EP1831575A1 - Dispositif de couplage magnetique entre deux elements - Google Patents

Dispositif de couplage magnetique entre deux elements

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Publication number
EP1831575A1
EP1831575A1 EP05817400A EP05817400A EP1831575A1 EP 1831575 A1 EP1831575 A1 EP 1831575A1 EP 05817400 A EP05817400 A EP 05817400A EP 05817400 A EP05817400 A EP 05817400A EP 1831575 A1 EP1831575 A1 EP 1831575A1
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EP
European Patent Office
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rings
ring
bearing
radial
magnetic
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Withdrawn
Application number
EP05817400A
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German (de)
English (en)
Inventor
Franck Landrieve
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SKF AB
Original Assignee
SKF AB
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Filing date
Publication date
Application filed by SKF AB filed Critical SKF AB
Publication of EP1831575A1 publication Critical patent/EP1831575A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C41/00Other accessories, e.g. devices integrated in the bearing not relating to the bearing function as such
    • F16C41/008Identification means, e.g. markings, RFID-tags; Data transfer means
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • H02K49/04Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type
    • H02K49/043Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type with a radial airgap
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K49/02Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • H02K49/04Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type
    • H02K49/046Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type with an axial airgap
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/10Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • H02K49/104Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element
    • H02K49/106Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with a radial air gap
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • H02K49/10Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the permanent-magnet type
    • H02K49/104Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element
    • H02K49/108Magnetic couplings consisting of only two coaxial rotary elements, i.e. the driving element and the driven element with an axial air gap
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/04Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly
    • F16C19/06Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for radial load mainly with a single row or balls
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2213/00Specific aspects, not otherwise provided for and not covered by codes H02K2201/00 - H02K2211/00
    • H02K2213/09Machines characterised by the presence of elements which are subject to variation, e.g. adjustable bearings, reconfigurable windings, variable pitch ventilators

Definitions

  • the present invention relates to the field of magnetic couplings used to transmit a torque between a driving element and a driven element.
  • This type of device is used for example in the case of cooling fans of motor vehicle alternators.
  • a cooling fan of a heat engine alternator is generally rotated by the alternator shaft, itself driven by a pulley cooperating with a drive belt.
  • the rotational speed of the alternator shaft is directly proportional to the rotational speed of the motor.
  • the fan rotor is rigidly coupled to the alternator shaft, the aerodynamic noise generated by the fan becomes extremely important at high rotational speeds.
  • the air flow of the high speed fan is often too high compared to the flow required to ensure efficient cooling. This results in a significant waste of energy.
  • the magnetic coupling devices between the fan and the fan drive member allow, beyond a certain speed of rotation of the driving part linked to the motor, to partially decouple the fan, so that the speed of rotation of the fan fan is limited, while the rotation speed of the driving part continues to grow.
  • Such partial fan decoupling occurs when the aerodynamic drag torque of the fan becomes greater than the magnetic drive torque between the driving member and the fan. This results in a relative rotation between the fan and the alternator shaft, which allows the engine to run at high speed without the fan running too fast and producing too much aerodynamic noise.
  • Such devices are known in particular from GB 2 102 216 and US 4,446,391.
  • the invention proposes to remedy these disadvantages.
  • the invention provides a compact magnetic coupling device, simple structure, whose production can be easily automated and reasonable cost.
  • the coupling device between a driving element and a driven element is intended to rotate the driven element mounted on the driving element by means of a bearing.
  • the bearing comprises two concentric rings between which is arranged at least one row of rolling elements in contact with the raceways formed on said rings.
  • the passage of torque between the driving element and the driven element is effected by coupling, involving magnetic fields.
  • the bearing comprises at least one magnetized ring fixed on one of the bearing rings and at least one ring fixed on the other ring of the bearing.
  • the rings are arranged opposite one another with an air gap and cooperate magnetically.
  • Such a device can be mounted between a fan and a shaft in a simple manner, for example by fitting operations.
  • the rings are arranged between the axial bearings of the bearing rings.
  • the bearing is particularly compact.
  • the device comprises support frames of the rings.
  • the armatures may have an L-shaped section with a portion fitted on a ring and a radial portion respectively supporting the rings. Reinforcements and rings can help seal the bearing by forming a labyrinth seal.
  • the reinforcements may consist of a circular ring extending axially over a certain length. The structure of the frames is particularly simple.
  • the rings are arranged protruding from a front surface of the bearing rings.
  • the rings may have a large section allowing the generation of high magnetic fields.
  • the reinforcements may be in the form of annular cups provided with a fitting portion on the rings and a stop portion on the front surface of the rings. This guarantees an excellent axial positioning of the rings, one with respect to the other.
  • the device comprises two magnetized rings.
  • the magnetized rings can be made in the form of plasto-ferrite having circumferentially alternating magnetic poles.
  • the device comprises an electrically conductive non-magnetic ring.
  • the amagnetic ring can be made of copper or aluminum.
  • the coupling is ensured by the interaction between the magnetic flux of the magnets and the eddy currents induced in the nonmagnetic ring when said magnetic ring moves relative to the magnets.
  • Two magnetized rings supported by one of the rings may surround a ring supported by the other ring, including a nonmagnetic ring.
  • the device comprises a hysteresis ring, for example made of anisotropic magnetic material.
  • the gap can be radial or axial.
  • a fan may comprise means provided with blades and a coupling device as described above attached to said means.
  • the outer ring of the bearing can be fitted into a bore of the wheel provided with blades.
  • An alternator may include a rotating part, a non - rotating part and a fan mounted via said coupling device on said rotating part. It is also proposed a rolling bearing comprising at least two concentric rings, between which are disposed a plurality of rolling elements in contact with the raceways formed on said rings, and at least one magnetized ring fixed on one of the rings. of rolling and arranged opposite another ring fixed on the other ring of the bearing with an air gap for magnetically coupling without contact, in rotation, said two rings.
  • Such a rolling bearing can be applied to any type of mechanical member, in which it is desired to transmit a torque and a rotational movement between a driving element and a driven element, with a possible speed differential between the two elements and a possible speed limitation of the driven element. This is ensured in a simple and particularly compact way with said rolling bearing.
  • FIG 1 is an axial sectional view of a portion of an alternator
  • FIG 2 is a half-view in axial section of a rolling bearing
  • FIG 3 is a partial front elevational view of a magnetic ring
  • FIG. 4 is an external partial view of the two magnetic rings of the rolling bearing of FIG. 2;
  • FIGS. 5 to 9 are half-views in axial section of different embodiments of the rolling bearing.
  • FIG. 10 is a view similar to FIG. 4 of the rings of FIG. 9.
  • the alternator 1, of which only one end portion is shown, comprises a rotating part 2 and a non-rotating part 3.
  • the rotating part 2 comprises a shaft 4, a non-visible rotor on the drawing and a pulley 6 groove in which passes a drive belt 7 designed to be driven by a driving pulley secured to the crankshaft with thermal engine not shown.
  • a spacer 5 mounted on the shaft 4 ensures the precise axial positioning of the rotor relative to the bearings that support it.
  • the non-rotating part 3 comprises a casing 8, for example made of light alloy.
  • a rolling bearing 9 of conventional type, provided with a rotating inner ring 10, the bore of which is clamped onto the shaft 4, with an outer ring 11, the cylindrical outer surface of which is fitted in a cylindrical bore of the casing 8, of a row of rolling elements 12, here balls, arranged between the races of the inner and outer rings 10, of a cage maintaining the circumferential spacing of the rolling elements 12, here made of sheet metal, and two seals 14 and 15 mounted in annular grooves of the outer ring 11 and rubbing by flexible lips on an outer cylindrical bearing surface of the inner ring 10.
  • the seals 14 and 15 are symmetrical with respect to a radial plane passing through the center of the rolling elements 12 and are provided with a frame covered with a mat flexible material, for example an elastomer.
  • the races of the inner and outer rings 11 are formed by machining with chip removal to give them the desired depth.
  • the outer ring 11 is held axially with respect to the casing 8, in one direction by a radially inwardly projecting bead 16 forming part of the casing 8, and in the other direction by a flange 17 fixed to the casing 8 by means appropriate.
  • the rotating part 2 further comprises a fan 18 in the form of a ring of blades 19 extending outwards and inclined substantially helically, and an annular central portion 20 forming means supporting the blades 19.
  • the means 20 comprises an annular axial portion of small diameter 21 provided with a bore.
  • a coupling device 22 is arranged radially between the shaft 4 and the axial portion 21 of the central portion 20 of the fan 18 and axially between the rotor 5 and an annular spacer washer 23 in contact with a radial front surface of the inner ring 10 of the bearing 9. Axial clamping can be ensured.
  • the coupling device 22 is in the form of a rolling bearing provided with an inner ring 24, an outer ring. 25, a row of rolling elements 26, here balls, a cage 27 for maintaining the circumferential spacing of the rolling elements 26 and coupling rings 28 and 29.
  • the inner ring 24 and outer 25 have raceways in the form of a deep groove for the rolling elements 26 and are provided with radial front surfaces.
  • the bore of the inner ring 24 is fitted on the shaft 4 and in contact on one side with the spacer 5 and on the opposite side with the spacer washer 23.
  • the inner ring 24 has an outer surface in the form of a cylindrical bearing, on one side and the other of the raceway.
  • the outer ring 25 has an axial outer surface fitted into the axial portion 21 of the central portion 20 of the fan 18.
  • the radial front surfaces of the outer ring 25 are aligned on the radial end surfaces of the inner ring 24.
  • the outer ring 25 has a cylindrical bore, on both sides of the raceway.
  • the cage 27 comprises a bead disposed on one side of the rolling elements, while the coupling rings 28 and 29 are arranged on the opposite side.
  • the coupling device 22 comprises reinforcements 30 and 31 respectively supporting coupling rings 28 and 29.
  • the plates 30 and 31 are in the form of L-section cups.
  • the frame 30 comprises an axial portion fitted on the outer cylindrical surface of the inner ring 24 and a portion radial adjacent rolling elements 26 and extending outwardly.
  • the armature 31 comprises an axial portion fitted into the bore of the outer ring 25 and a radial portion extending inwardly and substantially aligned with the radial end surfaces of the inner and outer rings 24 and 25.
  • the coupling rings 28 and 29 are in the form of a circumferential alternation of magnetized segments of opposite polarity, for example made from plasto-ferrite, which can be magnetized after manufacturing.
  • the angular sector occupied by each of the individual magnets is constant and identical for the coupling rings 28 and 29.
  • the rings 28 and 29, supported respectively by the radial portions of the frames 30 and 31, extend over most of the radial clearance between the inner and outer rings 24 and are separated by a small air gap.
  • the axial size of the bearing is retained.
  • the rings 28 and 29 are thus integral in rotation respectively with the inner and outer rings 24 and tend to position themselves relative to each other in the position illustrated in FIG. 4, as long as a torque greater than their attraction Mutual does not alter such relative positioning. When the limit torque is crossed, the rings 28 and 29 begin to rotate relative to each other.
  • Such a coupling device can be produced in an extremely simple manner by providing a sealless bearing with magnetic coupling rings.
  • the magnetic coupling rings provide a labyrinth seal on one side of the bearing.
  • the tightness can be ensured by narrow passage, by providing a spacer washer 23 which comes close to the outer ring 25.
  • the coupling device 22 differs from that illustrated in FIG. 2 in that the reinforcements 32, 33 for supporting the coupling rings consist of a simple circular ring made of sheet metal extending axially. over a certain length and having a small thickness, said armatures being respectively fitted on the corresponding surfaces of the inner and outer rings 24 and 24.
  • the coupling rings 28, 29 are separated by a small radial air gap and are flush with the surface radial front of the inner ring 24 and outer 25 so as not to increase the axial size of the bearing.
  • Such a coupling device is even simpler than that illustrated in FIG.
  • the coupling rings 28 and 29 are separated by an axial air gap and have a radial dimension that is clearly greater than the space available between the inner and outer rings.
  • the coupling rings and 29 are disposed in axial projection with respect to said rings 24 and 25 and are supported by reinforcements 34 and 35, respectively, of suitable shape.
  • the armature 34 comprises an axially-shaped push-fit portion 34a attached to an outer cylindrical bearing surface of the inner race 24, and a double radial portion 34b folded 180 ° in contact with the radial front surface of the inner race. 24 and extending the engagement portion 34a, first radially inward, then outward.
  • the double radial portion 34b forms a stop fitting of the armature 34 on the inner ring 24 and thus ensures precise axial positioning.
  • the armature 34 is extended by an axial portion 34c, of the same diameter and concentric with the fitting portion 34a and by a radial portion 34d supporting the magnetic ring 28 and extending outwardly from the end. of the axial portion 34c opposed to the rolling elements 26.
  • the armature 35 has a T-section with a radial portion 35a, a double axial portion 35b and a radial portion 35c.
  • the radial portions 35a and 35c form the bar of the T and are located in the same radial plane.
  • the radial portion 35a is in contact with the radial front surface of the outer ring 5.
  • the radial surface 35a also serves as an axial abutment for fitting on the outer ring 25.
  • the double radial portion 35b is bent at 180 °, the bend being formed on the side of the rolling elements 26, and fitted into the bore of the outer ring 25 and ensures the junction between the two radial portions 35a and 35c.
  • the radial portion 35c being inward from the double radial portion 35b.
  • the magnetic ring 29 is supported both by the radial portions 35a and 35c while being integral. Such an arrangement makes it possible to benefit from a large surface area vis-à-vis between the magnetic rings and to obtain a high limit torque.
  • the coupling device 22 comprises two magnetized rings integral with the outer ring 25 and a ring 36 integral with the inner ring 24. More specifically, the ring 36 is in the form of a C-section cup completely disposed between the rings 24 and 25, with a small diameter axial portion 36a fitted on an outer cylindrical surface of the inner ring 24, a radial portion 36b in the vicinity of the rolling elements 26 and an axial portion large diameter 36c extending away from the rolling elements 26 from the large diameter end of the radial portion 36b.
  • the ring 36 may be made of electrically conductive non-magnetic material, for example aluminum or copper or an alloy of such metals.
  • the outer ring 25 supports a magnetic ring 29 via an armature 33, of a shape identical to the embodiment illustrated in FIG. 5, but of reduced axial length to allow a certain axial space to remain between said magnetic ring 29 and the radial front surface of the outer ring 25.
  • the magnetic ring 29 is disposed with a slight radial air gap with respect to the large-diameter axial portion 36c of the ring 36.
  • the outer ring 25 also supports a radially arranged magnetic ring 37 between the axial portions 36a and 36c of the ring 36 with a slight radial gap with respect to the axial portion 36c of large diameter.
  • the ring 37 is supported by an armature 38, for example made of steel.
  • the armature 38 has an outer surface fitted into the bore of the outer ring 25 in the vicinity of the armature 33, a body 39 extending radially inward occupying most of the radial space between the armature boring the outer ring 25 and the small diameter axial portion 36a of the frame 36 while being substantially aligned with the surfaces radial faces of the inner and outer rings 24 and 25, and an axial portion 40 disposed inside and in direct contact with the magnetic ring 37 and in the vicinity of the small diameter axial portion 36a of the ring 36.
  • the armature 38 passes between the large diameter axial portion 36c of the armature 36 and the radial plane passing through the end surfaces of the rings 24 and 25.
  • the rotational coupling may be provided by the interaction between the magnet fluxes of the magnetic rings 29 and 37 and the eddy currents induced in the nonmagnetic ring 36 when said amagnetic ring 36 has a relative movement with respect to the two rows of magnets. poles of the magnetized rings 29 and 37.
  • the ring 36 is made of anisotropic magnetic material, for example an Al-Ni-Co alloy to form a hysteresis ring.
  • the outer ring supports a non-magnetic or hysteretic ring 41 in the form of an L-section cup with an axial portion fitted into the bore of the outer ring 25 and a radial portion extending inwardly.
  • the inner ring 24 supports two magnetic rings 42 and 43, arranged on one side and the other of the ring 41 with a small axial gap.
  • the magnetic rings 42 and 43 are supported by armatures 44 and 45, of similar shape, annular L-section, with a short axial portion fitted on the outer cylindrical surface of the inner ring 24 and a radial portion extending towards the outside. outside and supporting the magnetic rings 42 and 43, respectively.
  • the magnetic ring 42 is disposed on the side of the radial portion opposite to the axial portion of the armature 44.
  • the magnetic ring 43 is disposed on the same side of the radial portion as the axial portion of the armature 45.
  • the magnetic rings 42 and 43 are supported by the outer ring 25 by through the armatures 44 and 45.
  • the ring 41, non-magnetic or hysteresis, is supported by the inner ring 24.
  • FIGS. 8 and 9 The arrangement of the various rings illustrated in FIGS. 8 and 9 is found in FIG. 10, where it can be seen that the amagnetic or hysteresis ring 41 is arranged at a very short axial distance from the magnetic rings 42 and 43 which tend to see their opposite poles align axially.
  • the maximum torque that can be transmitted by the coupling device depends on the materials chosen to make the magnets, their magnetization, the area of the surfaces facing each other, and the value of the gap. It is thus possible to calibrate, by construction or adjustment, the maximum transmissible torque between the driving element and the driven element.
  • the maximum torque can be predefined, so that at a given rotational speed of the fan, the aerodynamic drag torque of the fan will exceed the maximum transmittable torque. There will then be a relative rotation between the rotor of the . fan and drive shaft.
  • the fan speed will stop increasing according to the torque-speed curve of a fan which is monotonically increasing.
  • the coupling device is compact and can easily be placed inside an alternator. It provides both a reduction of fan noise and a reduction in power consumption by limiting the torque transmitted to the fan.
  • the coupling device is in the form of a simple bearing with deep groove rings or with sheet metal rings equipped with magnetic rings.

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Abstract

Dispositif de couplage (22) entre un élément menant destiné à entraîner en rotation un élément mené, l'élément mené étant monté sur l'élément menant au moyen d'un roulement comportant deux bagues concentriques (24, 25) entre lesquelles est disposée au moins une rangée d'éléments roulants (26) en contact avec des chemins de roulement ménagés sur lesdites bagues, le passage du couple entre l ' élément menant et l'élément mené s'effectuant par un couplage faisant intervenir des champs magnétiques, le roulement comprenant un anneau magnétisé (28) fixé sur une des bagues du roulement et un anneau (29) fixé sur l'autre bague du roulement, lesdits anneaux étant disposés en regard l'un de l'autre avec un entrefer et coopérant magnétiquement.

Description

Dispositif de couplage magnétique entre deux éléments.
La présente invention concerne le domaine des couplages magnétiques utilisés pour transmettre un couple entre un élément menant et un élément mené. Ce genre de dispositif est utilisé par exemple dans le cas des ventilateurs de refroidissement des alternateurs de véhicules automobiles. Or, on cherche de plus en plus, pour des raisons de confort, à réduire les bruits de toutes origines dans les moteurs thermiques et leurs accessoires.
Un ventilateur de refroidissement d' alternateur de moteur thermique est en général entraîné en rotation par l' arbre de l' alternateur, lui-même entraîné par une poulie coopérant avec une courroie d' entraînement. La vitesse de rotation de l' arbre de l' alternateur est directement proportionnelle à la vitesse de rotation du moteur. Il en résulte que si le rotor de ventilateur est couplé rigidement à l' arbre d' alternateur, le bruit aérodynamique généré par le ventilateur devient extrêmement important à haute vitesse de rotation. D' autre part, le débit d' air du ventilateur à haute vitesse est souvent trop élevé par rapport au débit nécessaire pour assurer un refroidissement efficace. Il en résulte un gaspillage d' énergie non négligeable.
Les dispositifs de couplage magnétique entre le ventilateur et l' organe menant du ventilateur permettent, au-delà d' une certaine vitesse de rotation de la partie menante liée au moteur, de découpler partiellement le ventilateur, de telle sorte que la vitesse de rotation du ventilateur est limitée, tandis que la vitesse de rotation de la partie menante continue à croître. Un tel découplage partiel du ventilateur se produit lorsque le couple de traînée aérodynamique du ventilateur devient supérieur au couple magnétique d' entraînement entre l'élément menant et le ventilateur. Il se produit alors une rotation relative entre le ventil ateur et l' arbre d' alternateur, ce qui permet au moteur de tourner à haut régime sans que le ventilateur ne tourne trop vite et ne produise un bruit aérodynamique trop important. De tels dispositifs sont connus notamment par les documents GB 2 102 216 et US 4 446 391.
Le principal inconvénient de ces dispositifs réside dans leur encombrement et dans le nombre important d'éléments à assembler par le fabriquant de l' alternateur sur le rotor et sur le ventilateur, ce qui s' avère néfaste en termes de coût et de durée de production.
L' invention se propose de remédier à ces inconvénients.
L' invention propose un dispositif de couplage magnétique compact, de structure simple, dont la production peut être aisément automatisée et de prix de revient raisonnable.
Le dispositif de couplage entre un élément menant et un élément mené est destiné à entraîner en rotation l' élément mené, monté sur l' élément menant au moyen d' un roulement. Le roulement comprend deux bagues concentriques entre lesquelles est disposée au moins une rangée d' éléments roulants en contact avec des chemins de roulement ménagés sur lesdites bagues. Le passage du couple entre l' élément menant et l'élément mené s'effectue par un couplage, faisant intervenir des champs magnétiques. Le roulement comprend au moins un anneau magnétisé fixé sur une des bagues du roulement et au moins un anneau fixé sur l' autre bague du roulement. Les anneaux sont disposés en regard l'un de l' autre avec un entrefer et coopèrent magnétiquement. Un tel dispositif peut être monté entre un ventilateur et un arbre de façon simple, par exemple par des opérations d' emmanchement.
Avantageusement, les anneaux sont disposés entre les portées axiales des bagues du roulement. Le roulement est particulièrement compact.
Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend des armatures de support des anneaux. Les armatures peuvent présenter une section en L avec une portion emmanchée sur une bague et une portion radiale supportant respectivement les anneaux. Les armatures et les anneaux peuvent participer à l' étanchéité du roulement en formant un joint labyrinthe. Alternativement, les armatures peuvent consister en une bague circulaire s' étendant axialement sur une certaine longueur. La structure des armatures est particulièrement simple.
Dans un mode de réalisation, les anneaux sont disposés en saillie par rapport à une surface frontale des bagues de roulement. Les anneaux peuvent présenter une section importante permettant la génération de champs magnétiques élevés. Les armatures peuvent se présenter sous la forme de coupelles annulaires pourvues d' une portion d' emmanchement sur les bagues et d' une portion de butée sur la surface frontale des bagues. On garantit ainsi un excellent positionnement axial des anneaux, l'un par rapport à l' autre.
Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend deux anneaux magnétisés. Les anneaux magnétisés peuvent être réalisés sous la forme de plasto-ferrite présentant des pôles magnétiques alternés circonférentiellement.
Dans un mode de réalisation, le dispositif comprend un anneau amagnétique électriquement conducteur. L' anneau amagnétique peut être réalisé en cuivre ou en aluminium. Le couplage est assuré par l ' interaction entre les flux magnétiques des aimants et les courants de Foucault induits dans l' anneau amagnétique lorsque ledit anneau amagnétique se déplace relativement aux aimants. Deux anneaux magnétisés supportés par l' une des bagues peuvent entourer un anneau supporté par l' autre bague, notamment un anneau amagnétique.
Alternativement, le dispositif comprend un anneau à hystérésis, par exemple réalisé en un matériau magnétique anisotrope.
L'entrefer peut être radial ou axial.
Un ventilateur peut comprendre un moyen pourvu de pales et un dispositif de couplage tel que décrit ci-dessus fixé sur ledit moyen. La bague extérieure du roulement peut être emmanchée dans un alésage de la roue pourvue de pales.
Un alternateur peut comprendre une partie tournante, une partie non tournante et un ventilateur monté par l' intermédiaire dudit dispositif de couplage sur ladite partie tournante. II est également proposé un palier à roulement comprenant au moins deux bagues concentriques, entre lesquelles sont disposés une pluralité d' éléments roulants en contact avec des chemins de roulement ménagés sur lesdites bagues, et au moins un anneau magnétisé fixé sur l' une des bagues de roulement et disposé en regard d'un autre anneau fixé sur l ' autre bague du roulement avec un entrefer pour coupler magnétiquement sans contact, en rotation, lesdites deux bagues.
Un tel palier à roulement peut s' appliquer à tout type d' organe mécanique, dans lequel on souhaite transmettre un couple et un mouvement de rotation entre un élément menant et un élément mené, avec un différentiel de vitesse possible entre les deux éléments et une limitation de vitesse possible de l'élément mené. Ceci est assuré de façon simple et particulièrement compacte avec ledit palier à roulement.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels :
-la figure 1 est une vue en coupe axiale d' une partie d' un alternateur ;
-la figure 2 est une demi-vue en coupe axiale d' un palier à roulement ;
-la figure 3 est une vue partielle de face en élévation d' un anneau magnétique ;
-la figure 4 est une vue partielle extérieure des deux anneaux magnétiques du palier à roulement de la figure 2 ;
-les figures 5 à 9 sont des demi-vues en coupe axiale de différents modes de réalisation du palier à roulement ; et
-la figure 10 est une vue similaire à la figure 4 des anneaux de la figure 9.
Comme on peut le voir sur la figure 1 , l' alternateur 1, dont seule une partie d' extrémité est représentée, comprend une partie tournante 2 et une partie non tournante 3. La partie tournante 2 comprend un arbre 4, un rotor non visible sur le dessin et une poulie 6 à gorge dans laquelle passe une courroie 7 d' entraînement prévue pour être entraînée par une poulie menante solidaire du vilebrequin à moteur thermique non représenté. Une entretoise 5 montée sur l' arbre 4 assure le positionnement axial précis du rotor par rapport aux paliers qui le supportent. La partie non tournante 3 comprend un carter 8, par exemple réalisé en alliage léger.
Entre l' arbre 4 et le carter 8, est disposé un palier à roulement 9, de type conventionnel, pourvu d'une bague intérieure tournante 10 dont l' alésage est emmanché avec serrage sur l' arbre 4, d'une bague extérieure non tournante 11 dont la surface extérieure cylindrique est emmanchée dans un alésage cylindrique du carter 8, d' une rangée d' éléments roulants 12, ici des billes, disposés entre des chemins de roulement des bagues intérieure 10 et extérieure 11 , d'une cage 13 de maintien de l ' espacement circonférentiel des éléments roulants 12, ici réalisée en tôle, et de deux joints d' étanchéité 14 et 15 montés dans des rainures annulaires de la bague extérieure 11 et venant frotter par des lèvres souples sur une portée cylindrique extérieure de la bague intérieure 10. Les joints d' étanchéité 14 et 15 sont symétriques par rapport à un plan radial passant par le centre des éléments roulants 12 et sont pourvus d'une armature recouverte d'un matériau souple, par exemple un élastomère. Les chemins de roulement des bagues intérieure 10 et extérieure 11 sont formés par usinage avec enlèvement de copeaux pour leur conférer la profondeur souhaitée. La bague extérieure 11 est maintenue axialement par rapport au carter 8, dans un sens par un bourrelet radial 16 en saillie vers l' intérieur faisant partie du carter 8, et dans l' autre sens par un flasque 17 fixé au carter 8 par des moyens appropriés.
La partie tournante 2 comprend en outre un ventilateur 18 se présentant sous la forme d' une couronne de pales 19 s' étendant vers l' extérieur et inclinées sensiblement en hélice, et une partie centrale annulaire 20 formant moyen supportant les pales 19. Le moyen 20 comprend une portion axiale annulaire de petit diamètre 21 pourvue d' un alésage. Un dispositif de couplage 22 est disposé radialement entre l' arbre 4 et la portion axiale 21 de la partie centrale 20 du ventilateur 18 et axialement entre le rotor 5 et une rondelle entretoise annulaire 23 en contact avec une surface radiale frontale de la bague intérieure 10 du roulement 9. Un serrage axial peut être assuré.
Comme on le voit mieux sur la figure 2, le di spositif de couplage 22 se présente sous la forme d' un palier à roulement pourvu d' une bague intérieure 24, d' une bague extérieure. 25, d' une rangée d' éléments roulants 26, ici des billes, d'une cage 27 de maintien de l' espacement circonférentiel des éléments roulants 26 et d' anneaux de couplage 28 et 29. Les bagues intérieure 24 et extérieure 25 présentent des chemins de roulement sous la forme de gorge profonde pour les éléments roulants 26 et sont pourvues de surfaces frontales radiales. L' alésage de la bague intérieure 24 est emmanché sur l' arbre 4 et en contact d'un côté avec l'entretoise 5 et du côté opposé avec la rondelle entretoise 23. La bague intérieure 24 présente une surface extérieure sous la forme d' une portée cylindrique, d' un côté et de l' autre du chemin de roulement. La bague extérieure 25 présente une surface extérieure axiale emmanchée dans la portion axiale 21 de la partie centrale 20 du ventilateur 18. Les surfaces radiales frontales de la bague extérieure 25 sont alignées sur les surfaces frontales radiales de la bague intérieure 24. La bague extérieure 25 présente un alésage cylindrique, de part et d' autre du chemin de roulement. La cage 27 comprend un talon disposé d'un côté des éléments roulants , tandis que les anneaux de couplage 28 et 29 sont disposés du côté opposé.
En outre, le dispositif de couplage 22 comprend des armatures 30 et 31 de support respectivement des anneaux de couplage 28 et 29.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 2, les armatures 30 et 31 se présentent sous la forme de coupelles à section en L. L' armature 30 comprend une portion axiale emmanchée sur la portée cylindrique extérieure de la bague intérieure 24 et une portion radiale voisine des éléments roulants 26 et s' étendant vers l' extérieur. L' armature 31 comprend une portion axiale emmanchée dans l' alésage de la bague extérieure 25 et une portion radiale s'étendant vers l' intérieur et sensiblement alignée sur les surfaces frontales radiales des bagues intérieure 24 et extérieure 25. Comme on le voit mieux sur les figures 3 et 4, les anneaux de couplage 28 et 29 se présentent sous la forme d' une alternance circonférentielle de segments aimantés de polarités opposées, par exemple réalisés à partir de plasto-ferrite qui peut être magnétisé après fabrication. Le secteur angulaire occupé par chacun des aimants individuels est constant et identique pour les anneaux de couplage 28 et 29. De cette façon, les aimants d' une polarité de l' anneau 28 tendent à venir se disposer en face des aimants de polarité opposée de l' anneau 29. Les anneaux 28 et 29 supportés respectivement par les portions radiales des armatures 30 et 31 , s' étendent sur la majeure partie de l' espace libre radial entre les bagues intérieure 24 et extérieure 25 et sont séparés par un faible entrefer axial. L'encombrement axial du roulement est conservé. Les anneaux 28 et 29 sont donc solidaires en rotation respectivement des bagues intérieure 24 et extérieure 25 et tendent à se positionner l' un par rapport à l' autre dans la position illustrée sur la figure 4, tant qu' un couple supérieur à leur attirance mutuelle ne vient pas modifier un tel positionnement relatif. Lorsque le couple limite est franchi, les anneaux 28 et 29 se mettent à tourner l'un par rapport à l' autre.
Un tel dispositif de couplage peut être réalisé de façon extrêmement simple, en munissant un roulement sans étanchéité d' anneaux de couplage magnétique. Les anneaux de couplage magnétique assurent d' un côté du roulement une étanchéité par labyrinthe. Du côté de la cage 27 , l' étanchéité peut être assurée par passage étroit, en prévoyant une rondelle entretoise 23 qui vient à proximité de la bague extérieure 25.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 5, le dispositif de couplage 22 diffère de celui illustré sur la figure 2 en ce que les armatures 32, 33 de support des anneaux de couplage consistent en une simple bague circulaire en tôle s' étendant axialement sur une certaine longueur et présentant une faible épaisseur, lesdites armatures étant emmanchées respectivement sur les portées correspondantes des bagues intérieure 24 et extérieure 25. Les anneaux de couplage 28, 29 sont séparés par un faible entrefer radial et affleurent la surface frontale radiale des bagues intérieure 24 et extérieure 25 de façon à ne pas accroître l'encombrement axial du roulement. Un tel dispositif de couplage est encore plus simple que celui illustré sur la figure 2.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 6, les anneaux de couplage 28 et 29 sont séparés par un entrefer axial et présentent une dimension radiale nettement supérieure à l'espace disponible entre les bagues intérieure 24 et extérieure 25. Les anneaux de couplage 28 et 29 sont disposés en saillie axiale par rapport auxdites bagues 24 et 25 et sont supportés par des armatures 34 et 35, respectivement, de forme appropriée.
L' armature 34 comprend une portion d' emmanchement 34a, de forme axiale, fixée sur une portée cylindrique extérieure de la bague intérieure 24, et une double portion radiale 34b pliée à 180°, en contact avec la surface frontale radiale de la bague intérieure 24 et prolongeant la portion d' emmanchement 34a, d' abord radialement vers l' intérieur, puis vers l' extérieur. La double portion radiale 34b forme une butée d' emmanchement de l' armature 34 sur la bague intérieure 24 et garantit ainsi un positionnement axial précis. L' armature 34 se prolonge par une portion axiale 34c, de même diamètre et concentrique à la portion d' emmanchement 34a et par une portion radiale 34d supportant l' anneau magnétique 28 et s' étendant vers l' extérieur à partir de l' extrémité de la portion axiale 34c opposée aux éléments roulants 26.
L' armature 35, de forme annulaire, présente une section en T avec une portion radiale 35a, une double portion axiale 35b et une portion radiale 35c. Les portions radiales 35a et 35c forment la barre du T et sont situées dans le même plan radial. La portion radiale 35a est en contact avec la surface frontale radiale de la bague extérieure 5. La surface radiale 35a sert également de butée axiale d' emmanchement sur la bague extérieure 25. La double portion radiale 35b est pliée à 180°, le pli étant formé du côté des éléments roulants 26, et emmanchée dans l' alésage de la bague extérieure 25 et assure la jonction entre les deux portions radiales 35a et 35c. La portion radiale 35c s' étant vers l'intérieur à partir de la double portion radiale 35b. L' anneau magnétique 29 est supporté à la fois par les portions radiales 35a et 35c, tout en étant monobloc. Une telle disposition permet de bénéficier d'une grande surface de vis-à-vis entre les anneaux magnétiques et d' obtenir un couple limite élevé.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 7, le dispositif de couplage 22 comprend deux anneaux magnétisés solidaires de la bague extérieure 25 et un anneau 36 solidaire de la bague intérieure 24. Plus précisément, l' anneau 36 se présente sous la forme d'une coupelle à section en C entièrement disposée entre les bagues 24 et 25, avec une portion axiale 36a de petit diamètre emmanchée sur une portée cylindrique extérieure de la bague intérieure 24, une portion radiale 36b au voisinage des éléments roulants 26 et une portion axiale de grand diamètre 36c s'étendant à l' opposé des éléments roulants 26 à partir de l' extrémité de grand diamètre de la portion radiale 36b. L' anneau 36 peut être réalisé en matériau amagnétique conducteur électriquement, par exemple en aluminium ou en cuivre ou en alliage de tels métaux.
La bague extérieure 25 supporte un anneau magnétique 29 par l' intermédiaire d' une armature 33 , de forme identique au mode de réalisation illustré sur la figure 5, mais de longueur axiale réduite pour laisser subsister un certain espace axial entre ledit anneau magnétique 29 et la surface frontale radiale de la bague extérieure 25. L' anneau magnétique 29 est disposé avec un léger entrefer radial par rapport à la portion axiale 36c de grand diamètre de l' anneau 36. La bague extérieure 25 supporte également un anneau magnétique 37 disposé radialement entre les portions axiales 36a et 36c de l ' anneau 36 avec un léger entrefer radial par rapport à la portion axiale 36c de grand diamètre. L' anneau 37 est supporté par une armature 38, par exemple réalisée en acier. L' armature 38 présente une surface extérieure emmanchée dans l' alésage de la bague extérieure 25 au voisinage de l' armature 33, un corps 39 s' étendant radialement vers l' intérieur en occupant la majeure partie de l'espace radial entre l'alésage de la bague extérieure 25 et la portion axiale 36a de petit diamètre de l' armature 36 tout en étant sensiblement aligné avec les surfaces frontales radiales des bagues intérieure 24 et extérieure 25 , et une portion axiale 40 disposée à l'intérieur et en contact direct de l ' anneau magnétique 37 et au voisinage de la portion axiale 36a de petit diamètre de l'anneau 36. Le corps de l' armature 38 passe entre la portion axiale de grand diamètre 36c de l' armature 36 et le plan radial passant par les surfaces frontales des bagues 24 et 25.
Le couplage en rotation peut être assuré par l' interaction entre les flux magnétiques des aimants des anneaux magnétiques 29 et 37 et les courants de Foucault induits dans l ' anneau amagnétique 36 lorsque ledit anneau amagnétique 36 a un mouvement relatif par rapport aux deux rangées de pôles des anneaux magnétisés 29 et 37.
Il peut également être prévu que l' anneau 36 soit réalisé en un matériau magnétique anisotrope, par exemple un alliage Al-Ni-Co pour former un anneau à hystérésis.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 8, la bague extérieure supporte un anneau 41 amagnétique ou à hystérésis se présentant sous la forme d' une coupelle à section en L avec une portion axiale emmanchée dans l' alésage de la bague extérieure 25 et une portion radiale s'étendant vers l'intérieur. La bague intérieure 24 supporte deux anneaux magnétiques 42 et 43, disposés d' un côté et de l' autre de l' anneau 41 avec un faible entrefer axial. Les anneaux magnétiques 42 et 43 sont supportés par des armatures 44 et 45, de forme semblable, annulaires à section en L, avec une courte portion axiale emmanchée sur la portée cylindrique extérieure de la bague intérieure 24 et une portion radiale s' étendant vers l'extérieur et supportant les anneaux magnétiques 42 et 43 , respectivement. L' anneau magnétique 42 est disposé du côté de la portion radiale opposée à la portion axiale de l' armature 44. Au contraire, l' anneau magnétique 43 est disposé du même côté de la portion radiale que la portion axiale de l' armature 45. Une telle disposition permet d' utiliser des armatures de forme identique tout en offrant une étanchéité par joint labyrinthe et une excellente compacité.
Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 9, les anneaux magnétiques 42 et 43 sont supportés par la bague extérieure 25 par l'intermédiaire des armatures 44 et 45. L' anneau 41 , amagnétique ou à hystérésis, est supporté par la bague intérieure 24.
La disposition des différents anneaux illustrés sur les figures 8 et 9 se retrouve sur la figure 10, où l ' on voit que l' anneau amagnétique ou à hystérésis 41 est disposé à très faible distance axiale des anneaux magnétiques 42 et 43 qui tendent à voir leurs pôles opposés s' aligner axialement.
Le couple maximum transmissible par le dispositif de couplage dépend des matériaux choisis pour réaliser les aimants, de leur magnétisation, de l' aire des surfaces en regard, et de la valeur de l' entrefer. On peut ainsi calibrer, par construction ou par réglage, le couple maximum transmissible entre l'élément menant et l' élément mené. Le couple maximum peut être prédéfini, de telie sorte qu' à une vitesse de rotation donnée du ventilateur, le couple de traînée aérodynamique du ventilateur dépassera le couple maximum transmissible. Il se produira alors une rotation relative entre le rotor du. ventilateur et l' arbre d'entraînement. La vitesse du ventilateur cessera de croître en fonction de la courbe couple-vitesse de rotation d' un ventilateur qui est monotone croissante. Le dispositif de couplage est compact et peut être disposé aisément à l ' intérieur d' un alternateur. Il assure à la fois une réduction du bruit du ventilateur et une réduction de la consommation d' énergie en limitant le couple transmis au ventilateur.
Le dispositif de couplage se présente sous la forme d'un simple roulement à bagues à gorges profondes ou encore à bagues en tôle équipées d' anneaux magnétiques.

Claims

REVENDICATIONS
1-Dispositif de couplage (22) entre un élément menant destiné à entraîner en rotation un élément mené, l'élément mené , étant monté sur l' élément menant au moyen d'un roulement comportant deux bagues concentriques (24, 25) entre lesquelles est disposée au moins une rangée d'éléments roulants (26) en contact avec des chemins de roulement ménagés sur lesdites bagues, le passage du couple entre l'élément menant et l'élément mené s' effectuant par un couplage faisant intervenir des champs magnétiques, caractérisé par le fait que le roulement comprend au moins un anneau magnétisé (28) fixé sur une des bagues du roulement et au moins un anneau (29) fixé sur l' autre bague du roulement, lesdits anneaux étant disposés en regard l'un de l' autre avec un entrefer et coopérant magnétiquement.
2-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdits anneaux sont disposés entre des portées axiales des bagues du roulement.
3-Dispositif selon la revendication 1 ou 2', caractérisé par le fait qu' il comprend des armatures (30, 31) de support des anneaux.
4-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdites armatures présentent une section en L avec une portion emmanchée sur une bague et une portion radiale supportant respectivement les anneaux.
5-Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les armatures consistent en une bague circulaire s' étendant axialement sur une certaine longueur.
6-Dispositif selon l' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les anneaux sont disposés en saillie par rapport à une surface frontale des bagues de roulement. 7-Dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que des armatures se présentent sous la forme de coupelles annulaires pourvues d' une portion d' emmanchement sur les bagues et d' une portion de butée sur la surface frontale des bagues.
8-Dispositif selon l' une quelconque des revendicati ons précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend deux anneaux magnétisés.
9-Dispositif selon l' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend un anneau amagnétique électriquement conducteur.
10-Dispositif selon l 'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu' il est réalisé en un matériau magnétique anisotrope.
11-Dispositif selon l 'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que deux anneaux magnétisés supportés par l 'une des bagues entourent un anneau supporté par l' autre bague.
12-Dispositif selon l' une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l' entrefer est radial ou axial.
13-Ventilateur (18) comprenant un moyen (20) pourvu de pales (19) et un dispositif selon l' une quelconque des revendications précédentes, fixé sur ledit moyen (20).
14-Alternateur (1) comprenant une partie tournante (2), une partie non tournante (3) et un ventilateur (18) selon la revendication précédente, monté par l'intermédiaire dudit dispositif sur ladite partie tournante.
15-Palier à roulement comprenant au moins deux bagues concentriques, entre lesquelles sont disposés une pluralité d' éléments roulants (26) en contact avec des chemins de roulement ménagés sur lesdites bagues, caractérisé par le fait qu'il comprend au moins un anneau magnétisé (28) fixé sur l' une des bagues de roulement et disposé en regard d' un autre anneau (29) fixé sur l' autre bague du roulement avec un entrefer pour coupler magnétiquement sans contact, en rotation, lesdites deux bagues.
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