Brevet FR2898739A1 — publié le 20070921

Système de support d'arbre pour moteur électrique, moteur électrique et procédé de fabrication. La présente invention concerne le domaine des moteurs électriques et plus particulièrement celui des supports permettant d'assurer la liaison mécanique entre un arbre tournant et un carter de moteur électrique. L'abrégé du document JP-A-08023666 décrit un moteur sans balai, comprenant une pièce de fixation associée à un capteur à effet Hall prévu pour détecter des aimants montés sur l'arbre. L'arbre est monté à rotation dans la pièce de fixation au moyen de roulements. Dans un moteur conventionnel de ce type, les étapes d'assemblage du moteur sont relativement nombreuses et compliquées du fait du grand nombre de pièces séparées qui assurent les fonctions mécaniques, électriques et les fonctions de détection de l'angle de rotation du rotor. La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique évoqués ci-dessus. La présente invention propose un support d'arbre multifonctions. La présente invention propose un sous-ensemble roulement et flasque assurant la liaison mécanique entre l'arbre et le carter du moteur, et servant de support au capteur et à l'électronique de traitement du signal. Le système de support d'arbre pour moteur électrique comprend un palier à roulement pourvu d'une bague intérieure prévue pour être montée sur l'arbre et d'une bague extérieure, au moins un capteur de position angulaire pour la détection de la position angulaire de la bague intérieure, un codeur monté sur la bague intérieure, un flasque 2 de support de la bague extérieure du palier, et un module de traitement supporté par le flasque. Le support constitue un sous-ensemble assurant les fonctions de palier, de flasque, et de détection angulaire. Dans un mode de réalisation, le capteur est monté sur le module de traitement relié à une sortie du capteur. Dans un mode de réalisation, le module de traitement est configuré pour recevoir un signal de sortie du ou des capteurs représentatif de la position angulaire du codeur par rapport au capteur et pour émettre en sortie une information traitée représentative de la position angulaire du codeur par rapport au capteur. Le support assure, en outre, la fonction de traitement de l'information de détection angulaire Dans un mode de réalisation, le flasque est étanche. Dans un mode de réalisation, le flasque comprend des moyens de fixation sur un moteur électrique. Les moyens de fixation peuvent comprendre des trous traversants permettant de visser le flasque sur le capteur du moteur électrique. Dans un mode de réalisation, le système comprend un moyen d'étanchéité avec une extrémité de la bague intérieure. Le flasque forme ainsi l'extrémité axiale d'un moteur et interdit une entrée de liquide ou de polluants. L'étanchéité peut être du type à passage étroit ou lèvre frottante avec le codeur ou la bague intériieure ou l'arbre du moteur. Dans un mode de réalisation, le capteur de position angulaire est capable de détecter une position angulaire absolue. On peut ainsi connaître avec précision la position angulaire d'épaule du rotor par rapport au stator, ce qui est particulièrement utile dans le cas d'un moteur à courant continu sans balai. 3 Dans un mode de réalisation, le module de traitement comprend une carte électronique supportant le ou les capteurs. Dans un mode de réalisation, le module de traitement est configuré pour émettre une information de sortie sous forme analogique ou numérique. Dans un mode de réalisation, le flasque est surmoulé sur la bague extérieure. Dans un mode de réalisation, la bague extérieure comprend une surface en contact avec le flasque munie de reliefs d'accrochage. Ladite surface peut être la surface extérieure de la bague extérieure. Les reliefs d'accrochage peuvent obtenus par moletage. Dans un mode de réalisation, le module de traitement est configuré pour émettre une information de sortie sous forme de modulation de largeur d'impulsion. L'invention concerne également un moteur électrique comprenant un arbre, un rotor, un stator et un système tel que ci-dessus supportant l'arbre, monté dans le stator et capable de fournir en sortie la position angulaire du rotor par rapport au stator. Dans un mode de réalisation, ledit système ferme une extrémité axiale du moteur. On obtient ainsi une excellente étanchéité. Le procédé de fabrication d'un système de support d'arbre pour moteur électrique comprend les étapes de fixation d'un flasque sur une bague extérieure de palier à roulement équipé d'un codeur, de montage sur le flasque d'un module de traitement équipé d'un capteur d'angle, le capteur et le module de traitement étant connectés. Dans un mode de réalisation, le flasque et le palier à roulement sont fixés l'un à l'autre de façon indémontable. Dans un mode de réalisation, on surmoule le flasque sur la bague extérieure. On obtient ainsi une excellente étanchéité. 4 L'assemblage du moteur peut être effectué en orientant le rotor, en amenant le système de support d'arbre par un mouvement axial, l'arbre du rotor passant dans le palier à roulement et en fixant le flasque sur le carter du moteur électrique. La fixation peut être effectuée par vissage. On peut ainsi fournir à un fabricant de moteur électrique un sousensemble multifonctions assurant la liaison mécanique entre l'arbre et le carter, supportant le circuit électronique de traitement du signal et supportant le ou les capteurs de rotation. Le codeur est avantageusement supporté par une bague du roulement. Le système de support est compact axialement, est capable d'assurer l'étanchéité du moteur par montage d'un seul sous-ensemble, assure localement un traitement des signaux de sortie du ou des capteurs à proximité immédiate du ou des capteurs, d'où une meilleure qualité de signal. En effet, l'information traitée de sortie est moins sensible aux parasites ou influences extérieures que les signaux de sortie du ou des capteurs, notamment lorsque l'information traitée de sortie se présente sous forme numérique ou de modulation de largeur d'impulsions. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, sur lesquels : la figure 1 est une vue éclatée en coupe d'un moteur électrique ; - la figure 2 est une vue en coupe du moteur électrique ; -la figure 3 est une vue en perspective du support d'arbre ; - la figure 4 est une vue en perspective opposée à la figure 3 du support d'arbre ; - la figure 5 est une vue en perspective éclatée du support d'arbre ; et -la figure 6 est une vue en coupe axiale du support d'arbre. Comme illustré sur les figures 1 et 2, le moteur électrique référencé 1 dans son ensemble, comprend un carter 2, un stator 3 monté dans le carter 2, un rotor 4 et un arbre 5 solidaires en rotation 5 l'un de l'autre, un palier à roulement 6 disposé entre une des extrémités de l'arbre 5 et le carter 2, et un système de support d'arbre 7 fixé au carter 2 et supportant l'autre extrémité de l'arbre 5. Plus particulièrement, le carter 2 comprend une partie axiale 8, un fond radial 9 fermant l'une des extrémités de la partie axiale 8, et une collerette axiale 10 fixée au fond radial 9, centrée sur l'axe du moteur et prévue pour recevoir le palier à roulement 6. Le palier à roulement 6 peut être de type conventionnel avec une bague intérieure 11, une bague extérieure 12, une rangée d'éléments roulants 13, ici des billes, disposés entre un chemin de roulement extérieur de la bague intérieure 11 et un chemin de roulement intérieur de la bague extérieure 12. Le roulement 6 peut être pourvu d'une cage de maintien de l'espacement circonférentiel des éléments roulants 13 ainsi que d'un joint d'étanchéité 14 disposé du côté opposé au fond radial 9. La présence d'un joint d'étanchéité du côté du fond radial 9 n'est pas indispensable, dans la mesure où le fond radial 9 fermé protège efficacement le roulement 6 contre l'intrusion de polluants extérieurs. L'une des extrémités de l'arbre 5 est emmanchée dans la bague intérieure 11. Le stator 3 se présente sous la forme d'une pièce tubulaire, venant à proximité du fond radial 9 du carter 2 et en contact avec l'alésage de la partie axiale 8. Le stator 3 comprend en outre trois pions axiaux 15 en saillie en direction opposée au fond radial 9. Le rotor 4 est fixé sur l'arbre 5 et est monté à l'intérieur du stator 3 tout en pouvant tourner par rapport audit stator 3. 6 Le système de support 7 pour l'arbre 5, visible plus en détail sur les figures 3 à 5, comprend un flasque 16, un palier à roulement 17 supporté par le flasque 16, un module électronique de traitement 18 également supporté par le flasque 16, un codeur 19 supporté par le palier à roulement 17 et au moins un capteur 20 supporté par le module 18. Dans le mode de réalisation représenté, il est prévu quatre capteurs 20. A l'état monté, le système de support 7 ferme l'extrémité du carter 2 du côté opposé au fond radial 9. Le flasque 16 comprend une paroi de forme générale radiale annulaire 21 se prolongeant vers l'extérieur par quatre oreilles également radiales 22. Chaque oreille 22 est pourvue d'un trou traversant 23 permettant le passage d'un goujon ou d'une vis pour fixer le système de support 7 sur le carter 2. Le flasque 16 est pourvu d'une nervure annulaire 24 s'étendant axialement en direction du fond radial 9 et en contact avec l'alésage de la partie axiale 8 du carter 2, assurant ainsi le centrage du flasque 7 dans le carter 2. Une pluralité de creux 25, en forme d'arc de cercle, sont ménagés sur la face extérieure du flasque 16 radialement au niveau de la nervure 24 pour des raisons de retrait au démoulage et de refroidissement différentiel, évitant ainsi qu'une partie épaisse ne se refroidisse plus lentement que des parties plus fines. Une pluralité de trous traversants 26, ici au nombre de trois, sont ménagés dans la partie radiale annulaire 21 et sont prévus pour recevoir les doigts 15 du stator 3. Le stator 3 est ainsi immobilisé en rotation par rapport au système de support 7. Les doigts 15 et les trous 26 peuvent être circonférentiellement régulièrement répartis ou au contraire répartis selon un angle différent de 120 afin de réaliser une indexation du stator 3 par rapport au système de support 7. 7 Le flasque 16 comprend une portion tronconique 27 s'étendant à partir de la portion radiale annulaire 21, radialement vers l'intérieur et axialement en direction du fond radial 9 du carter 2, une portion radiale annulaire 28 prolongeant vers l'intérieur la portion tronconique 27 et une portion axiale annulaire 29 permettant de loger le roulement 17. Des nervures de rigidification peuvent être prévues entre la portion radiale 28 et la portion axiale 29 dans le prolongement de la portion tronconique 27. Plus précisément, la portion radiale 28 comporte un alésage 29a délimité par deux rebords radiaux dirigés vers l'intérieur 30 et 31. Une pluralité de doigts axiaux 32 sont prévus en saillie à partir de la portion radiale 28, en direction opposée au fond radial 9 du carter 2. Le flasque 16 est avantageusement réalisé de façon monobloc dans un matériau synthétique venu de moulage, par exemple comprenant du polyamide 6-6 ou encore du polyéthylène-térèphtalate chargé de fibres de verre ou de carbone, par exemple dans une proportion de l'ordre de 10 à 50%, préférablement de l'ordre de 20 à 40%, par exemple d'environ 30%. Le palier à roulement 17 comprend une bague intérieure 33, une bague extérieure 34, une rangée d'éléments roulants 35, ici des billes, une cage 36 de maintien de l'espacement circonférentiel régulier des éléments roulants 35 et un flasque d'étanchéité 37. Le roulement 17 représente une structure analogue au roulement 6 avec deux bagues massives à gorge profonde formant chemin de roulement dans l'alésage de la bague extérieure et sur une portée extérieure de la bague intérieure. Le flasque 37 est monté dans une rainure de la bague extérieure 34 et vient former un passage étroit avec une portée extérieure de la bague intérieure 33 en étant disposé du côté du rotor 4. La bague extérieure 34 est en contact avec l'alésage 29a de la 8 portion axiale 29 et les rebords radiaux 30 et 31 du flasque 16. Avantageusement, le flasque 16 est surmoulé sur la bague extérieure 34. On obtient ainsi une étanchéité et une tenue mécanique excellentes entre ces deux pièces. Le codeur 19 comprend un support 38, en forme de coupelle en tôle, et une partie active 39. Le support 38 comprend une partie axiale emmanchée sur une portée extérieure de la bague intérieure 33, du côté opposé au flasque d'étanchéité 37, une partie radiale dirigée vers l'intérieur à partir de la partie axiale et en contact avec une surface frontale radiale de la bague intérieure 33 et une portion tronconique dirigée radialement vers l'intérieur et axialement à l'opposé du flasque d'étanchéité 37 et prolongeant l'extrémité de petit diamètre de la partie radiale. La partie active 39, par exemple un plasto-ferrite magnétisé comprenant une pluralité de pôles nord et sud alternés circonférentiellement, est surmoulée sur la face extérieure de la portion tronconique, une face de la portion radiale à l'opposé de la bague intérieure 33 et une partie de la face extérieure de la partie axiale. La partie active 39 présente une surface extérieure axiale et peut comprendre un nombre de pôles non multiple du nombre de capteurs. Le module électronique 18 comprend une carte électronique 40 de forme générale annulaire, dans laquelle sont ménagés une pluralité de trous traversants 41, ici au nombre de trois, prévus pour venir coopérer avec les doigts 32 du flasque 16. Lors du montage, les doigts 32 passent dans les trous 41 et en assurent ainsi le maintien angulaire du module 18 par rapport au flasque 16 ainsi que son indexation. La carte électronique 40, par exemple du type circuit imprimé, supporte une pluralité de composants électroniques permettant de traiter les signaux de sortie des capteurs 20 et de générer un signal de sortie transmis vers d'autres organes non représentés, par voie filaire ou encore radioélectrique. La carte électronique 40 supporte également les capteurs 20 au moyen de quatre groupes de trois trous 43 ménagés à proximité de son bord intérieur et dans lesquels des pattes 44 des éléments capteurs 20 sont disposées puis fixées, en général par brasure. Les capteurs 20 peuvent être disposés circonférentiellement régulièrement répartis ou non. A l'état monté du système de support 7, illustré sur la figure 6, le module électronique 18 est disposé à proximité de la face extérieure de la partie radiale 28 du flasque 16. Les éléments capteurs 20 sont en saillie axiale par rapport à la carte électronique 40 et sont disposés radialement entre le codeur 19 et le rebord radial 31 de la partie radiale 28, tout en étant séparés de la surface extérieure axiale de la partie active 39 du codeur 19 par un faible entrefer radial. Le module électronique 18 et le codeur 19 présentent un diamètre intérieur supérieur à l'alésage de la bague intérieure 33 pour pouvoir laisser passer une extrémité de l'arbre 5 du moteur électrique. On dispose ainsi d'un système de support d'arbre formant un sous-ensemble pré-monté prévu pour être disposé à l'extrémité axiale ouverte du carter 2 et assurant les fonctions de support de l'arbre 5 tournant du moteur électrique, d'obturation de la face radiale ouverte du carter 2, d'anti-rotation du stator 3, de détection de paramètres de rotation de l'arbre 5, notamment la vitesse, la position angulaire, l'accélération, etc. Le système de support d'arbre permet également de supporter l'électronique de traitement du signal et le ou les capteurs. Un couvercle peut ensuite venir protéger le module électronique 18. Le couvercle peut être scellé de façon étanche, assurant ainsi une 10 protection de haut niveau pour l'intérieur du moteur électrique et pour la carte électronique. On peut prévoir que le couvercle, de forme annulaire, fixé sur le flasque 16, vienne former un passage étroit avec le codeur 19 et/ou la bague intérieure 33 du roulement 17. Le couvercle peut également être pourvu d'une étanchéité frottante. La fabrication du système de support d'arbre 7 peut comprendre les étapes suivantes. On effectue un surmoulage du flasque 16 sur la bague extérieure 34 du roulement 17. Afin de garantir un bon accrochage de la matière plastique sur la bague extérieure 34 du roulement 17, on pourra prévoir un moletage sur au moins une partie de la surface extérieure cylindrique de ladite bague extérieure 34. On emmanche le codeur 19 sur la bague intérieure 33. On monte le module électronique 18 sur le flasque 16, puis on vient fermer l'ensemble avec le couvercle. Le montage du moteur électrique peut être effectué par un faible nombre d'opérations relativement simples. Tout d'abord, on vient placer le roulement 6 dans son logement au fond du carter 2. On dispose le stator 3 dans le carter 2. On dispose l'arbre 5 supportant le rotor 4 dans l'alésage de la bague intérieure 11 du roulement 6. On dispose et on fixe le sous-ensemble de support d'arbre 7 dans le carter 2. Le couvercle peut ensuite être fixé au flasque. Ces étapes s'effectuent par de simples mouvements axiaux. Le montage du moteur s'en trouve donc considérablement simplifié. Bien entendu, le module de traitement 18 et plus particulièrement les circuits électroniques 42, peuvent être conçus pour émettre une information de sortie sous forme analogique ou numérique. La position angulaire relative des pôles du codeur 19 et des capteurs 20 peut permettre de détecter la position angulaire absolue et donc de connaître avec une précision très élevée la position 11 relative des pôles du rotor 4 par rapport aux pôles du stator 3. Alternativement, les circuits électroniques 42 peuvent être configurés pour émettre une information de sortie sous forme de modulation de largeur d'impulsion. Le signal de sortie peut ainsi être directement utilisé par d'autres organes extérieurs. REVENDICATIONS 1-Système de support (7) d'arbre pour moiteur électrique (1), caractérisé par le fait qu'il comprend un palier à roulement (17) pourvu d'une bague intérieure (33) prévue pour être montée sur ledit arbre (5), et d'une bague extérieure (34), au moins un capteur (20) de position angulaire pour la détection de la position angulaire de la bague intérieure, un codeur (19) monté sur la bague intérieure, un flasque (16) de support de la bague extérieure du palier, et un module de traitement (18) supporté par le flasque. 2-Système selon la revendication 1, dans lequel le capteur (20) est monté sur le module de traitement (18) relié à une sortie du capteur. 3-Système selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le module de traitement (18) est configuré pour recevoir un signal de sortie du ou des capteurs représentatif de la position angulaire du codeur par rapport au capteur et pour émettre en sortie une information traitée représentative de la position angulaire du codeur (19) par rapport au capteur (20). 4-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le flasque (16) comprend des moyens de fixation sur un moteur électrique (1). 5-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant un moyen d'étanchéité avec une extrémité de la bague intérieure. 6-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le capteur (20) de position angulaire est capable de détecter une position angulaire absolue. 7-Système précédentes, dans carte électronique 8-Système précédentes, dans extérieure (34) du 9-Système précédentes, dans selon l'une quelconque des revendications lequel le module de traitement (18) comprend une (40) supportant le capteur (20). selon l'une quelconque des revendications lequel le flasque (16) est surmoulé sur la bague palier à roulement (17). selon l'une quelconque des revendications lequel la bague extérieure (34) comprend une surface en contact avec le flasque munie de reliefs d'accrochage. 10-Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le module de traitement est configuré pour émettre une information de sortie sous forme de modulation de largeur d'impulsions. 11-Moteur électrique (1) comprenant un arbre (5), un rotor (4), un stator (3) et un système (7) selon l'une quelconque des revendications précédentes supportant ledit arbre, monté sur le stator et capable de fournir en sortie la position angulaire du rotor par rapport au stator. 12-Moteur selon la revendication 11, dans lequel ledit système 20 (7) ferme une extrémité axiale du moteur. 13-Procédé de fabrication d'un système de support d'arbre pour moteur électrique, dans lequel on fixe un flasque (16) sur une bague extérieure (34) de palier à roulement (17) équipé d'un codeur (19), on monte sur le flasque (16) un module de traitement (18) équipé d'un 25 capteur d'angle (20), et on connecte le capteur et le module de traitement. 14-Procédé selon la revendication 13, dans ]lequel on surmoule le flasque (16) sur la bague extérieure (34). 15-Procédé selon la revendication 13 ou 14, dans lequel on 30 oriente un rotor (4), on amène le système (7) de support d'arbre par unmouvement axial, l'arbre du rotor passant dans le palier à roulement (17), et on fixe le flasque sur un carter (2) de moteur électrique (1).