Brevet FR2924872A1 — publié le 20090612

L'invention concerne un ensemble pour réducteur de vitesses d'une machine électrique tournante, par exemple d'un démarreur pour véhicule automobile. Afin de démarrer le moteur à combustion d'un véhicule automobile, il est connu d'utiliser un démarreur pourvu d'un ensemble lanceur capable de transmettre une énergie de rotation du démarreur à un vilebrequin du moteur à combustion par l'intermédiaire d'une couronne d'entraînement. L'ensemble lanceur comporte un pignon pourvu de dents pouvant s'engrener sur des dents de la couronne d'entraînement. Cet ensemble lanceur peut subir des chocs mécaniques importants lors du 10 fonctionnement du démarreur. Par exemple, en début de démarrage, lorsque la rotation du démarreur commence, les dents du pignon peuvent glisser contre les dents de la couronne avant de s'engager entre celles-ci. Le recouvrement axial des dents respectives du pignon et de la couronne peut alors être très faible et l'énergie cinétique de rotation 15 du démarreur est brutalement transmise à la couronne. A cet instant, les contraintes de contact sont très élevées, ce qui peut, avec l'usure, entraîner la destruction de dents de la couronne. Ce phénomène est connu sous le terme de fraisage. En outre, en cours de démarrage, si le système d'injection du véhicule présente 20 des dysfonctionnements aléatoires, il peut se produire des explosions prématurées dans le cycle de combustion, généralement appelées en anglais 'back fire', qui sont susceptibles de générer des chocs importants lors de l'engrènement du pignon sur la couronne d'entraînement. Ces chocs présentent le risque de provoquer la cassure de dents du pignon ou de la couronne d'entraînement, 25 résultant en un incident majeur. Afin de pallier les problèmes ci-dessus, certains démarreurs connus sont équipés d'un réducteur de vitesses de type épicycloïdal comprenant une couronne rigide, notamment réalisée en acier fritté ou en aluminium, bloquée en rotation à l'aide d'absorbeurs de chocs, par exemple en élastomère. D'autres démarreurs connus comportent un réducteur de vitesses avec une couronne en polymère injecté. Par ailleurs, le brevet US 6,887,160 décrit un absorbeur de chocs pour démarreur de véhicule automobile. Cet absorbeur de chocs comporte un disque tournant, un disque fixe et un ressort à disque. Le disque tournant est pressé contre le disque fixe par le ressort à disque de manière à générer une force de friction lorsque le disque tournant est entraîné en rotation par un choc excessif transmis à l'absorbeur, en vue d'absorber le choc. Cet absorbeur de chocs connu présente l'inconvénient d'être soumis à une usure accélérée par le frottement des deux disques. Il existe un besoin pour remédier aux inconvénients précités. L'invention a ainsi pour objet un ensemble pour réducteur de vitesses d'une machine électrique tournante, l'ensemble comportant: - une plaque de base, - une couronne dentée en appui contre la plaque de base et pouvant tourner par rapport à la plaque de base autour d'un axe de rotation lorsque la couronne dentée est soumise à un couple supérieur à un couple limite prédéterminé. Avantageusement, l'ensemble comporte au moins une première zone de butée associée à la plaque de base et au moins une deuxième zone de butée associée à la couronne dentée, et lorsque la couronne dentée est soumise à un couple inférieur au couple limite prédéterminé, la couronne dentée est bloquée en rotation par contact de la deuxième zone de butée contre la première. Grâce à l'invention, du fait de l'utilisation de butées, il est possible de réduire les forces de frottement apparaissant dans le réducteur de vitesses. Les forces de frottement dynamique dans l'ensemble selon l'invention peuvent notamment être rendues très faibles. Ainsi l'ensemble selon l'invention présente une usure moindre, notamment par rapport à l'absorbeur de chocs décrit dans le brevet US 6,887,160. De préférence, lorsque la couronne dentée est soumise à un couple inférieur au couple limite prédéterminé, la première zone de butée peut s'appliquer contre la deuxième zone de butée avec une force de réaction qui est non parallèle à l'axe de rotation. Avantageusement, les première et deuxième zones de butée sont tangentes à un plan non perpendiculaire à l'axe de rotation. Dans l'invention, le déclenchement de la rotation entre la plaque de base et la couronne dentée n'est pas lié de manière essentielle au frottement entre ces éléments, ce qui permet, si on le souhaite, d'avoir des frottements réduits entre ces éléments. Ceci peut être particulièrement avantageux, le cas échéant, en utilisation du démarreur dans un système de redémarrage automatique de type Stop Start. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la plaque de base peut comporter une paroi annulaire sur laquelle sont formées les premières zones de butée. La couronne dentée peut comporter une paroi cylindrique comprenant une surface intérieure dentée, et une paroi transversale annulaire sur laquelle sont formées les deuxièmes zones de butée. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la première zone de butée peut être formée sur un bossage de la plaque de base, et la deuxième zone de butée peut être formée dans un renfoncement, notamment un orifice, de la couronne dentée. L'invention présente l'avantage que, lorsque le ou les bossages sont sorties du ou des renfoncements, il se crée un espace axial entre la couronne et la plaque de base propre à permettre un passage, par effet d'aspiration, de lubrifiant dans cet espace. Avantageusement, le bossage présente une forme en segment sphérique et le renfoncement peut présenter une forme tronconique de manière à définir un cercle de contact entre les première et deuxième zones de butée. En variante, le bossage peut présenter toute autre forme appropriée, par 30 exemple une forme tronconique. Le renfoncement dans la couronne dentée peut être un orifice ou, en variante, être non traversant. De préférence, la plaque de base, respectivement la couronne dentée, comportent des bossages, respectivement des renfoncements, répartis de manière régulière sur une circonférence. Avantageusement, l'ensemble comporte une structure de serrage distincte de la plaque de base, apte à appuyer la plaque de base contre la couronne dentée avec une force axiale prédéterminée. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, la couronne dentée peut comporter une jupe annulaire se raccordant à une paroi transversale de la couronne dentée et dirigée vers la plaque de base, et la structure de serrage peut comporter: - un organe de rappel élastique monté autour de la jupe annulaire de la couronne dentée et apte à appliquer la force axiale sur la plaque de base, et - un organe de maintien distinct de l'organe de rappel élastique et fixé sur la jupe annulaire pour retenir l'organe de rappel élastique contre la plaque de base. Le cas échéant, l'organe de rappel élastique peut comporter une rondelle de forme sensiblement tronconique et l'organe de maintien, comportant notamment un anneau élastique fendu, peut être fixé dans une gorge de la jupe annulaire. Dans un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, la plaque de base peut, notamment du fait d'une forme idoine, être apte à développer une force de rappel élastique axiale pour appliquer la ou les premières zones de butée contre la ou les deuxièmes zones de butée. De préférence, la plaque de base peut présenter une forme sensiblement en segment sphérique ou une forme sensiblement tronconique. La couronne dentée peut comporter des pattes élastiquement déformables agencées pour permettre le montage par encliquetage de la plaque de base sur la 30 couronne dentée. Ceci permet de limiter le nombre de pièces dans l'ensemble pour réducteur de vitesses car il est notamment possible d'éviter un organe de rappel élastique distinct de la plaque de base. Dans un exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble peut comporter une bague disposée contre une circonférence intérieure des pattes élastiques pour le verrouillage de celles-ci. L'invention a également pour objet une machine électrique tournante, notamment un démarreur pour véhicule automobile, pouvant comporter un réducteur de vitesses avec un ensemble tel que décrit précédemment. L'invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d'exemples de mise en oeuvre non limitatifs de l'invention, et à l'examen du dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 représente, schématiquement et partiellement, un démarreur 1 conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente, schématiquement et partiellement, en perspective, un ensemble pour réducteur de vitesses du démarreur de la figure 1, avant assemblage, - la figure 3 représente, schématiquement et partiellement, en coupe axiale, l'ensemble pour réducteur de vitesses de la figure 2, après assemblage, -la figure 4 représente, schématiquement et partiellement, un détail de l'ensemble de la figure 3, - la figure 5 représente, schématiquement et partiellement, en perspective, de manière isolée, un ensemble pour réducteur de vitesses d'un démarreur selon un autre exemple de mise en oeuvre de l'invention, avant assemblage, - la figure 6 représente, schématiquement et partiellement, en perspective, de manière isolée, une plaque de base de l'ensemble de la figure 5, et - la figure 7 représente, schématiquement et partiellement, en coupe axiale, l'ensemble pour réducteur de vitesses de la figure 5, après assemblage. On a représenté sur la figure 1 une machine électrique tournante formant un démarreur 1 de véhicule automobile. Ce démarreur 1 comprend, d'une part, un rotor 2, encore appelé induit, pouvant tourner autour d'un axe longitudinal X de manière à entraîner un arbre de rotor 6, et d'autre part, un stator 3, encore appelé inducteur, autour du rotor 2. Le stator 3 comporte une culasse 4 portant une pluralité d'aimants permanents 5. Le rotor 2 comporte un corps de rotor 7 disposé au droit des aimants 5 du stator 3, et un bobinage 8 enroulé dans des encoches du corps de rotor 7. Le bobinage 8 comporte une pluralité de fils conducteurs formant, de part et d'autre du corps de rotor 7, un chignon avant 9 et un chignon arrière 10. Le rotor 2 est pourvu, à l'arrière, d'un collecteur 12 comprenant une pluralité de pièces de contact connectées électriquement au bobinage 8. Un groupe de balais 13 et 14 est prévu pour l'alimentation électrique du bobinage 8, l'un des balais 13 étant relié à la masse du dispositif 1 et un autre des balais 14 étant relié à une borne électrique 15 d'un contacteur 17 via un fil 16. Les balais 13 et 14 viennent frotter sur le collecteur 12 lorsque le rotor 2 est en rotation. Le contacteur 17 comprend, outre la borne 15 reliée au balai 14, une borne 29 reliée via un élément de liaison électrique, notamment un fil 30, à une alimentation électrique du véhicule, notamment une batterie, non représentée. Le contacteur 17 est apte à actionner une fourchette 27 pour déplacer un ensemble lanceur 19 d'une position de repos dans laquelle l'ensemble lanceur 19 est situé à proximité du rotor 2 vers une position d'entraînement du moteur à combustion. L'ensemble lanceur 19 comprend une roue libre 22 et une rondelle poulie 23 définissant entre elles une gorge 24 pour recevoir l'extrémité 25 de la fourchette 27. L'ensemble lanceur 19 est monté de manière coulissante et rotative sur un arbre d'entraînement 18. L'ensemble lanceur 19 comporte en outre un élément d'entraînement formé par un pignon denté 21 et destiné à s'engager sur un organe d'entraînement du moteur à combustion, non représenté. Cet organe d'entraînement est par exemple une couronne. Un réducteur de vitesses 20 est interposé entre le rotor 2 et l'arbre d'entraînement 18 de manière à adapter la vitesse du rotor 2 à l'entraînement du 5 moteur à combustion. Ce réducteur de vitesses 20 comporte un ensemble 40 comprenant une couronne dentée 41 dans laquelle sont disposés des pignons solaire et satellites, de manière connu en soi. Comme illustrée à la figure 2, la couronne dentée 41 comporte une paroi 10 cylindrique 42 comprenant une surface intérieure dentée 43 coopérant avec les pignons satellites. La couronne dentée 41 comporte en outre une paroi transversale annulaire 44 présentant un passage central. La paroi cylindrique 42 se raccorde à la périphérie extérieure de la paroi 44. 15 Des orifices 45 de forme tronconique sont répartis de manière régulière sur une circonférence de la paroi transversale annulaire 44. Chaque orifice 45 est défini par une paroi tronconique formant un angle a avec l'axe X. L'angle a est égal à 45° dans l'exemple décrit. 20 L'ensemble 40 comporte également une plaque de base 50 en appui contre la couronne dentée 41. La plaque de base 50 comporte un organe de blocage en rotation 51 sous la forme d'une languette apte à bloquer en rotation cette plaque de base 50 par rapport à la culasse 4. 25 La plaque de base 50 comporte en outre une paroi annulaire 52 portant des bossages 53 en forme de segment sphérique. Ces bossages 53 sont répartis de manière régulière sur une circonférence de la paroi annulaire 52, en correspondance des orifices 45. Lorsque le réducteur de vitesses 20 est au repos, chaque bossage 53 est 30 engagé dans un orifice 46 avec un appui suivant un cercle, comme on peut le voir notamment sur la figure 4. Les bossages 53 et les orifices 45 définissent respectivement des première et deuxième surfaces de butées 46 et 54 au sens de l'invention, pour immobiliser la couronne dentée 41 par rapport à la plaque de base 50, comme cela sera expliqué plus loin. Les première et deuxième zones de butées 46 et 54 sont tangentes à un plan P non perpendiculaire à l'axe X, ce plan P faisant avec cet axe X l'angle a. La couronne dentée 41 comporte une jupe annulaire centrale 56 se raccordant à sa paroi transversale 44 et dirigée vers la plaque de base 50, comme illustrée à la figure 3. Une bague 59 est disposée contre une circonférence intérieure 57 de la jupe annulaire 56 pour s'engager sur l'arbre de rotor 6. Comme illustré aux figures 2 et 3, l'ensemble 40 comporte en outre une structure de serrage 60 distincte de la plaque de base 50, et apte à appuyer la plaque de base 50 contre la couronne dentée 41. La structure de serrage 60 comporte une rondelle tronconique 61, formant un organe de rappel élastique, montée autour de la jupe annulaire 56 de la couronne dentée 41, et maintenue contre la plaque de base 50 à l'aide d'un anneau élastique fendu 62. Cet anneau élastique fendu 62, distinct de la rondelle tronconique 61, est fixé dans une gorge 58 de la jupe annulaire. L'anneau élastique fendu 62 comporte en outre un élément de montage 63 avec, à chaque extrémité, une patte 65 comprenant un orifice 64 permettant à un outil d'écarter l'anneau 62 par déformation élastique afin de faciliter montage de l'anneau 62 dans la gorge 58 de la jupe annulaire 56. On va maintenant décrire en référence à la figure 4 le fonctionnement de l'ensemble 40. Lorsque la couronne dentée 41 est soumise à un couple inférieur à un couple limite CL prédéterminé, la couronne dentée 41 est bloquée en rotation par butée de 30 la deuxième zone de butée 46 contre la première 54. Le bossage 53 subit alors de la part de la couronne dentée 41 une force de réaction R. Le couple appliqué sur la couronne dentée 41 résulte en une force T d'axe Y appliquée à chaque bossage 53. Une force de frottement statique f est appliquée sur chaque bossage 53 dans la zone de contact entre le bossage 53 et l'orifice 45. Cette force de frottement f est perpendiculaire à la force de réaction R. Une force axiale V parallèle à l'axe X est appliquée sur la plaque de base 50 par l'organe de serrage. A l'équilibre, la plaque de base étant immobile par rapport à la couronne dentée, on a: (1)T+V+R+f=0 En projetant les forces sur les axes X et Y, on obtient: T y =T V y = 0 Ry = ùR sina f y = ù f cos a Tx=0 Vx=ùV Rx=Rcosa fx=ùf sina La relation (1) s'écrit alors: T ù R sin a ù f cosa=0 RcosaùVù f sina=0 La force de frottement est donnée par la relation: (2)f =,*R Avec p un coefficient de frottement. On déduit des équations (1) et (2) la relation suivante: (3) V T*cosaù,usina sina+pcosa Lorsque V T*cosa-1L.csma la couronne dentée 41 est bloquée en rotation, sina+1ucosa la deuxième zone de butée 46 s'appliquant contre la première zone de butée 54. Si on considère que l'on a n bossages 53 et n orifices 46 uniformément repartis sur un cercle de rayon Rm, le couple limite prédéterminé CL, correspondant au couple de déclenchement de la rotation de la couronne dentée 41 par rapport à la plaque de base 50, est donné par la relation: (4) CL = n *T * Rm , à condition que la relation (3) soit respectée. Dans l'exemple de mise en oeuvre de l'invention, l'ensemble 40 pour réducteur de vitesses 20 présente les caractéristiques suivantes: - CL = 65 N.m, - n= 8, - Rm = 50 mm, - a = 45°, et - p=0,1. On déduit de la relation (4) la force T appliquée sur chaque bossage 53: - T=325N. Ainsi, on déduit de la relation (3) la force axiale V que doit appliquer la structure de serrage 60 pour appuyer la plaque de base 50 contre la couronne dentée 41: - V=2127 N. En outre, l'ensemble 40 pour réducteur de vitesses 20 présente les caractéristiques suivantes: - force de réaction R = 2152N (avec RX = - 325N et Ry = 2127N); - force de frottement f = 215N (avec fX = -152N et fy = -152N); L'angle a peut prendre d'autres valeurs, par exemple une valeur comprise entre 20° et 50°. Dans l'exemple qui vient d'être décrit, l'effort axial V pour maintenir la plaque de base contre la couronne dentée est exercé par un organe de rappel élastique 61 distinct de la plaque de base. En variante, comme illustré sur les figures 5 à 7, l'ensemble pour réducteur de vitesses comporte une plaque de base 76 présentant une forme lui permettant de se déformer lorsqu'elle est fixée sur la couronne dentée 71 de manière à s'appliquer contre celle-ci avec une force axiale prédéterminée. Cette force axiale permet d'appliquer les premières zones de butée 77 de la plaque de base 76 contre les deuxièmes zones de butée 72 de la couronne dentée 71 La plaque de base 76 présente une forme en segment sphérique divergeant vers la couronne dentée 71, et comporte un rebord central 78. La couronne dentée 71 comporte des pattes élastiquement déformables 73 régulièrement espacées autour du passage central de la couronne, agencées pour permettre le montage par encliquetage de la plaque de base 71. L'ensemble 70 comporte une bague 75 disposée contre une circonférence intérieure 74 des pattes élastiquement déformables 73, cette bague 75 étant apte à empêcher les pattes élastiquement déformables 73 de se déformer intérieurement, de manière à verrouiller la plaque de base 76 sur la couronne dentée 71. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits. Les premières zones de butée peuvent par exemple être formées sur des nervures, rectilignes ou courbes, avec par exemple une section transversale en arc de cercle. Les deuxièmes zones de butée peuvent être formées dans des sillons, lesquels présentent par exemple une section transversale triangulaire. Ces sillons peuvent être rectilignes ou courbes, et s'étendre de manière radiale ou non. Revendications 1. Ensemble (40, 70) pour réducteur de vitesses (20) d'une machine électrique tournante (1), l'ensemble (40, 70) comportant: - une plaque de base (50, 76), - une couronne dentée (41, 71) en appui contre la plaque de base (50, 76) et pouvant tourner par rapport à la plaque de base (50, 76) autour d'un axe de rotation (X) lorsque la couronne dentée (41, 71) est soumise à un couple supérieur à un couple limite prédéterminé, caractérisé par le fait qu'il comporte au moins une première zone de butée (54) associée à la plaque de base (50, 76) et au moins une deuxième zone de butée (46) associée à la couronne dentée (41, 71), et par le fait que, lorsque la couronne dentée (41, 71) est soumise à un couple inférieur au couple limite prédéterminé, la couronne dentée (41, 71) est bloquée en rotation par contact de la deuxième zone de butée (46) contre la première (54). 2. Ensemble (40, 70) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lorsque la couronne dentée (41, 71) est soumise à un couple inférieur au couple limite prédéterminé, la première zone de butée (54, 77) s'applique contre la deuxième zone de butée (46, 72) avec une force de réaction (R) qui est non parallèle à l'axe de rotation (X). 3. Ensemble (40, 70) selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que les première et deuxième zones de butée (54, 77, 46, 72) sont tangentes à un plan (P) non perpendiculaire à l'axe de rotation (X). 4. Ensemble (40, 70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la plaque de base (50, 76) comporte une paroi annulaire (52) sur laquelle sont formées les premières zones de butée (54, 77). 5. Ensemble (40, 70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la couronne dentée (41, 71) comporte une paroi cylindrique (42) comprenant une surface intérieure dentée (43), et une paroi transversale annulaire (44) sur laquelle sont formées les deuxièmes zones de butée (46, 72). 6. Ensemble (40, 70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que la première zone de butée (54, 77) est formée sur un bossage (53) de la plaque de base (50, 76), et la deuxième zone de butée (46, 72) est formée dans un renforcement (45), notamment un orifice, de la couronne dentée (41, 71). 7. Ensemble (40, 70) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que le bossage (53) présente une forme en segment sphérique. 8. Ensemble (40, 70) selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé par le fait que le renfoncement (45), notamment un orifice, présente une forme tronconique. 9. Ensemble (40, 70) selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé par le fait que la plaque de base (50, 76), respectivement la couronne dentée (41, 71), comportent des bossages (53), respectivement des renfoncements (45), répartis de manière régulière sur une circonférence. 10. Ensemble (40) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comporte une structure de serrage (60) distincte de la plaque de base (50) apte à appuyer la plaque de base (50) contre la couronne dentée (41) avec une force axiale (V) prédéterminée. 11. Ensemble (40) selon la revendication précédente, la couronne dentée (41) comportant une jupe annulaire (56) se raccordant à une paroi transversale (44) de la couronne dentée (41) et dirigée vers la plaque de base (50), caractérisé par le fait que la structure de serrage (60) comporte: - un organe de rappel élastique (61) monté autour de la jupe annulaire (56) de la couronne dentée (41) et apte à appliquer la force axiale (V) sur la plaque de base (50), et - un organe de maintien distinct de l'organe de rappel élastique et fixé sur la jupe annulaire (56) pour retenir l'organe de rappel élastique (61) contre la plaque de base (50). 12. Ensemble (40) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que l'organe de rappel élastique (61) comporte une rondelle de forme tronconique et par le fait que l'organe de maintien (62), comportant notamment un notamment un anneau élastique fendu, est fixé dans une gorge (58) de la jupe annulaire (56). 13. Ensemble (70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la plaque de base (76) est apte à développer une force de rappel élastique axiale (V) pour appliquer la ou les premières zones de butée (77) contre la ou les deuxièmes zones de butée (72). 14. Ensemble (70) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 et 13, caractérisé par le fait que la couronne dentée (71) comporte des pattes élastiquement déformables (73) agencées pour permettre le montage par encliquetage de la plaque de base (76) sur la couronne dentée (71). 15. Ensemble (70) selon la revendication précédente, caractérisé par le fait qu'il comporte une bague (75) disposée contre une circonférence intérieure (74)des pattes élastiquement déformables (73). 16. Machine électrique tournante (1), notamment un démarreur, pour véhicule automobile comportant un réducteur de vitesses (20) avec un ensemble (40, 5 70) selon l'une quelconque des revendications précédentes.