Brevet FR2751146A1 — publié le 19980116

1i 2751146 À_gen.cement de cul asseupour un lectr que _ _ayant une meilleure résistance mécanique La présente invention concerne un agencement de culasse pour un moteur électrique et, en particulier, un agencement de culasse pour un moteur électrique incorporé dans un dispositif électrique de direction assistée. Plus particulièrement, la présente invention concerne un agencement de culasse pour un moteur électrique, ayant une meilleure résistance mécanique. Selon un dispositif électrique de direction assistée connu. pour des véhicules automobiles, l'arbre de moteur consiste en un arbre creux, et un arbre d'entraînement, relié aux roues directionnelles droite et gauche via des tiges de raccordement, est logé coaxialement dans l'arbre de moteur. Un agencement à écrou à billes est disposé entre l'arbre de moteur creux et l'arbre d'entraînement, afin de convertir le mouvement de rotation de l'arbre de moteur creux en le mouvement axial de l'arbre d'entraînement. La figure 3 illustre un dispositif électrique de direction assistée classique, comprenant une culasse i consistant en un organe tubulaire allongé axialement servant également de partie du boîtier pour le dispositif de direction assistée, et un carter d'engrenage qui loge un mécanisme d'engrenage a crémaillère et pignon et est fixé coaxialement à la culasse i via une bride radiale, afin de former le restant du boîtier pour le dispositif de direction assistée. La culasse 1 et le carter d'engrenage 2 forment ainsi ensemble le boîtier destiné au dispositif de direction assistée et logent co-axialement un arbre d'entraînement 3 qui est coulissant axialement, de manière à guider de façon directionnelle les roues avant droite et gauche les tiges de raccordement fixées 2 2751146 à l'une ou l'autre extrémité axiale de ces dernières. L'arbre d'entraînement 3 est relié à la crémaillère d'un dispositif d'engrenage à crémaillère et pignon, et son pignon est fixé à un arbre de pignon 4 qui est relié à un arbre de direction. Une partie intermédiaire de l'arbre d'entraînement 3 est logée coaxialement dans un arbre de moteur creux 5. Un noyau d'armature de moteur 6a et un commutateur 6b sont fixeés à la surface circonférentielle extérieure de l'arbre de moteur creux 5, de manière que le noyau d'armature 6a et l'arbre de moteur creux S tournent d'un seul tenant ensemble. Un mécanisme à écrou à billes est disposé entre la surface circonférentielle intérieure de l'arbre de moteur creux 5 et la surface circonférentielle extérieure de l'arbre d'entraînement 3, afin de convertir le mouvement de rotation de l'arbre de moteur creux 5 en le mouvement axial de l'arbre d'entraînement 3. Le couple de rotation produit par l'armature de moteur 6 est ainsi converti en la force d'assistance axiale pour l'arbre d'entraînement 3, de sorte que l'effort requis pour faire tourner le volant fixé à l'arbre de pignon 4 peut être réduit. Le dispositif de direction assistée s'étend normalement latéralement sur la carrosserie du véhicule, qui n'est pas représentée sur le dessin, et est fixé à la carrosserie de véhicule via un support 2a, formé dans le carter d'engrenage 2, et un support de montage 13 entourant partiellement une partie à faible diamètre lc de la cuTasse 1. Ces supports 2a et 13 sont normalement fixes à la carrosserie de véhicule par des éléments de fixation, tels que des boulons filetés. La partie principale la de la culasse, qui entoure l'armature de moteur 6a, présente nécessairement un diamètre supérieur à la partie à faible diamètre tc de la culasse I qui doit 3 2751146 être montée sur la carrosserie du véhicul.e via le support 13, et il est nécessaire de relier la partie à faible diamètre au restant de la culasse via une section de rétrécissement ld. Durant le fonctionnement du système électrique de direction assistée, la réaction exercée par la surface de la route, qui est appliquée sur les roues directionnelles, est transmise au dispositif de direction assistée via les tiges de raccordement. En particulier, la force de réaction est transmise à l'arbre d'entraînement 3 et, en outre, au roulement à billes destiné à l'arbre de moteur 3, via le mécanisme à écrou à billes et l'armature de moteur. Cependant, lorsque le volant est tourné entièrement dans l'une ou l'autre direction, le couplage entre l'une des tiges de raccordement et l'extrémité associée de l'arbre d'entraînement bute contre une extrémité ouverte de la culasse et produit une charge de compression dans la culasse. Une telle charge de compression peut être facilement supportée par les parties de la culasse ayant un diamètre uniforme, mais les sections de rétrécissement sont relativement moins capables de résister à une telle charge. La réduction de l'angle d'effilement d'une telle section de rétrécissement est bên.éfique pour augmenter la résistance mécanique de la culasse à l'encontre d'une force axiale, mais ceci donne lieu à une augmentation de la longueur de la section de rétrécissement. La longueur globale de la culasse est dictée par l'espace de montage disponible pour le dispositif de direction assistée, et toute augmentation de la longueur de la section de rétrécissement doit être compensée par une réduction correspondante de la longueur d'une section ayant un diamètre uniforme. Cependant, chaque section ayant un, diamètre uniforme doit présenter une certaine longueur. Par exemple, la partie à faible diamètre lc adjacente à l'extrémité 4 2751146 ouverte de la culasse doit être au moins aussi longu.e que la largeur du support de montage 13. Une partie intermédiaire lb doit également être aussi longue que la largeur du palier servant à supporter l'arbre de moteur. La partie principale la de la culasse doit également présenter une longueur suffisante pour loger l'agencement de moteur. Par conséquent, il peut être concevable de réduire la longueur L2 de la section de rétrécissement ld en augmentant son angle d'effilement à la valeur 62. Cependant, si l'angl'e d'effilement 82 est augmenté, il devient moins capable de résister à la charge axiale. Une déformation de la culasse 1 peut donner lieu à la défaillance du dispositif de direction assistée, l'empêchant de fonctionner correctement. Au vu de tels problèmes de l'art antérieur, un but principal de la présente invention est de proposer un agencement de culasse amélioré pour un moteur électrique, ayant un:e meilleure résistance mécanique. Un deuxième but de la présente invention est de proposer un agencement de culasse amélioré pour un. moteur électrique, qui convienne pour une utilisation dans des dispositifs électriques de direction assistée. Un troisième but de la présente invention est de proposer un agencement de culasse amélioré pour un moteur électrique, qui soit fiable en utilisation et économique à fabriquer. Selon la présente invention, ces buts ainsi que d'autres peuvent être atteints en proposant un agencement de culasse pour un moteur électrique, comprenant une culasse constitué d'un organe globalement cylindrique qui est au moins partiellement réalisé en matériau magnétique, la culasse comprenant: une partie principale qui est adaptée de façon à supporter un moyen de production de champ magnétique, et entoure une armature de moteur qui coopère avec l.e moyen de production de champ magnétique afin de former 2751146 un moteur électrique; une première partie reliée à la partie principale et pourvue d'un premier diamètre sensiblement uniforme; une deuxième partie formée en relation espacée axialement avec la première partie et pourvue d'un deuxième diamètre sensiblemen.t uniforme, le deuxième diamètre étant sensiblement inférieur au premier diamètre; une section de rétrécissement ayant une forme tronconique et reliant de façon régulière la première partie et la deuxième partie; dans lequel la section de rétrécissement présente une épaisseur de paroi qui est sensiblement supérieure à celle de la première partie. Du. fait que l'épaisseur de paroi de la section de rétrécissement est rendue supérieure à celle de la première partie, la résistance mécanique de la section de rétrécissement est augmentée, si bien que la résistance mécanique globale de la culasse à l'encontre d'une force axiale est augmentée sans augmenter la longueur de la section. de rétrécissement. La réduction de la longueur de la section de rétrécissement et, de ce fait, l'augmentation de l'angle d'effilement de la section de rétrécissement, donnent lieu à la réduction de la résistance mécanique de l'a culasse à l'encontre d'une force axiale, mais la plus grande épaisseur de paroi de la section de rétrécissement élimine ce problème. La première partie peut consister en la partie principale même,. mais, plus typiquement, la première partie est prévue entre la deuxième partie et la partie principale, via des sections de rétrécissement, de manière à définir une section à diamètre uniforme afin de loger un palier pou.r l'arbre de moteur. Afin d'optimiser la résistance de la section de rétrécissement pour une quantité donnée du matériau, la section de rétrécissement peut présenter une épaisseur de paroi qui augmente graduellement depuis la première partie vers la deuxième partie. 6 2751146 La culasse peut être formée par déformation plastique, tel qu'un estampage et une expansion. Le terme "estampage" tel qu'utilisé ici signifie tout procédé qui permet de réduire le diamètre d'un organe tubulaire par un poinçon et/ou matrice pouvant être rotatif ou non rotatif, ou à l'aide d'une pression de fluide. Le terme "expansion" signifie, de manière analogue, tout procédé qui peut augmenter le diamètre d'un organe tubulaire par un poinçon et/ou une matrice pouvant être rotatif ou non rotatif, ou à l'aide d'une pression de fluide. Se lon un mode de réalisation préféré de la présente invention, la culasse est réalisée par estampage d'une partie d'un matériau de flan tubulaire ayant à l'origine sensiblement le même diamètre que la partie principale sous la forme au. moins d'une partie à plus faible diamètre, qui est reliée à une partie à diamètre relativement plus grand par la section de rétrécissement. En variante, la culasse peut être obtenue par estampage et expansion de différentes parties d'un matériau de flan tubulaire, ayant à- l'origine sensiblement le même diamètre que la premièere partie, sous la forme au. moins de la deuxième partie et de la partie principale, respectivement. Il est également possible d'obtenir la culasse par expansion d'u.ne partie d'un matériau de flan tubulaire ayant à l'origine sensiblement le même diamètre que la deuxième partie, sous la forme au moins de la première partie qui est reliée à la première partie par la section de rétrécissement. Typiquement, le moteur électrique est incorporé dans un dispositif de direction assistée, et la culasse définit au moins partiellement un boîtier pour le dispositif de direction assistée. La partie restante du boîtier destin.é au dispositif de direction assi stée peut consister en un carter qui loge un mécanisme d'engrenage à crémaillère et pignon. du dispositif de direction assistée. Selon un mode particulièrement préféré de la présente invention, le dispositif de direction assistée comprend en outre: un arbre de moteur creux, l.ogé coaxialement et à rotation dans la culasse, et supportant coaxialement l'armature de moteur; un arbre d'entraînement logé coaxialement et à coulissement axial dans l'arbre de moteur creux, et pourvu d'une section de rétrécissement; et un mécanisme à écrou fileté comprenant un organe formant écrou qui est fixé coaxialement et rigidement dans l'arbre de moteur creux et s'engage par vissage contre la section filetée de l'arbre d'entraînement, de manière à convertir un mouvement de rotation de l'arbre de moteur en un mouvement axial de l'arbre d'entraînement. A présent, la présente invention est décrite ci-après en se référant aux dessins annexes, dans lesquels: la figure 1 est une vue de côté en coupe d'un dispositif électrique de direction assistée auquel est appliquée la présente invention; la figure 2 est une vue à plus grande échelle d'une partie essentielle de la figure 1; la figure 3 est une vue globale du dispositif électrique de direction assistée; et la figure 4 est une vue analogue à la figure 2, représentant un agencement classique. En se référant à la figure 1, un noyau d'armature 6a est fixé rigidement à une partie intermédiaire de la surface circonférentielle extérieure de l'arbre de moteur creux 5, et l'arbre de moteur 5 est pourvu d'une partie d'extrémité ayant un diamètre extérieur quelque peu agrandi, de manière à servir de partie de maintien d'écrou 7 qui loge, coaxialement et rigidement, un écrou à bil.les 8. L'écrou à billes 8 est disposé axialement à l'intérieur 8 2751146 de la partie de maintien d'écrou 7 en butant contre un épaulement annulaire 7b tourné vers l'extérieur, formé dans la partie de maintien d'écrou. 7, et est retenu dans cette position par vissage d'un écrou de verrouillage 14 dans la partie de maintien d'écrou 7, au moyen de filetages intérieur et extérieur formés dans la surface circonférentielle intérieure de la partie de maintien d'écrou 7 et la surface circonférentielle extérieure de l'écrou de verrouillage 14, respectivement, et sertissage d'une extrémité libre de la partie de maintien d'écrou, 7 contre la surface d'extrémité extérieure de l'écrou de verrouillage I4. La surface circonférentielle intérieure de la partie de maintien d'écrou 7 est pourvue d'une saillie radiale 7a qui s'insère dans une fente 8a correspondante ménagée dans l'écrou à billes 8, afin de fixer l'écrou à billes 8 rigidement en rotation par rapport à la partie de maintien d'écrou 7. Une partie de la surface circonférentielle extérieure de l'arbre d'entraînement 3 est pourvue d'une gorge taraudée 3a hélicoïdale, et l.a surface circonférentielle intérieure de l'écrou à billes 8 est pourvue d'une gorge taraudée 8b hélicoidale correspondante, de manière que ces gorges taraudées 3a et 8b définissent entre elles un passage hélicoïdal permettant de loger une pluralité de billes d'acier 9. Ce mécanisme à écrou. à billes permet au mouvement de rotation de l'écrou 8 ou de l'arbre de moteur 5 d'être converti en le mouvement axial de l'arbre d'entraînement 3, de manière relativement exempte de friction. La culasse 1 comprend une partie principale ou une partie à grand diamètre la ayant, fixes à elle, des aimants permanents I0, une partie de support d'arbre lb qui possède un diamètre réduit et contient un palier monté à l'intérieur afin de supporter à rotation la partie de maintien d'écrou. 7. La partie de support d'arbre lb présente un diamètre uniforme et est reliée à la partie à grand diamètre la via une section de rétrécissement tronconique. Une partie à faible diamètre lc, qui présente un. diamètre même encore inférieur à la partie de support d'arbre lb, est reliée à l'autre extrémité de la partie de support d'arbre lb via une autre section de rétrécissement tronconique ld. La partie à faible diamètre lc s'étend axialement depuis une extrémité libre de la culasse 1 vers un point de la culasse i qui entoure la partie de maintien d'écrou 7, et présente un diamètre uniforme. Une pièce d'extrémité annulaire 11 réalisée en matière plastique est insérée par pressage dans l'extrémité ouverte de la partie à faible diamètre le, et la surface circonférentielle intérieure de la pièce d'extrémité 11 est pourvue d'u.ne bu.tée 12 consistant en un manchon métallique entourant intimement l'arbre d'entraînement 3 et fixée à la surface intérieure de la pièce d'extrémité 11, via un organe annulaire en caoutchouc. La butée 12 limite le mouvement axiale de l'arbre d'entraînement par une partie du bras articulé (non représenté sur le dessin) fixé à l'arbre d'entraînement 3 butant contre la butée 12, lorsque le volant est entièrement tourné dans l'une ou l'autre direction. Un support 13 est passé autour de la partie à faible diamètre lc de la culasse I afin de fixer la culasse 1 à la carrosserie du véhicule. La forme de la culasse i est décrite plus en détail en se référant à la figure 2. La partie à grand diamètre la est constituée d'un matériau de flan tubulaire travaillée par expansion et la partie à faible diamètre lc est ensuite formée par estampage. La partie de support d'arbre lb peut présenter le même diamètre que le matériau de flan tubulaire. La partie à faible diamètre la et la partie de support d'arbre lc sont reliées par la section de rétrécissement ld, et 2751146 l'épaisseu.r de paroi de la section de rétrécissement id augmente progressivement depuis l'extrémité de partie de support d'arbre vers l'extrémité de partie 3 faible diamètre. Comme indiqué sur la figure 2, si l'épaisseur de paroi de la partie de la section de rétrécissement reliant la partie de support d'arbre lc est donnée comme tl, et que l'épaisseur de paroi de la partie de la section de rétrécissement reliant la partie à faible diamètre lc est t2, alors tI En particulier, les surfaces circonférentielles intérieures de la partie à faible diamètre lb et de la partie de support d'arbre lc sont usinées selon des diamètres intérieurs prescrits, comme indiqui en traits mixtes doubles sur la figure 2, de manière à installer avec précision la piece d'extrémité 11 et le palier destiné à la partie de maintien d'écrou 7, respectivement. Par conséquent, si l'épaisseur de paroi de la partie à faible diamètre lb et de la partie de support d'arbre lc est tO (bien que ces deux parties puissent présenter des épaisseurs de paroi différentes), alors tO En augmentant ainsi l'épaisseur de paroi de la section de rétrécissement Id, il est possible de réduire la longueur axiale L de la section de rétrécissement et d'augmenter l'angle d'effilement de la section de rétrécissement ld, tout en assurant une résistance mécanique suffisante à la culasse 1 à l'encontre d'une force axiale. Dans ce mode de réalisation, l'a cuTasse 1 a été formé à partir d'un flan tubulaire ayant sensiblement le même diamètre que la partie de support d'arbre lb, mais il est également possible d'utiliser un flan tubulaire ayant sensiblement le même diamètre que la partie à faible diamètre lc, et d'expanser la partie de support d'arbre lb et la partie à grand diamètre la vers les diamètres extérieurs requis. En variante, le matériau de flan tubulaire peut preésenter sensiblement 11. 2751146 le même diamètre que la partie 3 grand diamètre et former la partie à faible diamètre lc et la partie de support d'arbre lb par estampage selon les diametres extérieurs requis. En tout cas, l'épaisseur de paroi de la section de rétrécissement id serait celle décrite ci-dessus en se référant à la figure 2. Le procédé de formation de la culasse n'est pas limité à ceux précités et peut consister en un procédé quelconque qui assure une déformation plastique de la culasse sous u.ne forme prescrite. La description ci-dessus a été orientée vers un dispositif électrique de direction assistée, mais la présente invention peut également être appliquée 3 d'autres formes de moteurs électriques, tant que la culasse du moteur présente une pluralité de sections ayant des diamètres différents et qui sont exposés à une charge axiale quelconque. Bien que la présente invention ait été décrite en termes de mode de réalisation préféré de cette dernière, il est évident à l'Homme de l'art que différentes variantes et modifications peuvent être apportées sans sortir du domaine d'application de la présente invention. 12 2751146 REVENDICATIONS 1. - Agencement de culasse pour un moteur électrique, comprenant une culasse (1) constituée d'u.n organe globalement cylindrique qui est au moins partiellement réalisé en matériau, magnétique, ladite culasse (1) comprenant: une partie principale (la) qui est adaptée de façon à supporter un moyen de production de champ magnétique, et entoure une armature de moteur qui coopère avec ledit moyen de production de champ magnétique afin de former un moteur électrique; une première partie reliée à ladite partie principale (la) et pourvue d'un premier diamètre sensiblement uniforme; une deuxième partie formée en relation espacée axialement avec ladite première partie et pourvue d'un deuxième diamètre sensiblement uniforme, ledit deuxième diamètre étant sensiblement inférieur audit premier diamètre une section de rétrécissement (ld) ayant u.ne forme tronconique et reliant de façon régulière ladite première partie et la deuxième partie; dans lequel ladite section de rétrécissement (ld) présente une épaisseur de paroi qui est sensiblement supérieure à celle de ladite première partie. 2. - Agencement de culasse pour un moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel ladite section de rétrécissement (1d) présente une épaisseur de paroi qui est également sensiblement supérieure à celle de ladite deuxième partie. 3. - Agencement de culasse pour un moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel' ladite section de rétrécissement (ld) présente une épaisseur de paroi qui augmente graduellement depuis ladite première partie vers ladite deuxième partie. 13 2751146 4. - Agencement de culasse pour u.n moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel ladite culasse (1) est obtenue par estampage d'une partie d'un matériau de flan tubulaire ayant à l'origine sensiblement le même diamètre que ladite partie principale (la), sous la forme d'au moins une partie à plus faible diamètre qui est reliée à une partie à diamètre relativement plus grand par ladite section de rétrécissement (ld). 5. - Agencement de culasse pour un moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel ladite culasse (1) est obtenue par estampage et expansion de différentes parties d'un matériau de flan tubulaire ayant à l'origine sensiblement le même diamètre que ladite première partie, sous la forme d'au moins ladite deuxième partie et de ladite partie principale (la), respectivement. 6. - Agencement de culasse pour un. moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel ladite culasse (1) est obtenu par expansion d'une partie d'un matériau de flan tubulaire ayant à l'origine sensiblement le même diamètre que ladite deuxième partie, sous la forme d'au moins ladite première partie qui est reliée à ladite première partie par ladite section de rétrécissement (Id). 7. - Agencement de culasse pour un moteur électrique selon la revendication 1, dans lequel ledit moteur électrique est incorporé à- un dispositif de direction assistée, et ladite culasse (1) définit au moins partiellement un boîtier pour ledit dispositif de direction assistée. 8. - Agencement de culasse pour un moteur électrique selon la revendication 7, dans lequel ladite culasse (1) définit ledit boîtier pour ledit dispositif de direction assistée, conjointement avec un carter qui loge un mécanisme d'engrenage à crémaillère et pignon dudit dispositif de direction assistée. 9. - Agencement de culasse pour un moteur électrique selon la revendication 7, dans lequel ledit dispositif de direction assistée comprend en outre: un arbre de moteur (5) creux logé coaxialement et à rotation dans ladite culasse (1), et supportant coaxialement ladite armature de moteur; un arbre d'entraînement (3) logé coaxialement et à coulissement axial dans ledit arbre de moteur (5) creux, et pourvu d'une section de rétrécissement (ld); et un mécanisme à écrou fileté, comprenant un organe formant écrou qui est fixé coaxialement et rigidement dans ledit arbre de moteur (5) creux et s'engage par vissage contre ladite section filetée dudit arbre d'entraînement (3), de manière à convertir un mouvement de rotation dudit arbre de moteur (5) en un mouvement axial dudit arbre d'entraînement (3).