Brevet FR2757704A1 — publié le 19980626

L'invention concerne un dispositif à énergie électrique comportant une génératrice électrique du type à inductance destinée à être montée sur l'extrémité d'un essieu d'un véhicule en mouvement, tel qu'un véhicule de chemin de fer. La génératrice électrique comprend un rotor fixé à l'extrémité de l'essieu et agencé de façon à tourner avec lui. Un stator est fixé au véhicule et comprend des premier et second éléments magnétiquement perméables, espacés, ayant des première et seconde extrémités de pôles, respectivement, étroitement adjacentes à la surface périphérique du rotor. Un premier enroulement électrique de stator est associé à l'un des premier et second éléments magnétiquement perméables afin que, lorsque l'essieu fait tourner le rotor, un courant électrique circule dans l'enroulement de stator. La figure 1 des dessins annexés et décrits ci- après représente un ensemble 10 placé sous le châssis d'un véhicule de chemin de fer, qui comprend un essieu tournant 12. Une roue 14 de véhicule ferroviaire est montée rigidement sur l'essieu 12, et l'essieu 12 est reçu de façon à pouvoir tourner dans un bloc adaptateur 16 de roulement. Le bloc adaptateur 16 de roulement comprend un crochet 17 de manuten- tion qui est utilisé lors du montage du bloc adaptateur de roulement sur l'essieu 12, et le bloc adaptateur comprend un chapeau classique 18 d'extrémité de roulement destiné à retenir un ensemble à roulement 30 en place sur l'essieu 12. Le chapeau extrême 18 comprend une section périphérique extérieure 18a, et une face de boulonnage 19 qui reçoit à travers elle des boulons 20. Le chapeau extrême 18 de roulement est un chapeau extrême classique dans le sens o il présente des trous pour boulons uniquement aux fins de fixation du chapeau extrême 18 sur l'essieu 12. L'essieu 12 reçoit des boulons 20 pour le montage rigide du chapeau extrême 18 sur l'essieu 12. Le bloc adaptateur de roulement supporte un balancier 22 de manière que l'essieu 12 tourne librement par rapport à ce balancier 22. Le balancier 22 supporte des ressorts 24 de suspension qui, eux-mêmes, supportent un châssis 26. Le châssis 26 constitue une partie intégrante d'un véhicule de chemin de fer, par exemple un wagon couvert ou wagon plat (non représenté). Comme cela est le mieux montré sur la figure 2, l'essieu 12 comprend un tronçon extrême 13 de diamètre réduit sur lequel un ensemble 30 à roulement est fixé. L'ensemble 30 à roulement comprend un jeu de rouleaux 34 qui sont disposés de façon à rouler entre des bagues 36 d'essieu et une bague 37 de boîte de roulement. L'ensemble 30 à roulement comprend aussi un carter 32 de roulement et un carter 33 de joint d'étanchéité relié rigidement au tronçon extrême 13 de l'essieu pour empêcher l'introduction de matières étrangères dans l'ensemble à roulement 30. Les bagues 36 de l'essieu sont reliées rigidement au tronçon extrême 13 de l'essieu afin de tourner avec lui, et les bagues 36 sont fixées axialement entre des éléments de verrouillage axial situés à l'extérieur et à l'intérieur, comprenant des anneaux 38, 39, respectivement. Un interstice 40 existe entre la section périphérique extérieure 18a du chapeau extrême 18, l'anneau 38 de blocage axial et le carter 33 du joint d'étanchéité. Cependant, l'ensemble à roulement précédent est sélectionné à des fins illustratives et il n'est pas repré- sentatif de toutes les conceptions possibles d'ensembles à roulement. Par exemple, l'anneau de blocage axial peut être formé d'une seule pièce avec le chapeau extrême de roulement, comme décrit dans le document EP- 449538, lequel document est décrit plus complètement ci-dessous. Dans tous les cas, l'intégrité de l'ensemble à roulement doit être préservée pour empêcher la défaillance et éviter ainsi un déraillement du wagon par suite d'une défaillance du roulement. Un dispositif à énergie électrique utilisé en combinaison avec un essieu tournant, tel que l'essieu 12, peut être de plusieurs types. Par exemple, des dispositifs à énergie électrique des types moteurs à inductance ou à réluctance convertissent de l'énergie électrique en énergie mécanique sous la forme d'un couple appliqué pour faire tourner l'essieu. Inversement, des génératrices électriques du type à inductance ou à réluctance utilisent un essieu tournant pour générer de l'énergie électrique sous la forme d'un courant électrique. Dans le contexte de véhicules de chemin de fer, des génératrices électriques sont utilisées pour fournir de l'énergie pour des systèmes anti-enrayeurs, des dispositifs de commande d'anti- patinage, destinés au contrôle de la vitesse des roues, ou pour envoyer des signaux de données à des enregistreurs du type "boîte noire". Habituel- lement, une telle génératrice est montée sur l'extrémité d'un essieu du véhicule de chemin de fer, tel que l'essieu 12, au voisinage du bloc adaptateur de roulement. Une telle généra- trice est décrite dans le document EP-449538, dans lequel un rotor est relié rigidement à un chapeau extrême de roulement par des boulons qui sont vissés dans des trous taraudés dans l'essieu. Le chapeau extrême de roulement est spécialisé dans le sens o un jeu supplémentaire de boulons le traversent, lequel jeu a un but autre que la simple fixation du chapeau extrême à l'essieu, à savoir que ce jeu est constitué de boulons de fixation de la génératrice. L'utilisation d'une telle génératrice du type à inductance présente plusieurs inconvénients. Par exemple, les boulons de fixation et les trous de montage de la génératrice nécessitent un chapeau extrême de roulement formant une pièce spécialisée qui est coûteuse à fabriquer. De plus, le rotor nécessite des aimants permanents, ce qui augmente le poids et la production de la génératrice. En outre, le rotor prolonge sensiblement le chapeau extrême, à l'extérieur du véhicule de chemin de fer, ce qui augmente le risque d'une collision de celui-ci avec des objets adjacents au véhicule. La présente invention élimine par contre ces inconvénients en proposant une génératrice électrique montée sur l'extrémité d'un essieu de véhicule comprenant un rotor fixé à l'extrémité de l'essieu et conçu pour tourner avec lui. Un stator est fixé au véhicule et comprend des premier et second éléments espacés, magnétiquement perméables, ayant des première et seconde extrémités de pôles, respectivement, étroitement adjacentes à la surface périphérique du rotor. Le stator comprend un premier enroulement électrique de stator associé à l'un des premier et second éléments magnétiquement per- méables afin que, lorsque le rotor est mis en rotation par l'essieu, un courant électrique circule dans le premier enroulement de stator. Un aimant permanent relie entre eux les premier et second éléments magnétiquement perméables. Le rotor présente une surface périphérique extérieure qui n'est pas en matière pour aimant permanent. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 montre une vue isométrique partielle d'un ensemble sous châssis d'un véhicule de chemin de fer sur un essieu duquel un dispositif à énergie électrique selon l'invention est monté; la figure 2 montre une vue en coupe transversale d'une partie d'un essieu classique et d'une boîte à roulement classique comme montré sur la figure 1; la figure 3 est une vue isométrique éclatée d'un ensemble à chapeau extrême de roulement à utiliser avec un dispositif d'énergie électrique selon l'invention; la figure 4 montre une vue en élévation avec coupe d'un ensemble à dispositif à énergie électrique comportant un ensemble de prise d'énergie électrique monté à proximité immédiate du chapeau extrême de la figure 3, conforme à la présente invention; la figure 5 est une vue en coupe transversale de l'ensemble à dispositif à énergie électrique de la figure 4, suivant la ligne 5-5 de la figure 4; la figure 6 est une vue isométrique éclatée d'une seconde forme de réalisation de la présente invention comportant une plaque à réluctance permettant une mise à niveau de matériel plus ancien; et la figure 7 est une vue en coupe transversale de la plaque à réluctance de la figure 6 utilisée conjointement avec l'ensemble à prise d'énergie des figures 4 et 5, conformément à la présente invention. Les références numériques pertinentes utilisées sur les figures 1 et 2 sont de nouveau utilisées sur les figures 3 et 7 pour illustrer comment un dispositif à énergie électrique selon la présente invention est utilisé dans le contexte d'un véhicule de chemin de fer. Ces références numériques se réfèrent aux mêmes éléments, sur les figures 3 à 7, que ceux auxquels elles se référaient sur les figures 1 et 2, et il est donc inutile de décrire de nouveau ces éléments. En référence à la figure 1, un ensemble 40 à dispositif à énergie électrique conforme à la présente invention est relié à un essieu 12 et comporte un chapeau extrême 60 et un ensemble 80 à prise d'énergie. Pendant que l'essieu 12 tourne, le dispositif 40 à énergie électrique fonctionne de façon à générer un courant électrique devant être utilisé par des circuits électriques d'un véhicule de chemin de fer. Comme montré sur la figure 3, le chapeau extrême comporte une pièce moulée ou usinée, robuste, et comprend une structure de montage présentant des trous 61 pour boulons destinés à être traversés par des boulons 20 de montage. Un tourillon d'essieu 12 fait saillie du bloc adaptateur 16 de roulement et présente des trous taraudés 21. De plus, le chapeau extrême 60 comporte une section cyclindrique compre- nant un anneau 62. La partie radialement extérieure de l'anneau 62 comporte des pôles 64 à réluctance s'étendant vers l'extérieur, entre lesquels sont formés des interstices individuels 66. Les interstices 66 sont avantageusement remplis d'une matière diélectrique, par exemple une matière plastique, qui est liée au chapeau extrême 60 par un adhésif ou par une autre technique classique de liaison. Il n'est pas nécessaire de monter des aimants permanents sur le chapeau extrême 60. Une face 67, tournée vers l'essieu, du chapeau extrême 60 (figure 5) est disposée de façon à s'appliquer contre l'essieu 12 et l'ensemble à roulement 30. Le chapeau extrême 60 n'a donc besoin avantageusement que des trous 61 pour les boulons, évitant ainsi la nécessité des trous pour les boulons de fixation de rotor comme dans les chapeaux extrêmes antérieurs. Comme cela est le mieux montré sur la figure 4, l'ensemble 80 de prise d'énergie comprend des ensembles à stators 82 et un carter 90. Chaque ensemble à stator 82 comprend des éléments magnétiquement perméables 83, 85 comportant avantageusement des feuilles ferreuses stratifiées classiques. Chaque élément perméable comporte une extrémité terminale respective 83a,85a. Des enroulements respectifs 86,87 de stator sont enroulés de façon classique autour des éléments perméables 83,85. Un aimant permanent classique 84 est monté entre les éléments perméables 83 et 85 àl'aide d'un organe de fixation 88. Le carter 90 renferme les deux ensembles à stators et est avantageusement formé d'une matière non ferreuse, par exemple de l'aluminium ou une matière plastique rigide. Des trous traversants sont prévus pour recevoir à travers eux des boulons respectifs 94 de montage, par exemple comme représenté sur la figure 5. Un câble de puissance est relié à la surface supérieure du carter 90 par un boulon 93 de montage, comme montré sur la figure 4, lequel est vissé dans un trou d'une partie médiane du carter 90. Des bornes électriques connectent les en- roulements 86, 87 à un câble de puissance 92. Un composé d'enrobage non conducteur 96 remplit avantageusement le carter 90 et enrobe les ensembles à stators 82. En référence à ce qui précède, on décrira maintenant le montage du dispositif 40 à énergie électrique sur l'essieu d'un véhicule. Premièrement, un chapeau extrême classique 18 de roulement est démonté de l'essieu 12. 5 Ensuite, un chapeau extrême 60 est monté sur l'essieu au moyen de boulons 20 qui sont vissés dans les trous respectifs 21. Les boulons 20 sont serrés jusqu'à ce que la face 67 du chapeau extrême 60, tournée vers l'essieu, portent contre l'extrémité de la fusée de l'essieu 12 et contre l'anneau 3810 de l'ensemble à roulement 30, maintenant ainsi avantageuse- ment l'ensemble à roulement 30 en place sur l'essieu 12. Ensuite, des trous taraudés 16a (figure 5) sont réalisés dans le bloc adaptateur 16 de roulement. Puis l'ensemble 80 de prise d'énergie est monté sur le bloc adaptateur de roulement par l'introduction de boulons respectifs 94 de montage à travers des trous respectifs 91 de montage et leur vissage dans les trous taraudés 16a. Dans le choix de l'emplacement des trous taraudés 16a, il faut prendre soin de prévoir un entrefer convenable entre les extrémités terminales 83a,85a des éléments perméables 83,85 et les pôles 64 du chapeau extrême 60. La largeur de l'entrefer est maintenue à un minimum afin qu'une quantité maximale de flux magnétique circule entre les éléments perméables 83,85 et les pôles 64, comme montré par l'écoulement d'un flux magnétique du Nord (N) vers le Sud (S) illustré sur la figure 4. Enfin, un câble 92 est monté sur le carter 90 à l'aide d'un boulon 93 de montage. En référence à ce qui précède, on décrira le fonctionnement du dispositif 40 à énergie électrique. L'aimant permanent 84 induit un flux magnétique dans l'élé- ment perméable 83, puis ce flux sort de l'extrémité terminale 83a de cet élément 83 et entre dans un pôle donné 64. Le circuit du flux magnétique se poursuit à l'extérieur du pôle suivant 64 le plus proche, comme mesuré dans le sens inverse de celui des aiguilles d'une montre à partir du premier pôle 64 tel que vu sur la figure 4. Le flux magnétique passe également dans les enroulements de stator 86,87. Lorsque l'essieu 12 tourne, faisant tourner le chapeau extrême 60, les sections 66 en matière diélectrique viennent s'aligner avec les extrémités 83a,85a, et le champ du flux magnétique est ainsi rompu. Lorsque ceci se produit, l'énergie électri- que induite dans les enroulements de stator 86,87 circule dans les enroulements et génère une impulsion de courant électrique. Pendant que l'essieu 12 continue de tourner, un courant alternatif circule en continu dans les enroulements. Ce courant est transmis par le câble 92 à des circuits électriques du véhicule de chemin de fer. De plus, pendant que la roue et l'essieu 12 tournent et que le véhicule se déplace, le chapeau extrême 60 présente un encombrement réduit, ce qui évite des collisions avec des objets adjacents au véhicule de chemin de fer. Lorsqu'il n'est pas souhaitable de démonter un chapeau extrême 18 de roulement existant, on peut adapter pour remise à niveau un ensemble 200 à dispositif à énergie électrique comportant une plaque à réluctance 100 sur l'essieu 12 sans intervenir sur le chapeau extrême de rouleau existant. En référence aux figures 6 et 7, la plaque 100 à réluctance est une plaque métallique emboutie de laquelle les pôles à reluctance font saillie avec des interstices 104 entre eux. Aucune matière diélectrique autre que de l'air n'est nécessaire dans les interstices 104. Des trous de montage 106 sont dimensionnés pour recevoir à travers eux des boulons de montage 120. Le montage de la plaque à réluctance sur le chapeau extrême 18 de roulement nécessite d'enle- ver les boulons 20, à raison d'un à la fois, et de les remplacer par des boulons 20' qui présentent des trous centraux taraudés, ou bien de percer et de tarauder des trous centraux dans chacun des boulons 20, sur place, pour former des boulons 20'. Dans aucun des cas, il n'est nécessaire de déplacer le chapeau extrême 18 de roulement. Des boulons 120 sont ensuite insérés dans les trous 106 et sont vissés dans les trous taraudés respectifs des boulons 20'. Le carter 90 est ensuite monté sur le bloc adaptateur de roulement, comme dans la forme de réalisation précédente, en faisant attention à une largeur appropriée de l'entrefer entre les extrémités terminales 83a,85a et les pôles à réluctance 102. Le fonc- tionnement du dispositif 200 à énergie électrique est sensiblement le même que dans la forme de réalisation précédente, c'est-à-dire qu'un courant alternatif est produit pendant que l'essieu 12 tourne. Un point important est que le dispositif à énergie électrique de la présente invention peut être aisément monté sur l'essieu d'un véhicule. Le dispositif est peu encombrant, ce qui minimise le risque de collision avec des objets adjacents à l'essieu, et sa structure de montage est assez robuste pour une utilisation avec un véhicule de chemin de fer. Le rotor ne nécessite pas l'utilisation d'aimants permanents, ce qui rend l'ensemble plus simple et moins coûteux. Le dispositif à énergie électrique est également efficace pour maintenir une partie de joint d'étanchéité de roulement en place sur un essieu. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'ensemble décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Ensemble à génératrice électrique (40) monté sur l'extrémité (13) d'un essieu (12) d'un véhicule, compre- nant un rotor (60, 100) fixé à l'extrémité de l'essieu et agencé pour tourner avec lui; un stator (80) relié au véhicule et comprenant des premier et second éléments espacés (83,85), magnétiquement perméables, ayant des première et seconde extrémités de pôle, (83a, 85a), respectivement, étroitement adjacentes à la surface périphérique du rotor (60, 100), et un premier enroulement de stator électrique (86, 87) associé à l'un des premier et second éléments magnétiquement perméables (83, 85) afin que, lorsque l'essieu fait tourner le rotor, un courant électrique circule dans le premier enroulement de stator, l'ensemble étant caractérisé par un aimant permanent (84) reliant entre eux les premier et second éléments magnétiquement perméables (83, 85), ledit rotor (60, 100) ayant une surface périphérique extérieure (62, 64) qui n'est pas en matière pour aimant permanent. 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface périphérique extérieure (62, 64) du rotor comporte une série de pôles à reluctance (64), espacés de façon égale, séparés par une matière diélectrique (66) et agencés de manière que, lorsque le rotor tourne, des paires de pôles à reluctance adjacents soient alternativement amenées à proximité étroite de première et seconde extrémités de pôles respectives (83a, 85a) dudit stator (80) et éloi- gnées de cette proximité étroite. 3. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière diélectrique (66) est de l'air. 4. Ensemble selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière diélectrique (66) est une matière plastique liée au rotor (60). 5. Ensemble selon la revendication 4, caractérisé en ce que le stator (80) comprend un second enroulement de stator électrique (86, 87) associé à l'autre des premier et second éléments magnétiquement perméables (83, 85) afin que, lorsque l'essieu (12) fait tourner le rotor (100), un courant électrique circule dans le second enroulement de stator. 6. Ensemble selon la revendication 5, caractérisé en ce que le stator (80) comporte des troisième et quatrième éléments espacés magnétiquement perméables (83, 85) ayant des troisième et quatrième extrémités de pôles (83a, 85a), respectivement, étroitement adjacentes à ladite surface périphérique (64) du rotor (60, 100) et espacées des première et deuxième extrémités de pôles; un aimant permanent (84) reliant entre eux les troisième et quatrième éléments magnétiquement perméables (83, 85); et des troisième et quatrième enroulements électriques de stator (86, 87) associés aux troisième et quatrième éléments magnétiquement perméables (83, 85) de manière que, lorsque l'essieu (12) fait tourner le rotor, un courant électrique circule à travers les troisième et quatrième enroulements de stator (86, 87). 7. Ensemble selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte un câble électrique (92) relié au stator (80) et interconnecté électriquement à l'un des premier, deuxième, troisième et quatrième enroulements de stator (86, 87). 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le véhicule est un véhicule de chemin de fer et le stator (80) est monté sur le bloc de roulement (16) à proximité immédiate d'une extrémité (13) d'un essieu (12) du véhicule de chemin de fer. 9. Ensemble selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rotor (60) est un chapeau extrême de roulement boulonné sur l'extrémité (13) de l'essieu (12) et agencé pour maintenir en place un roulement (30) entre l'essieu (12) et le bloc (16) de roulement. 10. Ensemble selon la revendication 8, carac- térisé en ce que le rotor (100) est fixé à des boulons (20') fixant un chapeau extrême (18) de roulement à l'extrémité (13) de l'essieu au moyen de vis (120) en prise de vissage avec des trous taraudés dans les boulons (20').