Brevet FR2281850A1 — publié le 19760312

L'invention concerne des transmissions pour des véhicules mQs par des moteurs électriques, et plus particulièrement mais non exclusivement des véhicules ferroviaires. La transmission entre le moteur et l'essieu d'un bogie de véhicule ferroviaire ma électriquement affecte d'habitude l'une des deux formes suivantes a) le moteur est monté dans la caisse du véhicule, et la transmission à l'essieu se fait par un arbre de Cardan et un engrenage final d'équerre; b) le moteur est monté sur un bogie ou suspendu par le nez, et la transmission se fait par une seule paire d'engrenages droits avec éventuellement une roue intermédiaire. Les deux systèmes impliquent une certaine forme de trains d'engrenages dans la transmission; la complexité supplémentaire du mode de réalisation a) est Justifiée par les avantages que présente un moteur totalement suspendu. L'objet de l'invention est de supprimer les engrenages extérieurs, et ce résultat est obtenu suivant l'invention en logeant le moteur à l'intérieur d'un essieu tournant tubulaire du véhicule et en le reliant à l'essieu précité de façon à le faire tourner. Dans un mode de réalisation de l'invention, le moteur possède un stator central entouré par un rotor placé sur la surface interne de l'essieu tubulaire. Dans un second mode de réalisation de l'invention, un petit moteur à grande vitesse, de construction tout-à-fait classi- que, est monté à l'intérieur d'un essieu tubulaire et l'entrains par l'intermédiaire d'un train d'engrenages épicycloidal monté également à l'intérieur de l'essieu. En raison des conditions très dures dans lesquelles fonctionnent les moteurs de véhicules ferroviaires, et des très grandes vitesses requises, on préférera un rotor en cage à courant alternatif ou, éventuellement, un moteur à induction à rotor non feuilleté. Pour maintenir un couple de démarrage élevé et une puissance suffisante à grande vitesse, l'alimentation du moteur affecte de préférence la forme d'un courant alternatif triphasé à fréquence variable dérivé d'un inverseur statique ou d'une machine électrique rotative entraînée à une vitesse variable. Les d eux modes de réalisation précités vont maintenant entre décrits plues en détail, à titre d'exemples et avec réfkrence aux dessins annexés. La figure 1 est une coupe verticale du premier mode de réalisation. La figure 2 est une coupe analogue du second mode de réalisation. Sur les figures, on a représenté un essieu monté d'un véhicule ferroviaire. Il comprend un essieu tubulaire 1 auquel des roues 2 sont clavetées de façon à tourner avec lui. Les extrémités de l'essieu tubulaire 1 sont montées de façon rotative dans des boftes d'essieu 3. Sur la figure 1, un moteur à induction est monté à l'intérieur de l'essieu tubulaire 1. Ce moteur comprend un stator central 4 muni d'un noyau feuilleté divisé en deux paquets de lamelles radiales 5 et 6 axialement espacés l'un de l'autre le long de l'essieu 1 et supportés sur un tube 7. Les lamelles du stator sont serrées et réunies les unes aux autres de façon à transmet tre des efforts de cisaillement. Des enroulements de stator 8 sont disposés dans des rainures axiales à la pdriphérie extérieure du noyau du stator. Le stator 4 est supporté dans l'essieu tu bullaire par des arbres creux 9 et 10 qui lui sont fixés de manière appropriée par leurs extrémités internes et qui sont fixés aux boutes d'essieu 3 par leurs extrémités externes.L'un au moins des arbres 9 et 10 sert d'arbre de réaction par couple pour frei- ner la rotation du stator. L'arbre 9 contient les conducteurs électriques (non représentés) aboutissant aux enroulements 8 du stator, et l'arbre 10 sert de conduit pour amener au moteur de ltair de refroidissement sous pression. Le tube 7 est percé d'une ouverture 11 alignée avec l'espace compris entre les paquets 5 et 6 de lamelles de stator, et est plus large que cet espace. Par suite, de l'air sous pression arrivant par l'arbre 10 traverse l'ouverture 11 et se répand dans le stator sous la forme d'un courant entre le tube 7 et les lamelles du stator, et d'un courant pénétrant dans l'entrefer 12 du moteur par l'espace compris entre les paquets de lamelles 5 et 6. Le rotor 13 du moteur entoure le stator 4 et possède un noyau 14 qui est rigidement fixé à la surface interne de l'essieu tubulaire 1 ou fait corps avec elle. Ainsi, le noyau 14 peut être feuilleté, les lamelles s'emboitant de façon étanche dans l'essieu tubulaire 1. Si des bagues de serrage sont adaptées aux extrémités du noyau 14 du rotor l3, la compression des lamelles du rotor peut être réalisée par tension axiale dans l'essieu tubulaire 1. Le noyau 14 porte un enroulement 15 à cage d'écureuil. Le rotor ne prenant appui que sur les boites d'essieu, le niveau d'accélération élevé qui domine sur l'essieu peut avoir pour conséquence un mouvement différentiel du rotor et du stator en produisant éventuellement un contact matériel, à moins que les rigidités de ces éléments ne soient suffisamment élevées. Pour éviter ce risque, d'autres paliers peuvent être prévus entre l'arbre 10 du stator et l'essieu tubulaire 1, en étant placés aussi près que possible du stator afin de réduire les effets de flexion différentielle. Si l'on se reporte maintenant à la figure -2, on voit un moteur 20 sous la forme d'un moteur à induction classique supporté par son carter 21 à l'intérieur de l'essieu tubulaire 1. Â une extrémité, le carter 21 est supporté par un arbre 22 fixé à l'une des botes d'essieu 3. Â son autre extrémité, le carter 21 est supporté par des parties immobiles d'un train épicycloidal 23 monté sur un arbre 24 fixé à l'autre boite d'essieu 3. Les arbres 22 et 24 jouent ainsi le rôle d'arbres de réaction par couple. Un arbre moteur 25 est supporté par des paliers dans une cage à satellites 26 du train épicycloTdal 23.Un côté de la cage 26 est fixé au carter 21 du moteur, et l'autre côté est fixé à l'arbre 24 et réalise ainsi la liaison porteuse entre le carter 21 du moteur et l'arbre 24. L'arbre 25 portè un planétaire 27 qui engrène avec des satellites 28 portés par la cage 26 et qui, à leur tour, engrènent avec une couronne dentée 29 fixée rigidement à la surface interne de l'essieu tubulaire 1. La diinension d'un moteur à induction dépend essentiellement du couple maximum qu'il doit produire et est relativemont indépendante de la vitesse de rotation. Etant donné que la puissance fournie par le moteur est le produit du couple par la vitesse, il s'ensuit qu'un moteur à très grande vitesse peut être réalisé avec des rapports puissance/poids et puissance/S ensions élevés. Un moteur à grande vitesse fournissant une puissance suffisamment élevée peut être construit de façon à s'adapter entièrement à 1'intérieur de l'essieu tubulaire. La construction peut être tout-à-fait classique, une attention particulière étant por tée aux paliers; et un refroidissement approprié devant etre prdvu. La réduction nécessaire entre l'arbre du moteur et l'es- sieu peut être trop importante pour être réalisée piM un seul train épicycloSdal, et l'on utilise alors un engrenage double. Le fonctionnement des engrenages aux vitesses élevées précitées nécessite qu'on accorde au graissage une attention toute particulière, et il peut être nécessaire de prévoir un système pour la production d'un brouillard d'huile. Les avantages des deux modes de réalisation décrites pré- cédemment sont les suivants a) ils n'exigent que peu de caractéristiques particulières du bogie, de sorte que l'on peut utiliser un même châssis pour des bogies moteurs et des bogies simplement porteurs; b) ils permettent le remplacement de moteurs à courant continu par des moteurs à induction à courant alternatif, ils redisent les frais d'entretien, et ils augmentent la fiabilité en supprimant des commutateurs. Le premier mode de réalisation pressente l'avantage supplémentaire de supprimer tout engrenage entre le moteur et l'essieu. REVESDICATIONS 1 - Transmission pour un véhicule ma par un moteur électrique, et caractérisée en ce que le moteur est placé à l'intérieur d'un essieu tubulaire tournant et relié à l'essieu précité de façon à le faire tourner. 2 - Transmission suivant la revendication t, caractérisée en ce que le moteur possède un stator central entouré par un rotor placé sur la surface interne de l'essieu tubulaire. 3 - Transmission suivant la revendication 2, caractérisée en ce que le stator est supporté par au moins un arbre dispose axialement à l'intérieur de l'essieu tubulaire, d'une extrémité à l'autre de celui-ci. 4 - Transmis3ion suivant la revendication 3, caractérisée en ce que l'arbre précité joue le rôle d'un arbre de réaction par couple. 5 - Transmission suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce qu'arbre précité est creux et sert de con- duit pour amener au moteur de l'air de refroidissement. 6 - Transmission suivant l'une des revendications 3 à 5, caractérisée en ce qutun second arbre s'étend axialement à l'inté- rieur de l'essieu tubulaire depuis l'autre extrémité de celui-ci et contient des conducteurs électriques aboutissant à l'enroule- ment du stator. 7 - Transmission suivant l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que le rotor possède un noyau qui est fixé rigidement contre la surface interne de l'essieu tubulaire. 8 - Transmission suivant la revendication 1, caractérisée en ce que le moteur entraîne l'essieu par l'internédiaire d'un train épicycloTdal ponté à l'intérieur de l'essieu.