Brevet FR2740853A1 — publié le 19970509

DISPOSITIF DE LUBRIFICATION DYNAMIQUE D'UN PALIER DE GUIDAGE POUR ARBRE DE MOTEUR ELECTRIQUE La présente invention concerne un dispositif de lubrification dynamique d'un palier de guidage pour arbre de moteur électrique. Il s'agit plus précisément d'un dispositif pour lubrifier un palier, par exemple à roulements, servant au guidage en rotation de l'une des deux extrémités d'un arbre de moteur électrique, cet arbre étant disposé sensiblement horizontalement et portant à son autre extrémité un pignon en prise avec une couronne dentée entraînant un train d'engrenages, par exemple un différentiel, le pignon et la couronne étant placés à l'intérieur d'un compartiment de carter étanche dont le fond contient une réserve d'huile dans laquelle baigne la partie inférieure de la couronne. A titre d'exemple non limitatif d'application de l'invention, on peut mentionner la propulsion d'un véhicule automobile au moyen d'un moteur électrique, le différentiel assurant l'entraînement des arbres de deux roues motnces. En général, L'arbre moteur est guidé à ses deux extrémités dans des paliers consistant en des roulements à billes, à rouleaux ou à aiguilles. La lubrification du roulement situé à proximité du pignon se fait généralement de manière automatique, par suite de la projection de l'huile assurant la lubrification du pignon et des engrenages. En revanche, ce n'est pas le cas pour l'autre pignon, situé à l'extrémité opposée de l'arbre. En pratique, ce palier n'est généralement pas lubrifié, ce qui pose des problèmes de fiabilité et de durée de vie du palier de plus, I'absence de lubrification réduit les vitesses de rotation admissibles. Certains systèmes utilisent des graisseurs. Toutefois, ce genre de solution n'est pas complètement satisfaisante dans la mesure où une lubrification au moyen d'un graisseur n'est pas très efficace, et ne permet pas non plus de travailler à des vitesses très élevées ni, à vitesse donnée, de recourir à des paliers de grandes dimensions. L'objectif de la présente invention est d'éviter ces inconvénients en proposant un système de lubrification particulièrement efficace dudit palier d'extrémité. Cet objectif est atteint, conformément à l'invention, grâce au fait que, d'une part, L'arbre moteur est percé d'un canal longitudinal permettant de transférer de l'huile de son extrémité portant le pignon au palier et que, d'autre part, il est prévu, au voisinage du pignon, des moyens adaptés pour récupérer de l'huile projetée par celui-ci sous l'effet de la force centrifuge et pour l'introduire dans le canal afin de la transférer au palier pour en assurer la lubrification. C'est par conséquent l'huile qui sert à la lubrification du pignon, de la couronne dentée et du train d'engrenages - différentiel par exemple - qui va également servir à la lubrification du palier. Dans un mode de réalisation préférentiel, le dispositif comporte des moyens pour ramener l'huile du palier au fond du carter afin de la recycler. Ces moyens consistent par exemple en une conduite dans laquelle l'huile circule par gravité. Selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles, non limitatives de l'invention: - les moyens de récupération et d'introduction de l'huile dans le canal de l'arbre moteur comprennent un bac débouchant dans un tube qui pénètre partiellement dans ledit canal; - le bac est une gouttière qui affecte, en vue de dessus, sensiblement la forme d'un "U" à l'intérieur duquel s'inscrit le pignon; - cette gouttière a une section droite ayant sensiblement la forme d'un "U" ou d'un "V"; - le canal est un alésage coaxial à l'arbre, le tube étant lui-même disposé coaxialement à l'extrémité du canal; - I'extrémité de l'arbre est échancrée du côté du palier, afin de permettre le passage de l'huile du canal au palier;; - le palier est un roulement (à billes, galets, rouleaux ou aiguilles), dont la bague intérieure est emmanchée sur une portion d'extrémité d'arbre qui présente des rainures radiales autorisant le passage de l'huile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description et des dessins annexés qui en représentent, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation préféré. Sur ces dessins: - la figure 1 est une vue schématique, en coupe axiale, de l'ensemble du dispositif; - la figure 2 est une vue en coupe de la zone d'extrémité de l'arbre moteur, côté pignon d'entraînement, cette vue montrant également en coupe axiale les moyens de récupération de l'huile; - la figure 3 est une vue en perspective, avec arrachement partiel de ces mêmes moyens; - la figure 4 est une vue en coupe de l'autre extrémité de l'arbre; - la figure 5 est une section transversale de l'extrémité de l'arbre moteur, coupée par le plan désigné V-V sur la figure 4. Sur les figures, on a désigné par la référence 1 un carter, par exemple en alliage métallique moulé, à l'intérieur duquel est logé un moteur électrique 2. Dans une application possible, ce moteur sert à la propulsion d'un véhicule automobile, et le carter est fixé, au moyen d'attaches appropriées 13, au châssis C du véhicule. Le moteur électrique 2 comprend, de manière connue, un stator 21 monté par des moyens de fixation appropriés, non représentés, à l'intérieur du carter, ainsi qu'un rotor 20 solidaire en rotation et en translation d'un arbre horizontal 3. Les organes d'alimentation électrique du moteur, de type bien connu, ne sont pas non plus illustrés pour ne pas alourdir inutilement les dessins. Des ouvertures 100 ménagées dans la paroi supérieure du carter assurent la ventilation du moteur, évitant les surchauffes. L'arbre 3 est un arbre creux, percé d'un alésage central 30, coaxial à l'arbre. A l'une de ses deux extrémités, L'arbre 3 est solidaire d'un pignon 4, également creux, qui - comme on le verra plus loin - sert à l'entraînement de deux demiarbres de roue. L'arbre 3 est guidé en rotation dans le carter 1 au moyen d'une paire de paliers 32, 33, qui consistent, par exemple, respectivement en un roulement à rouleaux cylindriques et en un roulement à billes. Le carter 1 est cloisonné de manière à présenter un compartiment central 10, dans lequel est situé le moteur 2, et deux compartiments d'extrémité 11, 12. Le compartiment 11, situé sur la droite de la figure 1, reçoit le pignon 4, ainsi qu'un train d'engrenages comprenant une couronne dentée 5 en prise avec le pignon 4, et constitutive d'un différentiel 6 à pignons coniques, qui sera décrit plus loin. Le roulement 32 est monté dans la partie supérieure du compartiment de carter 11. Sa partie inférieure, ou fond, contient une certaine quantité de lubrifiant liquide, ou huile, qui - de manière bien connue - sert à la lubrification des engrenages 4, 5 et 6. A l'extrémité opposée, le roulement à billes 33 est monté dans le compartiment de carter 12. Sa bague intérieure, montée sur l'extrémité de l'arbre 3, est immobilisée axialement par un organe de retenue tel qu'un écrou 31, symboliquement représenté. On a désigné par XX' I'axe de l'arbre moteur 3 et de l'alésage 30. Des joints d'étanchéité dynamique appropriés 34, 35, assurent l'étanchéité de l'arbre 3 avec les cloisons qu'il traverse dans le carter, cloisons qui assurent respectivement la séparation des parties 10 et 11 d'une part, et 10 et 12 d'autre part. La couronne dentée 5 est disposée en-dessous du pignon 4, dans le même plan transversal que celui de ce dernier, perpendiculairement à l'axe XX'. Cette couronne 5 est guidée en rotation autour d'un axe horizontal YY' parallèle à X X ', et située dans le même plan vertical longitudinal que celui-ci. La couronne 5 porte un manchon cylindrique 51 par lequel elle est guidée en rotation dans un palier 600 monté dans le carter ; ce palier consiste par exemple en un roulement à rouleaux coniques. De manière connue, le différentiel 6 comprend une paire de pignons coniques formant satellites, montés fous en rotation autour d'axes co-axiaux, perpendiculaires à YY' et portés par une cage solidaire de la couronne 5. Les pignons coniques 52, 52' sont tous deux en prise avec une paire de pignons planétaires 62, 62' qui sont montés à l'extrémité des deux demi-arbres de roues 60 et, respectivement 61. Les demi-arbres 60 et 61, tous deux d'axe YY', portent à leur extrémité opposée les roues motrices du véhicule, non représentées. Le demi-arbre 60 s'étend sous le compartiment de carter central 10. Il est guidé en rotation dans le manchon 51; un autre palier non représenté est prévu au voisinage de l'extrémité opposée du compartiment 10. Le demi-arbre 61 est guidé dans un manchon 53 solidaire de la cage du différentiel, et lui-même guidé dans des roulements 610, par exemple à rouleaux, montés dans la partie de carter 11. Des joints d'étanchéité dynamique 110, 111 assurent l'étanchéité entre les demi-arbres 60, 61 et les ouvertures de carter correspondantes. Conformément à l'invention, il est prévu dans la partie supérieure du compartiment de carter 1 1 des moyens 7 servant à récupérer une partie de l'huile qui est véhiculée par les dents de la couronne 5 et du pignon 4, et projetée par effet centrifuge dans la zone supérieure du carter. On notera qu'une certaine quantité de cette huile va être projetée contre le roulement 32, et va par conséquent servir à lubrifier ce roulement. Comme expliqué ci-après, les moyens 7 vont également permettre de lubrifier le roulement opposé 33. Comme déjà dit, l'illustration de la figure 1 est une vue schématique. La figure 2 est une représentation plus détaillée de l'extrémité de l'arbre 3 et du pignon 4, ainsi que des moyens récupérateurs 7. Comme on le voit sur la figure 2, cette partie d'extrémité de l'arbre creux 3 présente un élargissement à l'intérieur duquel est emmanché à force un manchon tubulaire 41 portant le pignon 4, dont la denture est référencée 40. Le manchon 41, qui est donc parfaitement solidaire de l'arbre 3, présente un alésage central 410 prolongeant l'alésage 30. Comme cela est particulièrement visible sur la figure 3, les moyens 7 comprennent un bac 70 qui consiste en une gouttière conformée pour présenter, vue de dessus, la forme générale d'un "U". En coupe transversale, la section droite de la gouttière est également en forme de "U", dont l'ouverture est dirigée vers le haut. On a désigné par les références 72 et 73 respectivement les deux branches latérales et la branche transversale de la gouttière en La gouttière 70 est disposée dans un plan horizontal, sensiblement au niveau de l'axe XX'. L'écartement mutuel des deux branches 72 est très légèrement supérieur au diamètre du pignon 4, de sorte que chacune des deux branches 72 s'étend à proximité de la denture 40. Le bac 70 est solidaire d'une plaque de fond verticale 74, par exemple en forme de demi-disque, qui est fixée par des moyens appropriés, tels que des boulons 700, à la paroi d'extrémité verticale du carter. De la partie centrale de la branche de gouttière transversale 73 part un petit tube 71 disposé suivant l'axe XX', et pénétrant partiellement à l'intérieur de l'alésage 410. Ce tube 71, dont le diamètre est naturellement inférieur à celui de l'alésage 410, a ses deux extrémités ouvertes, l'une se raccordant au fond du bac 70 (dans la partie de gouttière transversale 73) et l'autre débouchant dans l'alésage 410. Une plaque de tôle semi-cylindrique 75, formant un dôme, recouvre la partie supérieure du bac, se raccordant d'une part à la plaque de fond 74, d'autre part aux parois extérieures des branches de gouttière 72. Ce dôme 75 dont l'axe de courbure coïncide sensiblement avec XX', recouvre complètement la portion supérieure du pignon 4. Grâce à cet agencement, les gouttes d'huile véhiculées par la denture 40, et qui se trouvent projetées vers l'extérieur et vers le haut au cours de la rotation de l'arbre 3, sont interceptées par la face interne du dôme 75, et s'écoulent par gravité à l'intérieur du bac 70. L'huile ressort du bac par le tube 71 et s'écoule à l'intérieur de l'alésage 410, puis de l'alésage 30, de sorte qu'elle est progressivement refoulée vers l'extrémité opposée de l'arbre, en direction du palier 33. Le mouvement de rotation favorise sa progression. Comme on le voit sur la figure 4, ce palier 33 est un roulement à billes dont la bague intérieure est montée sur une pièce 9 solidaire du bout d'arbre 3. La bague intérieure du roulement 33 est immobilisée en translation à l'extrémité de l'arbre, d'une part par un épaulement prévu sur la pièce 9, d'autre part par l'écrou 31. Des rainures radiales 90 - par exemple au nombre de deux, diamétralement opposées - sont prévues dans la pièce 9 pour permettre l'échappement de l'huile du canal 30 au roulement 33. La partie de carter 12 qui renferme le roulement 33 et l'extrémité de l'arbre 9 est également étanche. Son fond se raccorde à une conduite 8 qui permet de ramener par gravité l'huile ayant servi à la lubrification du palier 33 au fond du compartiment opposé 11 du carter. On réalise ainsi un recyclage en circuit fermé de l'huile. Cette circulation est illustrée par des flèches à la figure 1. Le bain d'huile en fond de la partie de carter 1 1 y est référencé H. Une partie de l'huile transportée par la denture de la couronne 5 se retrouve sur la denture du pignon 4 et est projetée en partie supérieure du carter contre le dôme 75 pour être récupérée ensuite dans le bac 70. Cette projection radiale de l'huile contre le dôme 75 est symbolisée par les flèches f. L'huile récupéré dans le bac 70 est ensuite introduite dans l'alésage 30, comme symbolisé par la flèche g. Cette huile parcourt axialement l'intérieur de l'arbre 3 pour se retrouver à l'extrémité opposée d'où elle ressort, toujours sous l'effet de la force centrifuge par les rainures 90, comme symbolisé par les flèches h. Après avoir contribué à la lubrification du roulement 33, une partie de l'huile se retrouve au fond du compartiment de carter 12. Elle en ressort par le conduit 8, comme symbolisé par la flèche i, pour regagner, par gravité, le fond du compartiment 11, comme symbolisé par la flèche j. Grâce à l'invention, le palier 33 est soumis à une lubrification par de l'huile, ce qui est nettement plus efficace qu'une lubrification par graissage, et permet de travailler avec une très grande vitesse de rotation, en réduisant le risque d'usure prématurée. Les moyens de l'invention sont des moyens simples et peu coûteux, ne grevant que de manière négligeable le prix de revient global de l'ensemble. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour lubrifier un palier (33) de guidage en rotation de l'une des deux extrémités d'un arbre (3) de moteur électrique (2), cet arbre (3) étant disposé sensiblement horizontalement, et portant à son autre extrémité un pignon (4) en prise avec une couronne dentée (5) entraînant un train d'engrenages (6) tel qu'un différentiel, le pignon (4) et la couronne (5) étant placés à l'intérieur d'un compartiment de carter étanche (11) dont le fond contient une réserve d'huile dans laquelle baigne la partie inférieure de la couronne (5), caractérisé par le fait que:: - ledit arbre (3) est percé d'un canal longitudinal (30) permettant de transférer de l'huile de son extrémité portant le pignon (4) au palier (33); - il est prévu, au voisinage du pignon (4), des moyens (7) adaptés pour récupérer de l'huile projetée par celui-ci sous l'effet de la force centrifuge et pour l'introduire dans ledit canal (30), afin de la transférer au palier (33) pour en assurer la lubrification. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (8) pour ramener l'huile du palier (33) au fond du carter afin de la recycler. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par le fait que lesdits moyens (8) servant à ramener l'huile du palier (33) au fond du carter consistent en une conduite dans laquelle l'huile circule par gravité. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lesdits moyens (7) de récupération et d'introduction de l'huile dans le canal (30) de l'arbre (3) comprennent un bac (70) débouchant dans un tube (71) qui pénètre partiellement dans ledit canal (30). 5 . Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ledit bac (70) est une gouttière qui affecte, en vue de dessus, sensiblement la forme d'un "U" à l'intérieur duquel s'inscrit ledit pignon (4). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite gouttière aune section droite ayant sensiblement la forme d'un "U" ou d'un "V". 7. Dispositif selon l'une des revendications 4 à 6, caractérisé par le fait que ledit canal (30) est un alésage coaxial à l'arbre (3), ledit tube (71) étant lui-même disposé coaxialement à l'extrémité dudit canal (30). 8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'extrémité de l'arbre (3) est échancrée du côté du palier (33), afin de permettre le passage de l'huile du canal (30) au palier (33). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que le palier (33) est un roulement dont la bague inténeure est emmanchée sur une portion d'extrémité d'arbre (9) qui présente des rainures radiales (90) autorisant le passage de l'huile.