EP2839166B1

EP2839166B1 - Hélice pour ventilateur automobile à raidisseurs de moyeu segmentés

Info

Publication number: EP2839166B1
Application number: EP13712226.3A
Authority: EP
Inventors: Denis SCOUARNEC; Antoine Levasseur
Original assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Current assignee: Valeo Systemes Thermiques SAS
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2033-03-22
Also published as: US9790955B2; EP2839166A1; FR2989435A1; FR2989435B1; WO2013156255A1; US20150071787A1

Description

Le domaine de la présente invention est celui de l'automobile, et plus particulièrement celui de la circulation de l'air pour le refroidissement d'équipements du véhicule, et notamment de son moteur.
Les véhicules à moteur thermique ont besoin d'évacuer les calories que génère leur fonctionnement et ils sont pour cela équipés d'échangeurs thermiques, notamment des radiateurs de refroidissement, qui sont placés à l'avant du véhicule et qui sont traversés par de l'air extérieur. Pour forcer la circulation de cet air à travers le ou les échangeurs, un ventilateur est placé en amont ou en aval de ceux-ci, l'amont ou l'aval s'appréciant dans ce document en référence à la direction d'écoulement de l'air.
Le ventilateur comporte une hélice qui sert à forcer la circulation d'air ; elle se caractérise par un débit élevé et une pression faible et présente un écoulement orienté de façon très axiale. Cette hélice est constituée d'une pluralité de pales qui sont rattachées, d'un côté à un moyeu central, au travers duquel passe son arbre d'entraînement, et de l'autre, généralement à une virole périphérique qui rigidifie l'ensemble des pales.
Cette hélice est soumise à des sollicitations mécaniques du fait de la rotation et du fait des efforts mécaniques et aérodynamiques qui s'exercent sur elle. Le moyeu et/ou les pales sont ainsi susceptibles de se déformer et de présenter plusieurs modes vibratoires particuliers. Un exemple courant de déformation est une flexion des pales en réponse à un harmonique de la vitesse de rotation du moteur électrique d'entraînement. Pour éviter des détériorations de l'hélice ou même une simple réduction de sa durée de vie, ainsi que la gêne occasionnée au conducteur et aux passagers par l'établissement et la transmission des vibrations, il importe de réduire autant que possible les réponses vibratoires que l'hélice apporte aux sollicitations dues à la rotation du moteur d'entraînement.
Plusieurs solutions ont été imaginées pour répondre à cette problématique. Une première approche consiste à rendre plus souple la liaison entre le ventilateur et le moteur, de façon à moins transmettre les sollicitations vibratoires. Cette solution présente des problèmes de réduction de la durée de vie de l'hélice, mais elle se heurte aussi aux spécifications des constructeurs automobiles qui exigent, entre autres, une liaison métallique pour la fixation du ventilateur sur le moteur.
Par ailleurs, il est connu de munir le moyeu de nervures ayant un rôle de mise en mouvement de l'air à l'intérieur dudit moyeu pour refroidir le moteur électrique d'entraînement de l'hélice qui s'y trouve. Ces nervures présentent une fonction supplémentaire en ce qu'elles contribuent à renforcer la robustesse de l'hélice. Elles ne réduisent cependant pas les phénomènes vibratoires.
Différentes solutions consistant à réduire la rigidité du moyeu ont été mises en œuvre, comme une forme courbe donnée aux nervures évoquées plus haut ou la création de fentes radiales dans la surface du moyeu, auquel cas on perd le caractère d'étanchéité de ce dernier. Il a encore été proposé la suppression desdites nervures au niveau du centre du moyeu, ce qui induit cependant des risques de déformation de la face avant de celui-ci, en réponse aux sollicitations mécaniques de l'arbre d'entraînement.
Le document US2011/280729 A1 propose par exemple, un ventilateur comportant une nervure partielle entre le centre du moyeu et sa périphérie.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un ventilateur qui offre une plus grande souplesse que l'art antérieur au niveau de la liaison entre le moteur d'entraînement et les pales, tout en restant simple et économiquement bon marché à produire.
A cet effet, l'invention a pour objet une hélice de mise en circulation d'un flux d'air comportant des pales s'étendant à partir d'un pied de pale attaché à un moyeu de ladite hélice, ledit moyeu comportant une paroi de fond, traversée par un orifice de passage d'un arbre d'entraînement de ladite hélice, et une paroi latérale, ledit moyeu comportant en outre au moins une nervure, située entre ledit orifice et ladite paroi latérale.
Lesdites nervures présentent, outre une fonction de rigidification du moyeu, un rôle de mise en mouvement de l'air à l'intérieur dudit moyeu, notamment pour refroidir le moteur électrique d'entraînement de l'hélice, prévu logé dans ledit moyeu.
Selon l'invention, ladite nervure est formée par un ou plusieurs segments, le ou l'un des segments présentant au moins un bord libre, s'étendant à partir de ladite paroi de fond et tourné vers ladite paroi latérale. Toujours selon l'invention, ledit orifice de passage est situé au niveau d'un bossage de guidage de l'arbre, et le ou l'un desdits segments présentent au moins un bord libre s'étendant à partir de ladite paroi de fond et tourné vers ladite paroi latérale, et s'étendant à partir dudit bossage. Autrement dit, ledit segment n'est pas lié à ladite paroi latérale du moyeu.
On conserve de la sorte une nervure, mais seulement partielle, entre le centre du moyeu et sa périphérie, ce qui permet de conférer une certaine robustesse et un certain brassage de l'air à l'intérieur du moyeu. Ladite nervure n'étant cependant pas ou peu liée à la paroi latérale du moyeu, on évite de donner une trop grande rigidité audit moyeu.
Autrement dit, chaque raidisseur est constitué de segments non jointifs. La segmentation des raidisseurs, en diminuant leur longueur permet de réduire la rigidité du moyeu et ainsi, de moins transmettre à l'hélice les sollicitations apportées par son moteur d'entraînement.
Selon un mode particulier de réalisation de l'invention, un autre desdits segments de ladite nervure de guidage s'étend, par exemple, à partir de ladite paroi latérale, ledit autre desdits segments présentant au moins un bord libre, s'étendant à partir de ladite paroi de fond et tourné vers ledit orifice de passage. En effet, pour améliorer la robustesse, on pourra décider de conserver une partie de la nervure, mais une partie seulement, liée au bord latéral du moyeu.
Selon différents modes de réalisation de l'invention qui pourront être pris ensemble ou séparément :

lesdites pales s'étendent en direction d'une tête de pale, éventuellement attachée sur une virole,
ladite paroi de fond est orientée radialement,
ledit bossage de guidage entoure ledit orifice de passage de l'arbre d'entraînement de ladite hélice,
lesdits segments d'une même nervure s'étendent axialement à partir du fond,
lesdits segments d'une même nervure s'étendent radialement,
tout ou partie desdits segments d'une même nervure sont alignés,
lesdits segments d'une même nervure sont des segments curvilignes,
tout ou partie desdits segments d'une même nervure sont dans le prolongement les uns des autres,
lesdits segments d'une même nervure présentent une extension radiale et la somme des extensions radiales des segments d'un même raidisseur est comprise entre 25 et 75% de l'extension radiale globale de ladite nervure,
ladite nervure est constituée desdits segments s'étendant à partir du bossage et de ladite paroi latérale,
ladite nervure comporte en outre au moins un segment additionnel, situé entre lesdits segments s'étendant à partir du bossage et de ladite paroi latérale, dits segments d'extrémité, de façon non jointive avec ces derniers.

Dans le mode particulier de réalisation où ledit raidisseur ne comporte que les deux segments d'extrémités, on obtient un moyeu à rigidité limitée, mais dont les parties centrale et latérale restent peu déformables.
Dans le mode particulier de réalisation où le raidisseur comporte en outre au moins un segment additionnel, on peut ajuster la rigidité du moyeu pour obtenir à la fois une bonne tenue mécanique et une rigidité réduite, en modulant leur nombre et leur positionnement sur le diamètre du raidisseur.
Dans un mode alternatif de réalisation les deux segments d'extrémité sont alignés, le ou lesdits segments additionnels étant décalés angulairement par rapport auxdits segments d'extrémités.
L'invention porte également sur un ventilateur de véhicule automobile comportant une hélice telle que décrite ci-dessus, et sur un module de refroidissement de véhicule automobile comprenant un tel ventilateur.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, détails, caractéristiques et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative détaillée qui va suivre, d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, en référence aux dessins schématiques annexés.
Sur ces dessins :

la figure 1 est une vue simplifiée et schématique d'un module de refroidissement d'un bloc moteur d'un véhicule automobile ;
la figure 2 est une vue en perspective d'une hélice pour le ventilateur de la figure 1 ;
la figure 3 est une vue de dessous du moyeu de l'hélice de la figure 2, selon un mode de réalisation de l'invention, et
la figure 4 est vue en coupe du moyeu de la figure 3, dans une variante de réalisation de l'invention.

En se référant à la figure 1, on voit un module de refroidissement 3 d'un bloc moteur 5 de véhicule automobile. Il comprend notamment une hélice 1 et un échangeur thermique 7 tel qu'un radiateur de refroidissement du moteur 5. L'hélice 1, représentée ici entre le radiateur de refroidissement 7 et le bloc moteur 5, peut être agencée soit en avant soit en arrière du radiateur 7. Ces éléments 1, 5 et 7 sont sensiblement alignés axialement. L'hélice 1 est montée en rotation autour d'un axe A. Lorsque l'hélice 1 est entraînée en rotation, par exemple par un moteur électrique 9, ses pales 2 brassent l'air qui la traverse. Le flux d'air s'écoule alors selon un sens d'écoulement orienté sensiblement de l'échangeur 7 vers le bloc moteur 5.
Cette hélice 1, réalisée, par exemple, par moulage et illustrée sur la figure 2, comprend :

un moyeu central 6, encore appelé « bol », qui est creux pour pouvoir contenir le moteur d'entraînement 9,
une pluralité de pales 2, ici au nombre de cinq, avec des premières extrémités qui sont fixées sur le moyeu 6 et qui s'étendent radialement à partir de ce moyeu,
et une virole périphérique 4 à laquelle se raccordent les deuxièmes extrémités des pales 2.

figure 3

figure 4

On va maintenant décrire l'apport de l'invention par rapport aux dispositifs de l'art antérieur. Elle permet, en réduisant l'envergure longitudinale des raidisseurs 14 de réduire la rigidité du moyeu et donc de limiter le transfert, vers le moyeu 6, les pales 2 et la virole 4, des vibrations occasionnées par le moteur, via son arbre d'entraînement. On peut ainsi réduire les sollicitations subies par l'hélice en fonctionnement et lui conserver une forme sensiblement stationnaire, notamment vis-à-vis de certaines sollicitations vibratoires spécifiques gênantes, qui sont transmises par son environnement.
L'invention se caractérise en outre par la flexibilité qu'apporte la possibilité d'ajouter des segments intermédiaires 14b et 14c. En jouant sur le nombre de segments intermédiaires mis en place, sur leur positionnement sur le diamètre du fond 8 et leur longueur et, de ce fait sur la longueur totale des segments d'un raidisseur 14, on peut moduler la rigidité du moyeu 6 et donc, la réponse vibratoire de l'hélice. On dispose ainsi d'un degré de liberté que ne possède pas l'art antérieur pour gérer la réponse vibratoire de l'hélice et éviter l'éventuelle détérioration de celle-ci en utilisation.
On remarque par ailleurs que les raidisseurs ne sont pas supprimés et qu'ils continuent à assurer leur fonction de mise en mouvement de l'air à l'intérieur du moyeu, qu'ils avaient dans les dispositifs de l'art antérieur, permettant ainsi de conserver un refroidissement aérodynamique au moteur électrique d'entraînement de l'hélice. La longueur et le positionnement retenus pour les divers segments intermédiaires, sont alors, dans le cas de l'invention, le résultat d'un compromis entre, d'une part, une réponse favorable à donner aux sollicitations vibratoires et, d'autre part, la génération d'une nécessaire mise en mouvement de l'air interne au moyeu 6.
D'autres variantes sont possibles, portant notamment sur la direction et la courbure des raidisseurs, pour autant que ces raidisseurs soient segmentés, et que ces segments soient non jointifs,. On considère que deux segments appartiennent à un même raidisseur courbe lorsque la courbe qui les joint ne comporte pas de point d'inflexion. Les deux segments d'extrémité 14a et 14d sont avantageux pour assurer une rigidité et une résistance mécanique suffisante au fond 8 tant au niveau de son rattachement au bossage central 13 qu'à celui de la paroi latérale 10.
Les segments 14a à 14d ont été représentés droits et positionnés dans l'alignement les uns des autres. L'invention peut également être réalisée avec des segments intermédiaires, droits ou courbes, qui ne sont pas alignés avec les segments d'extrémité 14a et 14d. Des formes d'alignement en quinconce peuvent être envisagées, les segments intermédiaires étant positionnés de part et d'autre de la ligne principale du raidisseur 14, avec une orientation parallèle à celle des segments d'extrémités.
De façon pratique on considère que la somme des extensions radiales des segments d'un raidisseur selon l'invention est comprise entre 25 et 75 % de l'extension radiale du raidisseur, l'extension radiale étant calculée le long d'un rayon ou d'une courbe allant sans point d'inflexion du bossage 13 à la paroi latérale 10.

Claims

Hélice de mise en circulation d'un flux d'air comportant des pales (2) s'étendant à partir d'un pied de pale attaché à un moyeu (6) de ladite hélice, ledit moyeu (6) comportant une paroi de fond (8), traversée par un orifice (12) de passage d'un arbre d'entraînement de ladite hélice, et une paroi latérale (10), ledit moyeu comportant en outre au moins une nervure (14), située entre ledit orifice (12) et ladite paroi latérale (10), ladite nervure (14) est formée par un ou plusieurs segments (14a, 14b, 14c, 14d), le ou l'un (14a, 14b, 14c) desdits segments présentant au moins un bord libre (15), s'étendant à partir de ladite paroi de fond (8) et tourné vers ladite paroi latérale, caractérisé en ce que ledit orifice (12) de passage étant situé au niveau d'un bossage (13) de guidage de l'arbre, et le ou l'un (14a, 14b, 14c) desdits segments présentant au moins un bord libre (15), s'étendant à partir de ladite paroi de fond (8) et tourné vers ladite paroi latérale, s'étend à partir dudit bossage (13).
Hélice selon la revendication 1 dans lequel un autre desdits segments de ladite nervure s'étend à partir de ladite paroi latérale (10), ledit autre desdits segments présentant au moins un bord libre (16), s'étendant à partir de ladite paroi de fond (8) et tourné vers ledit orifice de passage (12).
Hélice selon l'une des revendications précédentes dans laquelle lesdits segments (14a, 14b, 14c, 14d) d'une même nervure s'étendent axialement à partir du fond (8).
Hélice selon l'une des revendications précédentes dans laquelle lesdits segments (14a, 14b, 14c, 14d) d'une même nervure s'étendent radialement.
Hélice selon l'une des revendications précédentes dans laquelle tout ou partie des segments (14a, 14b, 14c, 14d) d'une même nervure sont alignés.
Hélice selon l'une des revendications précédentes dans laquelle les segments (14a, 14b, 14c, 14d) d'une même nervure sont des segments curvilignes.
Hélice selon la revendication 6 dans laquelle tout ou partie desdits segments (14a, 14b, 14c, 14d) d'une même nervure sont dans le prolongement les uns des autres.
Hélice selon l'une des revendications précédentes dans laquelle lesdits segments (14a, 14b, 14c, 14d) d'une même nervure présentent une extension radiale et la somme des extensions radiales des segments est comprise entre 25 et 75% de l'extension radiale globale de ladite nervure.
Hélice selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ladite nervure est constituée de deux dits segments (14a, 14d).
Hélice selon l'une des revendications précédentes dans laquelle ladite nervure comporte au moins deux dits segments, dits segments d'extrémité, et au moins un dit segment additionnel (14b, 14c), situé entre lesdits segments (14a, 14d) d'extrémité, de façon non jointive avec ces derniers.
Hélice selon la revendication 10 dans laquelle les deux segments d'extrémité (14a, 14d) sont alignés, ledit ou lesdits segments additionnels (14b, 14c) étant décalés angulairement par rapport auxdits segments d'extrémité.
Ventilateur de véhicule automobile comportant une hélice selon l'une quelconque des revendications précédentes.
Module de refroidissement de véhicule automobile comprenant un ventilateur selon la revendication précédente.