Brevet FR2791103A1 — publié le 20000922

PALIER A ROULEMENT INSTRUMENTÉ. La présente invention concerne le domaine des paliers à roulement instrumentes munis d'un ensemble de détection des paramètres de rotation tels que la position angulaire, le sens de rotation, la vitesse, l'accélération. De tels roulements instrumentEs et de tels montages sont bien connus, notamment par le document FR 2 754 903. Ces roulements instrumentes peuvent être utilisés, par exemple, pour le pilotage de moteurs électriques de type synchrone. L'ensemble de détection constitué par un bloc capteur et un élément codeur fournit alors au système d'asservissement du moteur toutes les informations utiles, en particulier la vitesse de rotation et la position des pôles du rotor par rapport à ceux du stator. Dans ce type de roulement instrumenté, le capteur est dispose dans un bloc solidaire de la bague non tournante du roulement, tandis qu'un élément codeur est disposé sur la bague tournante du roulement ou sur une partie tournante du montage et défile à rotation devant la partie sensible du capteur afin de générer, en coopération avec ce dernier, un signal représentatif de la rotation de l'élément tournant. L'ensemble capteur-codeur peut être, par exemple, de type optique ou bien encore magnétique. Dans les moteurs synchrones, l'arbre du rotor est monte à rotation dans un carter abritant le stator par l'intermédiaire d'au moins deux paliers à roulement dont l'un est immobilisé axialement par rapport au carter par l'intermédiaire de sa bague extérieure, tandis que la bague extérieure de l'autre roulement peut se déplacer axialement sur une distance limitée par rapport audit carter. Le montage comporte généralement des rondelles élastiques appliquant sur la bague extérieure du roulement axialement libre une charge axiale permettant aux deux roulements de fonctionner sans jeu et avec un certain angle de contact oblique par rapport à l'axe de rotation du roulement grâce à la précontrainte axiale appliquée. Dans les montages de l'art antérieur on utilise des systèmes de détection séparés des roulements, ce qui relativement encombrant ou onéreux, ou bien on utilise un roulement instrumenté disposé du côté o le roulement est axialement fixe par rapport au carter. Or, certaines contraintes, notamment d'encombrement, de géométrie des pièces environnantes, de risques de pollution, etc., ne permettent pas toujours d'implanter aisément un roulement instrumenté du côté o le roulement est axialement fixe dans le carter. Il existe également des applications techniques autres que les moteurs électriques, dans lesquelles il serait intéressant de pouvoir implanter un roulement instrumenté apte à pouvoir subir un déplacement axial limité dans son logement. La structure des roulements instrumentes de l'art antérieur ne leur permet pas de s'adapter à un montage avec liberté de déplacement axial de la bague extérieure du roulement dans son logement. L'invention a pour objet de remédier aux inconvénients évoqués ci-dessus et de proposer un palier à roulement instrumenté apte à un léger déplacement axial par rapport à son support non tournant. Le dispositif de palier à roulement instrumenté, selon l'invention, est du type comprenant une bague extérieure, une bague intérieure, au moins une rangée d'éléments roulants disposes entre deux chemins de roulement des bagues extérieure et intérieure, et un ensemble de détection des paramètres de rotation comprenant un bloc capteur solidaire de la bague non tournante et un organe codeur tournant. Le dispositif comprend des moyens pour immobiliser angulairement une partie non tournante du dispositif sur un support tout en autorisant un déplacement axial relatif du dispositif par rapport au support, une partie tournante du dispositif étant solidaire d'un arbre. Avantageusement, le bloc capteur et la bague non tournante sont solidaires. Avantageusement, les moyens d'immobilisation angulaire constituent également des moyens d'indexation angulaire du bloc capteur par rapport au support. Avantageusement, le bloc capteur comprend au moins une surface extérieure cylindrique sur laquelle sont prévus les moyens d'immobilisation angulaire. Dans un mode de réalisation de l'invention, les moyens d'immobilisation angulaire comprennent une protubérance en saillie radiale par rapport à la surface extérieure cylindrique. Les moyens d'immobilisation angulaire peuvent comprendre une encoche formée entre deux protubérances en saillie radiale par rapport à la surface extérieure cylindrique, ladite encoche s'étendant axialement. Les moyens d'immobilisation angulaire peuvent aussi comprendre une protubérance en saillie axiale par rapport au bloc capteur. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les moyens d'immobilisation angulaire comprennent une rainure formée en creux dans la surface extérieure cylindrique, ladite rainure s'étendant axialement. L'organe codeur peut être de type optique ou magnétique. La présente invention a également pour objet l'utilisation d'un dispositif tel que décrit ci dessus. La partie non tournante du dispositif est montée sur un support pourvu de moyens complémentaires aux moyens d'immobilisation angulaire, de façon que la partie non tournante soit solidaire angulairement du support et libre de se déplacer axialement par rapport au dit support. Lesdits moyens complémentaires peuvent comprendre un pion axial, un doigt radial ou encore un trou formé dans le support. Ainsi, l'ensemble formé par le roulement équipé de son bloc capteur possède un degré de liberté axiale dans deux directions opposées par rapport au support fixe dans ou sur lequel il est monté. Le bloc assure également l'immobilisation angulaire de la bague non tournante du roulement par rapport au support fixe. Dans le cas d'un roulement instrumenté monté dans un moteur synchrone, une indexation angulaire précise du capteur par rapport à un élément du carter dont la position angulaire par rapport au stator est connue, permet, si le codeur est lui-même indexé par rapport à l'arbre et aux pôles du rotor, de connaître la position angulaire du rotor par rapport au stator et donc la position relative des pôles. L'ensemble capteur-codeur peut en outre d6livrer les informations relatives à la vitesse et à l'accélération du rotor. Avantageusement, ces moyens d'indexation peuvent aussi servir à positionner la sortie des fils de connexion du bloc capteur à un endroit préd6terminé. La présente invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée de quelques modes de réalisation pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement instrumenté selon un premier mode de réalisation de l'invention; la figure 2 est une vue en perspective du palier à roulement de la figure 1; et la figure 3 est une vue en coupe axiale d'un palier à roulement instrumenté selon un second mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, on voit que le palier à roulement instrumenté, référencé 1 dans son ensemble, est mont6 sur l'extrémité 2 d'un arbre tournant 3 d'un moteur électrique. L'arbre 3 supporte le rotor, non représenté, et est monté au moyen du roulement instrumenté 1 axialement flottant dans un carter fixe 4 supportant le stator, non représenté. L'extrémité 2 de l'arbre 3 comprend une surface cylindrique extérieure 2a limitée du côté de l'extrémité libre par une rainure annulaire 5 à bords radiaux et du côté opposé par une surface radiale 6 s'étendant vers l'extérieur. Le roulement 1 comprend une bague extérieure 7 pourvue d'un chemin de roulement 8, une bague intérieure 9 pourvue d'un chemin de roulement 10, une rangée d'éléments roulants 11, ici des billes, disposes entre les chemins de roulement 8 et 10, une cage 12 de maintien de l'espacement circonférentiel des éléments roulants 11 et deux joints d'étanchéité 13 et 14 montés de part et d'autres de la rangée d'éléments roulants 1 1. La bague intérieure 9 est montée sur la surface cylindrique 2a à proximité de la rainure 5. La bague ext6rieure 7 est montée dans un al6sage 4a du carter 4 avec un ajustement du type "glissant-juste". L'ensemble de détection associé au roulement 1 porte la référence 15 et se compose d'un codeur 16 et d'un capteur 17 disposés à proximité l'un de l'autre avec un entrefer axial. Le codeur 16 se présente sous la forme d'une roue comportant des graduations optiques défilant devant le capteur 17 et est support6 par un élément annulaire 18 en contact avec la surface cylindrique 2a et axialement disposé entre la bague intérieure 9 et la surface radiale 6 de l'arbre 3. Le codeur 16 est monté sensiblement au milieu de l'élément 18, dans le sens axial. L'élément 18 qui est de forme générale cylindrique comprend une collerette radiale 19 s'étendant vers l'extérieur à proximité du joint d'6tanchéité 14 du roulement. La collerette 19 se prolonge jusqu'au niveau de la bague extérieure 7. Le capteur 17 est supporté par un bloc capteur 20 solidaris6 de façon rigide à la bague extérieure 7. Le bloc capteur 20 vient en contact avec une partie de la surface extérieure 7a de la bague ext6rieure 7 et avec une partie de la surface frontale 7b de la bague extérieure 7 à proximité du joint d'étanchéité 14. La fixation du bloc capteur 20 est assurée par un moyen appropri6 tel qu'emmanchement, collage, soudure, etc. Le bloc capteur 20 est pourvu d'une collerette radiale 21 qui s'étend radialement vers l'intérieur en direction de l'élément 18 de support du codeur 16. La collerette 21 est disposée axialement entre la collerette 19 de l'élément 18 et le codeur 16. Les collerettes 19 et 21 forment unjoint labyrinthe qui empêche la propagation d'éléments polluants tels que la graisse du roulement qui serait nuisible au bon fonctionnement du codeur 16 et du capteur 17. Les collerettes radiales 19 et 21, respectivement de l'élément 18 et du bloc capteur 20, assurent également le maintien dudit élément 18 par rapport au bloc capteur 20, avant le montage définitif du palier à roulement 1 sur l'arbre 3, et sa fixation axiale. Le capteur 17 est monté surun él6ment de support radial 22 fixé dans le bloc capteur 20, s'étendant vers l'intérieur et axialement entre le codeur 16 et la surface radiale 6 de l'arbre 3, le capteur 17 étant monté face au codeur 16. L'élément de support 22 et le bloc capteur 20 supportent 6galement un joint d'6tanchéité 23 qui vient frotter sur la surface cylindrique extérieure de l'élément 18 supportant le codeur 16 à proximité de la surface radiale 6 de l'arbre 3, pour empêcher l'intrusion d'éléments extérieurs à proximité immédiate du codeur 16 et du capteur 17. Pour la retenue axiale des différents éléments composant le palier à roulement instrumenté 1, un circlips 24 est disposé dans la rainure de l'extrémit6 2 de l'arbre 3. Le circlips 24 est en contact avec la bague intérieure 9. L'élément 18 est axialement maintenu entre la bague intérieure 9 et la surface radiale 6 de l'arbre 3. De plus, des rondelles de précontrainte référencées 25 dans leur ensemble, de forme tronconique, sont disposées autour de l'extr6mité 2 entre une surface radiale 7c de la bague extérieure 7 du côté opposé au bloc capteur 20 et un épaulement radial 26 du carter 4. Ces rondelles de précontrainte 25 tendent à écarter la bague extérieure 7 de l'épaulement 26. La bague extérieure 7 est montée dans son logement 4a avec un ajustement sans serrage de type glissant- juste ce qui lui donne une possibilité de déplacement axial par rapport au carter. L'autre roulement, non représenté, étant axialement lié au carter, au moins dans la direction de l'effort exercé par les rondelles de précontrainte, l'action desdites rondelles sur la bague extérieure 7 du premier roulement provoque un léger déplacement axial de ladite bague extérieure et de l'arbre jusqu'au rattrapage complet du jeu axial des deux roulements. La surface extérieure 20a du bloc capteur 20 est de forme générale cylindrique avec une protubérance radiale 27 à proximité du capteur 17 et permet la sortie des fils électriques 33 issus du capteur 17 et, éventuellement, des moyens d'orientation de ces fils ou des moyens de connexion, non représentés. La surface extérieure 20a est également pourvue de deux protubérances 28 et 29 séparées circonférentiellement par une encoche 30. Ces protubérances 29 et 30 sont disposées axialement à l'opposé de la surface radiale 6 de l'arbre 3, en regard d'une surface frontale radiale 4b du carter 4. La surface frontale 4b est pourvue d'un trou axial 31 dans lequel est fixé un pion 32 qui fait saillie de la surface frontale 4b et s'engage dans l'encoche 30 entre les protubérances 28 et 29. Le bloc capteur 20 est ainsi couplé angulairement au carter 4 tout en conservant une possibilité de déplacement axial grâce au glissement relatif possible entre le pion axial 32 et l'encoche 30. L'immobilisation angulaire du bloc capteur 20 entranme celle de la bague extérieure 7 qui elle aussi peut coulisser axialement par rapport à l'alésage 4a du carter 4. Ainsi, le pion 32 et l'encoche 30 permettent non seulement d'immobiliser angulairement le bloc capteur avec le carter, mais peuvent aussi servir de moyen d'indexation du capteur par rapport à un support fixe. Le codeur étant lui-meme indexé par rapport à un élément de la partie tournante, il est possible de connaître à tout moment la position angulaire de l'élément de la partie tournante par rapport à l'élément de la partie fixe. L'indexation angulaire sert également à positionner la sortie des fils de connexion du bloc capteur à un endroit prédéterminé. Le mode de réalisation illustré sur la figure 3 diffère de celui illustré sur la figure 1, en ce que la bague extérieure 7 du roulement est entièrement supportée par un alésage 33 d'une prolongation axiale 34 du bloc capteur 20. La prolongation axiale 34 est également pourvue d'une surface extérieure cylindrique 35, laquelle est disposée dans un alésage correspondant 4c du carter 4, l'alésage 4c étant de diamètre supérieur à celui de l'alésage 4a dans lequel sont disposées les rondelles de précontrainte 25. La prolongation axiale 34 forme un manchon entre l'alésage 35 et la surface extérieure 7a. Un ergot 36 solidaire du carter 4 fait saillie radialement vers l'intérieur et vient coopérer avec une rainure axiale 37 formée dans la surface extérieure cylindrique 35 de la prolongation axiale 34 du bloc capteur 20. Le bloc capteur 20 est ainsi monté avec possibilité de coulissement axial par rapport au carter 4, tout mouvement angulaire étant interdit par la coopération de l'ergot 36 et de la rainure 37. La bague extérieure 7 est solidaire axialement et angulairement du bloc capteur 20. La bague intérieure tournante 9 et l'élément 18 sont solidaires en rotation de l'arbre 3 et sont solidaires axialement de la bague extérieure 7 et du bloc capteur 20. L'ergot 36 et la rainure 37 constituent en outre des moyens d'indexation angulaires du capteur par rapport au support fixe. On pourrait, bien sûr, à titre de variante, inverser les moyens précités, et munir par exemple le bloc capteur d'un pion axial venant s'engager dans un trou axial aménagé sur le support ou bien encore munir le bloc capteur d'un pion radial venant s'engager dans une rainure axiale aménagée dan le support. On peut également envisager un dispositif analogue, fonctionnant avec une système de détection magn6tique au lieu d'un système de détection optique. Dans les exemples mentionnés ci-dessus, le capteur est monté sur la bague extérieure du roulement. On pourrait, sans sortir du cadre de l'invention, avoir un roulement instrumenté dans lequel la bague fixe serait la bague intérieure et la bague tournante serait la bague extérieure. On pourrait également remplacer le support annulaire de codeur par une extension axiale de la bague tournante du roulement. REVENDICATIONS 1. Dispositif de palier à roulement instrumenté (1), du type comprenant une bague extérieure (7), une bague intérieure (9), au moins une rangée d'éléments roulants ( 11) disposes entre un chemin de roulement de la bague extérieure et un chemin de roulement de la bague intérieure, et un ensemble de détection des paramètres de rotation (15) comprenant un bloc capteur solidaire de la bague non tournante (20) et un organe codeur (16) tournant, caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens pour immobiliser angulairement une partie non tournante du dispositif sur un support tout en autorisant un déplacement axial relatif du dispositif par rapport au support. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'immobilisation constituent également des moyens d'indexation angulaire du bloc capteur par rapport au support. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le bloc capteur comprend au moins une surface extérieure cylindrique (20a) sur laquelle sont prévus les moyens d'immobilisation angulaire. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les moyens d'immobilisation angulaire comprennent une protubérance (28) en saillie radiale par rapport à la surface extérieure cylindrique. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens d'immobilisation angulaire comprennent une encoche (30) formée entre deux protubérances (28, 29) en saillie radiale par rapport à la surface extérieure cylindrique, ladite encoche s'étendant axialement. 6. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens d'immobilisation angulaire comprennent une protubérance en saillie axiale par rapport au bloc capteur. 7. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que les moyens d'immobilisation angulaire comprennent une rainure (37) formée en creux dans la surface extérieure cylindrique (35), ladite rainure s'étendant axialement. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'organe codeur est de type optique. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que l'organe codeur est de type magnétique. 10. Utilisation d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que la partie non tournante du dispositif est montée sur un support pourvu de moyens complémentaires aux moyens d'immobilisation angulaire, de façon que la partie non tournante soit solidaire angulairement du support et libre de se déplacer axialement par rapport audit support. 11. Utilisation selon la revendication 10, caractérisée par le fait que lesdits moyens complémentaires comprennent un pion axial (32) ou un doigt radial. 12. Utilisation selon la revendication 10, caractérisée par le fait que lesdits moyens complémentaires comprennent un trou formé dans le support.