Brevet FR2894640A1 — publié le 20070615

La présente invention concerne une boîte de vitesse pour chaîne de traction électrique basse tension et peut notamment être utilisée avec profit pour la traction de véhicules automobiles électriques, étant entendu que le terme véhicule automobile doit être pris dans son sens large et notamment pour couvrir également des véhicules légers non routiers tels que tracteurs et chariots de manutention, voiturettes et engins analogues. L'utilisation de moteurs électriques pour la traction de véhicules nécessite du fait de la vitesse de rotation élevée de ces moteurs la présence d'un ou plusieurs de réducteurs de vitesses dans la chaîne de traction correspondante. Par exemple la demande de brevet FR 90 011394 décrit une boîte de vitesses constituée par un réducteur à deux étages à rapport de réduction unique. Toutefois l'utilisation de réducteurs à rapport de vitesses unique limite la plage de vitesse utilisable en fonction de la puissance délivrée par le moteur électrique. Par exemple dans la mesure où l'on souhaite que le véhicule soit capable de gravir des pentes à 20%, la vitesse maximale du véhicule sur le plat s'en trouve sensiblement réduite. On connaît également de la demande FR 2 735 726 l'utilisation dans un dispositif de transmission pour véhicule électrique d'une boite de vitesses à rapports étagés avec un embrayage mécanique. Toutefois ce type de chaîne de transmission se révèle lourd, encombrant, complexe et coûteux et de fait peu adapté à certaines applications de véhicules électriques notamment les véhicule légers. L'invention a pour but de remédier aux inconvénients précités. A cette fin, l'invention propose une boîte de vitesse pour chaîne de traction électrique basse tension comportant deux engrenages correspondants respectivement à un rapport de petite vitesse et à un rapport de grande vitesse, les deux engrenages étant activés sélectivement par des moyens de mise en prise commandés manuellement ou automatiquement. Ainsi qu'il apparaîtra ci-après à la lecture de la description, la boîte de vitesses à deux rapports de vitesses selon l'invention présente une structure simple et compacte. Selon un mode réalisation préférentiel la boite comporte un arbre d'entrée de 35 boîte, destiné à être relié en rotation à l'arbre de sortie d'un moteur électrique basse tension, et porteur des deux pignons d'entrée, libres en rotation, desdits engrenages et un arbre de sortie de boîte, parallèle à l'arbre d'entrée, et porteur des deux pignons de sortie desdits engrenages. Avantageusement les moyens de mise en prise comportent un dispositif de crabotage à baladeur entraîné en rotation par ledit arbre d'entrée de boîte et mobile axialement sur ce dernier entre deux positions actives d'entraînement en prise avec l'un ou l'autre des pignons d'entrée. Ces positions actives correspondent respectivement au rapport petite vitesse et grande vitesse. De plus de façon optionnelle le baladeur du dispositif de crabotage comporte une position inactive sur l'arbre d'entrée de boîte sensiblement médiane audites positions actives. Cette position inactive correspond au point mort de la boîte de vitesse. Selon une première variante le baladeur comporte deux faces actives susceptibles l'une ou l'autre de venir sélectivement en engagement avec une couronne à crabot solidaire de la face adjacente du pignon d'entrée correspondant. De façon optionnelle avantageuse chaque face du baladeur comporte un dispositif de synchronisation. Avantageusement le baladeur est commandé par une fourchette déplacée par une tige axiale à deux points durs , ou le cas échéant à trois points durs , mise en œuvre par des moyens de commande de sélection manuelle ou automatique. Selon une autre variante à sélection automatique, la boîte de vitesse selon l'invention est caractérisée en ce que les moyens de commande sont déplacés par un actionneur électrique basse tension du type vérin électrique au travers d'un accouplement élastique. Selon encore une autre variante boîte de vitesse comporte un boîtier enfermant lesdits engrenages et présentant des faces parallèles porteuses desdits arbres d'entrée et de sortie de boîte. L'invention concerne également un dispositif de transmission, notamment une chaîne de traction, pour véhicule électrique à moteur électrique basse tension comportant une boîte de vitesse à deux rapports telle que définie ci-avant dans toutes ses variantes, disposée en amont d'un réducteur différentiel aval et en aval de l'arbre de sortie dudit moteur ou d'un réducteur amont. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre présentée uniquement à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins ci-joints dans lesquels: l'unique figure 1 montre une représentation schématique d'un mode de réalisation d'une chaîne de traction électrique basse tension pour véhicule selon l'invention incorporant une boîte de vitesse à deux rapports selon l'invention. La chaîne de traction représentée sur la figure 1 comporte un moteur électrique basse tension 10, à titre d'exemple non limitatif un moteur 24 Volts de puissance de 2,2 KW susceptible de délivrer sur son arbre de sortie 12 un couple de 20,5 mN pour une vitesse angulaire d'environ 1030 tmn, une boîte de vitesses 14 à deux rapports de vitesse conforme à l'invention montée en aval de l'arbre de sortie 12 du moteur et un réducteur différentiel 16 monté en aval de la boîte 14. La boîte de vitesse 14 comporte un boîtier ou carter 18 à faces ou flasques parallèles 20, 22 enserrant un cylindre 21 de carter et porteurs des arbres d'entrée de boîte 24 et de sortie de boîte 26 montés parallèlement par l'intermédiaire de roulements 25 appropriés. Les deux arbres 24 et 26 portent deux engrenages 28 et 30 respectivement de grande et de petite vitesse. L'engrenage de grande vitesse 28 disposé au voisinage du flasque 20 à gauche de la figure 1 (côté moteur 10) comporte un pignon fou 31 monté libre de rotation sur l'arbre d'entrée 24 et engrenant un pignon 32 solidarisé en rotation avec l'arbre de sortie 26 de la boîte 14. Le rapport de grande vitesse de la boîte 14 (calculé en fonction du nombre de dents de chaque pignon) étant à titre d'exemple non limitatif de l'ordre de l'unité par exemple 36/31. L'engrenage de petite vitesse 30 disposé au voisinage du flasque 22 à droite de la figure 1 (côté réducteur aval 16) comporte un pignon fou 33 monté libre sur l'arbre d'entrée 24 et engrenant un pignon 34 solidarisé en rotation avec l'arbre de sortie 26 de la boîte 14. Le rapport de petite vitesse de la boîte étant à titre d'exemple non limitatif de l'ordre du quart par exemple 15152. L'arbre d'entrée 24 porte un moyeu cannelé 36 axialement immobile disposé sensiblement en partie médiane entre les deux flasques 20 et 22 et porteur d'un baladeur 38 double-face d'un dispositif de crabotage, définissant des moyens de mise en prise pour les engrenages 28 et 30, et comportant également deux couronnes à crabot 40 et 42 respectivement solidaires des pignons fous 31 et 33, chaque face du baladeur 38 étant pourvue d'une couronne dentée 39 et 41 adaptée pour venir en prise respectivement sur les couronnes à crabot 40 et 42 lorsque le baladeur 38 est déplacé dans une des deux positions latérales actives à partir de sa position inactive médiane i;ustrée sur la figure 1 dans laquelle les couronnes dentées 39 et 41 sont dégagées des couronnes à crabot 40 et 42. Comme illustré sur la figure 1, le baladeur 38 est déplacé en translation vers la gauche ou la droite de la figure 1 par l'intermédiaire d'une commande manuelle 44 comportant une tige axiale 46 en L, solidarisée d'une part à la fourchette 48 du baladeur 38 montée dans une gorge extérieure de celui-ci et d'autre part par l'intermédiaire d'un accouplement approprié 49 au petit bras 50 du levier de sélection manuelle 52 des moyens de commande de changement de rapport de vitesse de la boîte 14, lui-même articulé autour d'axe fixe 51. La tige 46 est montée coulissante parallèlement à l'arbre d'entrée 24 dans l'alésage d'un bossage 53 interne venu de matière avec le flasque 22 et comporte trois évidements 54 alignés espacés d'une distance égale et susceptibles de recevoir la tête sphérique d'un coulisseau de point dur 55 monté dans le bossage 53 perpendiculairement à la tige 46 et élastiquement sollicité vers celle-ci (selon un agencement dit de billage ). Dans la position médiane inactive du baladeur 38 illustrée à la figure 1 le levier 52 occupe la position centrale `point mort' (PM) tandis que le coulisseau 55 occupe l'évidemment 54 central. Le déplacement manuel du levier 52 pour prendre une des positions PV ou GV illustrées en tirets déplace le baladeur 38 latéralement dans une de ses positions actives de mise en prise de la grande ou de la petite vitesse. Le levier 52, mis en position GV, déplace la tige 46 et le baladeur 38 vers la gauche de la figure 1 engrenant les couronnes 39 et 40 de façon à entraîner l'engrenage 28 et à mettre en rotation 'grande vitesse' l'arbre de sortie de boîte 26, la tête du coulisseau 55 étant en prise avec l'évidemment 54 latéral droit pour obtenir le point dur 'grande vitesse' GV. De façon similaire le levier 52, mis en position PV, déplace la tige 46 et le baladeur 38 vers la droite de la figure 1 engrenant les couronnes 41 et 42 de façon à entraîner l'engrenage 30 et à mettre en rotation 'petite vitesse' l'arbre de sortie de boîte 26, la tête du coulisseau 55 étant en prise avec l'évidemment 54 latéral gauche pour obtenir le point dur `petite vitesse' PV. Comme illustrée sur la figure 1, la boîte de vitesses 14 est montée en aval du moteur électrique 10. Plus précisément le bâti 56 du moteur 10 est fixé par l'intermédiaire d'une entretoise cylindrique 58 au flasque 20 du carter 18 de la boîte de vitesses de façon à aligner l'arbre de sortie 12 du moteur avec l'arbre d'entrée 24 de la boîte de vitesse, les deux arbres 12 et 24 étant accouplés en rotation par une bague de liaison clavetée 60 représentée schématiquement sur la figure 1. Enfin le flasque 20 porte une projection 62 coopérant avec un point de fixation 61 sur le châssis du véhicule par une liaison à verrouillage 63. Le réducteur différentiel 16 comporte un boîtier ou carter 64 (représenté partiellement sur la figure 1) à faces ou flasques parallèles 66, 68 pourvus chacun d'un épaulement d'espacement 65, 67 en appui l'un sur l'autre. Les flasques 66 et 68 sont solidarisés par une chape de fixation 69 (représentée schématiquement sur la figure 1) elle-même solidarisée au châssis du véhicule (en l'espèce au berceau 70 de la chaîne de traction). Par ailleurs le flasque gauche 66 du réducteur 16 est monté sur le flasque droit 22 de la boîte 14 parallèlement à ce dernier par l'intermédiaire d'une entretoise cylindrique 72 entourant l'arbre de sortie de boîte 26, la solidarisation des deux flasques 22 et 66 étant assurée par des boulons 73. Le réducteur différentiel 16 est du type à double étage et à rapport de réduction de vitesse unique (en l'espèce et de façon non limitative de un dixième). Pour ce faire les flasques 66 et 68 portent les arbres d'entrée 74 et de transfert 76 montés parallèlement par l'intermédiaire de roulements 75 appropriés. Les deux arbres 74 et 76 portent deux engrenages 78 et 80 montés en série et respectivement de premier et de second étage. L'engrenage de premier étage 78 disposé au voisinage du flasque 66 à gauche de la figure 1 (côté boîte 14) comporte un pignon 81 solidarisé en rotation sur l'arbre d'entrée 74 et engrenant un pignon 82 solidarisé en rotation avec l'arbre de transfert 76 du réducteur 16. L'engrenage de second étage 80 disposé au voisinage du flasque 68 à droite de la figure 1 comporte un pignon 83 solidarisé en rotation sur l'arbre de transfert 76 engrenant un pignon 84 solidarisé en rotation avec un différentiel de train de véhicule 86 équipé d'un arbre transmission de traction droit TD 87 et d'un arbre de transmission gauche TG 88. Enfin l'arbre d'entrée 74 du réducteur différentiel 56 est accouplé en rotation à l'arbre de sortie de boîte 26 par une bague cannelée 90. La chaîne de traction selon l'invention qui vient d'être décrite et combiné à un moteur électrique basse tension aux caractéristiques mentionnées ci avant à titre d'exemple non limitatif est utilisable notamment pour la traction de véhicules d'essai en maquette grandeur nature, en particulier un véhicule d'un poids total de 1.500 Kg peut être déplacé à 3 kmlh, la boîte 14 étant alors enclenchée en 'petite vitesse' PV et à 15 km/h, la boîte 14 étant alors enclenchée en 'grande vitesse' GV. On notera de la description ci-avant le nombre réduit de composants tant de la boîte de vitesse que de la chaîne de traction et la compacité, le gain en poids et la réduction des coûts qui en résulte. Enfin l'invention n'est pas limitée à la boîte de vitesses et/ou à la chaîne de traction décrites ci-avant. En particulier dans une première variante non représentée la boîte de vitesse selon l'invention, la boîte de vitesse est modifiée pour incorporer un dispositif de synchronisation sur chaque face du baladeur. De plus dans une seconde variante non représentée la boîte de vitesse selon l'invention, le cas échéant en combinaison avec la première variante, les moyens de commande de sélection des vitesses ne sont plus commandés manuellement, mais automatiquement et sont déplacés par un actionneur électrique du type vérin électrique, notamment à double effet, au travers d'un accouplement élastique adapté pour filtrer les vibrations supportées par la tige axiale au moment du crabotage et, le cas échéant, de la synchronisation. Enfin dans une variante de la chaîne de traction selon l'invention un réducteur de vitesses amont, mono-étage ou pluri-étages, est intercalé en amont de la boîte de vitesses 14 entre celle-ci et le moteur électrique. REVENDICATIONS 1. Boîte de vitesse (14) pour chaîne de traction électrique basse tension comportant deux engrenages (28, 30) correspondants respectivement à un rapport de petite vitesse et à un rapport de grande vitesse, les deux engrenages (28, 30) étant activés sélectivement par des moyens de mise en prise (38, 40, 42) commandés manuellement ou automatiquement. 2. Boîte de vitesse (14) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte un arbre d'entrée de boîte (24) destiné à être relié en rotation à l'arbre de sortie (12) d'un moteur électrique basse tension (10), porteur des deux pignons d'entrée (31, 32), libres en rotation, desdits engrenages (28, 30) et un arbre de sortie de boîte, parallèle (26) à l'arbre d'entrée de boîte, et porteur des deux pignons de sortie (32, 34) desdits engrenages. 3. Boîte de vitesse (14) selon la revendication 2, caractérisée en ce que les moyens de mise en prise (38, 40, 42) comportent un dispositif de crabotage à baladeur (38) entraîné en rotation par ledit arbre d'entrée de boîte (24) et mobile axialement sur ce dernier entre deux positions actives d'entraînement en prise avec l'un ou l'autre des pignons d'entrée (31, 33). 4. Boîte de vitesse (14) selon la revendication 3, caractérisée en ce que le baladeur (38) du dispositif de crabotage comporte une position inactive sur l'arbre d'entrée de boîte (24) sensiblement médiane auxdites positions actives. 5. Boîte de vitesse (14) selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisée en ce que le baladeur (38) comporte deux faces actives susceptibles l'une ou l'autre de venir sélectivement en engagement avec une couronne à crabot (40, 42) solidaire de la face adjacente du pignon d'entrée (31, 33) correspondant. 6. Boîte de vitesse selon la revendication 5, caractérisée en ce que chaque face du baladeur comporte un dispositif de synchronisation. 7. Boîte de vitesse (14) selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisée en ce que le baladeur (38) est commandé par une fourchette (48) déplacée par une tige axiale (46) à deux points durs , ou le cas échéant à trois points durs , mise en oeuvre par des moyens de commande de sélection manuelle (52) ou automatique. 5 10 8. Boîte de vitesse selon la revendication 7 à sélection automatique, caractérisée en ce que les moyens de sélection sont déplacés par un actionneur électrique basse tension du type vérin électrique au travers d'un accouplement élastique. 9. Boîte de vitesses (14) selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisé en ce qu'elle comporte un boîtier (18) enfermant lesdits engrenages (28, 30) et présentant des faces parallèles porteuses desdits arbres d'entrée de boîte (24) et de sortie de boîte (26). 10. Dispositif de transmission pour véhicule électrique à moteur électrique basse tension (10) comportant une boîte de vitesses (14) à deux rapports selon l'une des revendications précédentes, disposée en amont d'un réducteur différentiel aval (16) et en aval de l'arbre de sortie (12) dudit moteur (10) ou d'un réducteur amont. 15