage angulaire des ailettes, permet de supprimer l'harmonique H11. [0038] Une autre répartition des ailettes est envisageable pour un ventilateur à onze ailettes, dans le cadre de l'invention, pour autant que la séquence des décalages soit une séquence binaire pseudo-aléatoire. Un effet maximal est obtenu avec une séquence PRBS 24. [0039] Pour un ventilateur à 23 = 8 ailettes ou à moins de 8 ailettes, une séquence PRBS 23 est plus efficace, alors que pour un ventilateur à plus de 24 = 16 ailettes, une séquence PRBS 25 est plus efficace. [0040] En effet, pour un ventilateur ayant un nombre d'ailettes donné, il est, selon l'invention, recommandé de choisir une séquence binaire pseudo-aléatoire dont la longueur de génération est choisie pour minimiser la répétition de motifs sur une séquence dont la longueur est égale au nombre d'ailettes. Une longueur de génération trop faible ou trop élevée mènera, par rapport à la longueur de génération optimale, à la répétition de motifs dans la séquence des ailettes. [0041] De manière générale, grâce à l'invention, on étale l'énergie acoustique sur l'ensemble du spectre des fréquences sonores, et on évite l'émergence d'une sirène correspondant à une harmonique donnée de la fréquence de rotation du rotor. L'invention s'applique aux alternateurs, aux alterno-démarreurs et autres machines tournantes électriques, équipés d'un ventilateur de refroidissement. Elle est particulièrement intéressante pour l'équipement des véhicules automobiles, notamment les véhicules automobiles à propulsion hybride telle l'automobile 1000 représentée en figure 7, équipée d'un alterno-démarreur 1010. [0042] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation présentés mais s'étend à toutes les variantes dans le cadre de la portée des revendications. REVENDICATIONS1. Ventilateur (140, 145; 240, 600) pour machine électrique tournante de véhicule automobile, comprenant une succession d'ailettes (601-611) réparties autour d'un axe de rotation (X), chacune desdites ailettes (601-611) étant disposée angulairement autour dudit axe (X), par rapport à une position qui serait la sienne si toutes les ailettes étaient disposées de manière équidistante, avec un décalage angulaire respectif, caractérisé en ce que le décalage angulaire est pris, pour les ailettes successives (601-611), suivant une séquence binaire pseudo-aléatoire, parmi deux valeurs (a ; [3) prédéfinies pour le ventilateur (600). 2. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la séquence binaire pseudo-aléatoire a une longueur de génération adaptée, en fonction du nombre d'ailettes du ventilateur, pour minimiser les répétitions de motifs dans la succession d'écarts angulaires entre ailettes. 3. Ventilateur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que la différence entre les deux valeurs de décalage angulaire (a ; [3) est d'au moins 4°. 4. Ventilateur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ventilateur a entre 9 et 16 ailettes, et la séquence binaire pseudo-aléatoire utilisée a une longueur de génération de 4. 5. Ventilateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les ailettes (601-611) sont au nombre de 11. 6. Machine électrique tournante (100; 200; 1010) pour véhicule automobile, comprenant un ventilateur (600) selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Machine électrique tournante (100; 200 ; 1010) selon la revendication 6, étant un alternateur ou un alterno-démarreur. 8. Véhicule automobile (1000), comprenant une machine électrique tournante (100; 200; 1010) selon la revendication 6 ou la revendication 7. 9. Méthode de fabrication d'un ventilateur pour machine électrique tournante pour véhicule automobile, comprenant le positionnement d'une succession d'ailettes (601-611) réparties autour d'un axe de rotation, en disposant chacune desdites ailettes angulairement autour dudit axe (X), par rapport à une position qui serait la sienne si toutes les ailettes étaient disposées de manière équidistante, avec un décalage angulaire respectif, caractérisé en ce que le décalage angulaire est pris, pour les ailettes successives (601-611), parmi deux valeurs prédéfinies (a ; [3) pour le ventilateur suivant une séquence binaire pseudo-aléatoire.