Brevet FR2983931A1 — publié le 20130614

L'invention concerne un mécanisme d'entraînement en rotation d'un arbre tournant au moyen d'une courroie ainsi qu'une pompe à eau de véhicule automobile intégrant un tel mécanisme pour entraîner en rotation un arbre équipé d'une aube au moyen d'une courroie motrice. On connaît des mécanismes d'entraînement pour pompe à eau de véhicule automobile comprenant un palier à roulement présentant un organe tournant destiné à être entraîné en rotation par une courroie motrice, un organe fixe et des corps roulants disposés entre lesdits organes pour permettre leur rotation relative. L'organe fixe présente un alésage dans lequel l'arbre est guidé en rotation, ledit arbre étant entrainé en rotation par l'intermédiaire de l'organe tournant. Pour ce faire, le mécanisme peut comprendre un élément de friction solidaire de l'organe tournant et un élément de friction solidaire de l'arbre, lesdits éléments étant mis en appui l'un sur l'autre pour être accouplés en rotation afin de transmettre un couple de rotation entre ledit organe tournant et ledit arbre. Pour des raisons d'optimisation de l'énergie du moteur du véhicule automobile qui entraîne la courroie, il est souhaitable de ne pouvoir utiliser la pompe à eau que lorsque la circulation du fluide de refroidissement est nécessaire. A cette fin, on connaît l'utilisation d'un mécanisme d'entraînement qui est débrayable au moyen d'un système électromagnétique, ledit système permettant de décoller - respectivement de mettre en appui - les éléments de friction lorsque l'entraînement en rotation de l'arbre n'est pas souhaité respectivement est souhaité -. Toutefois, les solutions proposées, notamment du fait de l'encombrement du système électromagnétique, s'avèrent complexes à intégrer dans un mécanisme d'entrainement pour pompe à eau de véhicule automobile. En outre, ces solutions nécessitent un organe mécanique de type palier lisse pour guider en rotation l'arbre dans l'alésage en permettant ses déplacements axiaux lors des phases d'embrayage / débrayage de l'entraînement en rotation dudit arbre. L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant un mécanisme dans lequel le débrayage et l'embrayage de l'entrainement en rotation de l'arbre sont réalisés de façon simple et fiable en pouvant être intégrés dans un encombrement réduit, ledit mécanisme ne nécessitant pas d'organe mécanique de guidage en rotation de l'arbre. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un mécanisme d'entraînement en rotation d'un arbre tournant au moyen d'une courroie, ledit mécanisme comprenant un palier à roulement présentant un organe tournant destiné à être entraîné en rotation par ladite courroie, un organe fixe et des corps roulants disposés entre lesdits organes pour permettre leur rotation relative, ledit organe fixe présentant un alésage dans lequel l'arbre est monté en rotation, ledit mécanisme comprenant un élément de friction solidaire de l'organe tournant et un élément de friction solidaire de l'arbre, lesdits éléments étant agencés pour assurer l'entraînement en rotation dudit arbre par ledit organe tournant, ledit mécanisme comprenant en outre un système de débrayage dudit entraînement en rotation qui comprend un dispositif de déplacement axial de l'arbre par rapport au palier dans une position débrayée dans laquelle les éléments de friction ne sont pas accouplés en rotation et un dispositif de rappel de l'arbre en position embrayée dans laquelle les éléments de friction sont accouplés en rotation, ledit dispositif de rappel comprenant au moins une piste magnétique annulaire solidaire de l'arbre et au moins une piste magnétique annulaire solidaire du palier, lesdites pistes magnétiques étant disposées axialement en regard avec une aimantation axiale de sens opposé pour induire une attraction magnétique axiale qui est suffisante pour disposer l'arbre en position embrayée et pour centrer lesdites pistes magnétiques l'une par rapport à l'autre afin d'assurer le guidage en rotation de l'arbre dans l'alésage. Selon un deuxième aspect, l'invention propose une pompe à eau de véhicule automobile comprenant une courroie motrice et un arbre équipé d'une aube, ladite pompe intégrant un tel mécanisme pour entraîner en rotation ledit arbre au moyen de ladite courroie, ladite pompe à eau comprenant en outre un dispositif d'actionnement du dispositif de déplacement pour pouvoir débrayer ledit entraînement en rotation. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une représentation en perspective coupée d'un mécanisme d'entraînement selon un mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 est une représentation en coupe longitudinale partielle du mécanisme d'entraînement selon la figure 1 dans laquelle l'arbre est en position embrayée, la figure 2a étant une vue agrandie de la zone A de la figure 2 ; - la figure 3 est une représentation en coupe longitudinale partielle du mécanisme d'entraînement selon la figure 1 dans laquelle l'arbre est en position débrayée, la figure 3a étant une vue agrandie de la zone A de la figure 3 ; - la figure 4 est une représentation analogue à la figure 3a pour un autre mode de réalisation d'un mécanisme d'entraînement selon l'invention. En relation avec les figures, on décrit ci-dessous un mécanisme d'entraînement en rotation d'un arbre 1 tournant au moyen d'une courroie. En particulier, ce mécanisme est destiné à être intégré dans une pompe à eau de véhicule automobile qui comprend une courroie motrice et un arbre 1 équipé d'une aube 2, ledit arbre étant entraîné en rotation au moyen de ladite courroie afin que l'aube 2 mette en circulation un fluide de refroidissement du moteur dudit véhicule. Le mécanisme d'entraînement comprend un palier à roulement présentant un organe tournant 3 destiné à être entraîné en rotation par la courroie, un organe fixe 4 et des corps roulants 5 disposés entre lesdits organes pour permettre leur rotation relative. Dans cette description, les termes de positionnement dans l'espace sont pris en référence à l'axe de rotation du palier. En particulier, le terme « intérieur » est relatif à une disposition proche de cet axe, le terme « extérieur » est relatif à une disposition à distance de cet axe, le terme « axial » est relatif à une disposition suivant cet axe et le terme « radial » est relatif à une disposition perpendiculaire à cet axe. Dans les modes de réalisation représentés, l'organe fixe comprend un carter 4 autour duquel est monté un roulement comprenant une bague intérieure fixe 6 emmanchée sur ledit carter et une bague extérieure tournante 3, deux rangées de billes 5 étant disposées entre lesdites bagues pour permettre la rotation de la bague tournante 3 autour de la bague fixe 6. En outre, la bague tournante 3 présente une portée extérieure cylindrique 3a autour de laquelle la courroie est reçue afin d'être entraînée en rotation par elle. Par ailleurs, le carter 4 est équipé d'un flasque 7 de montage de la pompe à eau sur le circuit de circulation du fluide, l'aube 2 étant montée sur l'arbre 1 pour pouvoir être disposée dans ledit circuit afin que sa rotation induise la circulation dudit fluide. L'arbre 1 est monté en rotation dans un alésage du carter 4 qui est formé dans un fourreau 9 équipé d'un joint 8 pour assurer l'étanchéité du montage vis-à-vis du fluide d'actionnement du piston 12. Pour assurer l'entraînement en rotation de l'arbre 1 par l'organe tournant 3, le mécanisme comprend un élément de friction 10 solidaire dudit organe tournant et un élément de friction 11 solidaire de l'arbre 1, lesdits éléments étant agencés pour, en position embrayée, être mis en appui l'un sur l'autre en étant accouplés en rotation. En particulier, les éléments de friction 10, 11 peuvent être à base d'un matériau présentant un coefficient de friction élevé, par exemple un matériau du type de ceux utilisés pour réaliser les garnitures d'embrayage, et/ou présenter un état de surface qui favorise la transmission du couple. Le mécanisme comprend en outre un système de débrayage de l'entraînement en rotation de l'arbre 1, ledit système comprenant un dispositif de déplacement axial de l'arbre 1 par rapport au palier dans une position débrayée dans laquelle les éléments de friction 10, 11 ne sont pas accouplés en rotation. En particulier, le montage de l'arbre 1 permet son coulissement dans le fourreau 9 et l'aube 2 présente un jeu suffisant avec le flasque 7 de montage pour ne pas interférer 1 0 sur ledit coulissement. Dans les modes de réalisation représentés, le dispositif de déplacement comprend un vérin dont le piston 12 est monté coulissant dans l'alésage du carter 4 pour pouvoir appuyer axialement sur l'arbre 1, ledit piston étant déplacé 15 entre une position inactive à distance axiale de l'arbre 1 et une position d'appui sur ledit arbre en déplaçant ledit arbre sur une course suffisante pour débrayer son entraînement en rotation par l'organe tournant 3. Pour ce faire, le piston 12 peut être déplacé par application d'une pression de 20 fluide sur lui, la pompe à eau comprenant alors un dispositif d'actionnement du dispositif de déplacement qui comprend des moyens de mise en pression dudit fluide. En variante non représentée, le dispositif de déplacement peut comprendre une 25 structure, par exemple un empilement de couches à base d'un matériau piézoélectrique ou d'un matériau à mémoire de forme, qui est agencée pour, par actionnement électrique, passer d'une dimension axiale inactive à une dimension axiale d'appui sur l'arbre 1 pour le disposer en position débrayée. Selon une autre variante, le dispositif de déplacement peut comprendre des 30 moyens de soufflage d'air sur l'arbre 1 afin de le disposer en position débrayée. Le piston 12 représenté est monté coulissant entre l'alésage du carter 4 et le fourreau 9. Il présente une géométrie annulaire entre une extrémité proximale qui est en communication avec un port d'alimentation 13 en fluide sous pression qui est formé dans le carter 4 et une extrémité distale 12a d'appui sur une portée radiale 14 formée sur un flasque 15 de l'arbre 1. L'extrémité distale 12a et la portée radiale 14 sont agencées pour résister aux frottements induits par la rotation du flasque 15 lorsque ladite extrémité distale prend appui sur ladite portée. En particulier, l'extrémité distale 12a et/ou la portée radiale 14 peut être équipée d'un élément de friction. La réalisation représentée permet d'arrêter la rotation de l'arbre 1 lorsqu'il est en position débrayée. On peut également prévoir que la pression de l'extrémité distale 12a sur la portée radiale 14 soit réglable afin de conférer un effort de freinage sur la rotation de l'arbre 1, ledit effort induisant un désaccouplement partiel par glissement relatif des éléments de friction 10, 11. Ainsi, la commande de l'effort de freinage permet au mécanisme d'entraîner l'arbre 1 avec une vitesse de rotation qui est variable. Le piston 12 est équipé d'un joint annulaire 16 disposé autour de son extrémité distale 12a, ledit joint assurant l'étanchéité. Le dispositif de déplacement est de type simple effet, c'est-à-dire qu'il ne permet pas à lui seul le retour de l'arbre 1 en position embrayée, le mécanisme comprenant un dispositif distinct de rappel de l'arbre 1 en position embrayée dans laquelle les éléments de friction 10, 11 sont accouplés en rotation. Le dispositif de rappel comprend au moins une piste magnétique annulaire 17 solidaire de l'arbre 1 et au moins une piste magnétique annulaire 18 solidaire du palier, lesdites pistes magnétiques étant disposées axialement en regard avec une aimantation axiale de sens opposé pour induire une attraction magnétique axiale qui est suffisante pour disposer l'arbre 1 en position embrayée. 2 983 93 1 7 Ainsi, la combinaison d'un dispositif de déplacement simple effet et d'un dispositif de rappel magnétique est particulièrement simple et fiable à mettre en oeuvre, et ce en pouvant être intégrée dans un encombrement réduit notamment en ce que le dispositif de rappel ne nécessite aucun moyen de 5 commande. En outre, les pistes magnétiques annulaires 17, 18 sont agencées pour être centrées l'une par rapport à l'autre afin d'assurer le guidage en rotation de l'arbre 1 dans le fourreau 9. Ainsi, le mécanisme ne nécessite pas d'organe 10 mécanique de guidage en rotation de l'arbre 1, ce qui est particulièrement avantageux relativement aux déplacements axiaux dudit arbre lors des phases d'embrayage / débrayage de son entraînement en rotation. Cette réalisation présente également l'avantage de pouvoir bénéficier d'une force magnétique axiale importante sans induire de composante magnétique susceptible 15 d'entraîner en rotation l'arbre 1 en position débrayée. Dans les modes de réalisation représentés, le centrage et la répulsion magnétique sont améliorés en prévoyant que le dispositif de rappel comprenne deux pistes magnétiques annulaires 17a, 17b solidaires de l'arbre 1 et deux 20 pistes magnétiques annulaires 18a, 18b solidaires du palier, lesdites pistes magnétiques étant disposées axialement en regard deux à deux avec une aimantation axiale de sens opposé, les pistes magnétiques 17a, 17b, 18a, 18b solidaires de l'arbre 1 - respectivement du palier - étant concentriques et à polarité inversée. 25 En particulier, un bouclage magnétique entre les pistes magnétiques 17, 18 peut être utilisé. Pour ce faire, les pistes magnétiques 17a, 17b, 18a, 18b solidaires de l'arbre 1 - respectivement du palier - sont reliées par une jonction magnétique 19 qui est disposée à l'opposé des pistes magnétiques 18a, 18b, 30 17a, 17b, solidaires du palier - respectivement de l'arbre 1-. Sur les figures 1 à 3, chaque jonction magnétique est formée par un anneau radial 19, par exemple réalisé en acier doux, qui est en contact de part et d'autre avec une polarité inversée de chacune des pistes magnétiques 17a, 17b, 18a, 18b. Par ailleurs, le bouclage des pistes magnétiques 17a, 17b, 18a, 18b est amélioré en prévoyant de les former dans une cage 20 réalisée en matériau amagnétique, lesdites pistes étant séparées par une couronne 21 également réalisée en matériau amagnétique. Selon les modes de réalisation représentés, au moins une piste magnétique 17, 18 est formée par un aimant permanent 22 à aimantation axiale, par exemple réalisé à base de terre rare ou de ferrite, ledit aimant présentant une géométrie annulaire. Pour réaliser au moins une autre piste magnétique 18, 17 disposée axialement en regard, la figure 4 prévoit une structure de bouclage 23a, 23b du champ magnétique axial de l'aimant 22, ladite structure présentant une géométrie annulaire. Plus précisément, le dispositif de rappel représenté sur la figure 4 comprend un seul aimant 22 et une structure de bouclage 23a, 23b présentant : - un premier élément 23a solidaire de l'arbre 1 qui comprend un anneau radial en contact avec un pôle de l'aimant 22 et un anneau axial sur l'extrémité libre duquel est formé une piste magnétique 17b ; et - un deuxième élément 23b solidaire du palier qui présente deux anneaux axiaux sur l'extrémité libre de chacun une piste magnétique 18a, 18b est formée, lesdits anneaux étant reliés par un anneau radial. En relation avec les figures 1 à 3, l'autre piste 18, 17 disposée axialement en regard de l'aimant 22 est également formé par un aimant permanent 22 à aimantation axiale, les aimants 22 présentant une géométrie annulaire identique. Plus précisément, quatre aimants 22 sont utilisés pour réaliser respectivement une piste magnétique 17a, 17b, 18a, 18b. Dans les modes de réalisation représentés, les pistes magnétiques 17a, 17b, 18a, 18b sont solidaires respectivement de l'organe fixe 4 et du flasque 15. En particulier, la bague fixe 6 peut présenter une extension dans laquelle une cage 20 est montée, le flasque 15 présentant une cavité dans laquelle l'autre cage 20 est montée en regard axial. La bague tournante 3 présente une extension 3b sur une portée radiale de laquelle l'élément de friction 10 est disposé, l'autre élément de friction 11 étant disposé sur une portée radiale du flasque 15 qui est disposée en regard axial. En particulier, les pistes magnétiques 17, 18 sont décalées axialement par rapport aux éléments de friction 10, 11 pour ne pas être en contact frottant lorsque l'arbre 1 est en position embrayée. Les éléments de friction 10, 11 sont formés sur les portées radiales, par exemple en prévoyant le dépôt d'un matériau de friction sur lesdites portées et/ou en optimisant leurs propriétés de surface, par exemple leur rugosité et/ou leur dureté, pour conférer l'embrayage attendu lors de leur mise en appui. REVENDICATIONS1. Mécanisme d'entraînement en rotation d'un arbre tournant (1) au moyen d'une courroie, ledit mécanisme comprenant un palier à roulement présentant un organe tournant (3) destiné à être entraîné en rotation par ladite courroie, un organe fixe (4) et des corps roulants (5) disposés entre lesdits organes pour permettre leur rotation relative, ledit organe fixe présentant un alésage dans lequel l'arbre (1) est monté en rotation, ledit mécanisme comprenant un élément de friction (10) solidaire de l'organe tournant (3) et un élément de friction (11) solidaire de l'arbre (1), lesdits éléments étant agencés pour assurer l'entraînement en rotation dudit arbre par ledit organe tournant, ledit mécanisme étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système de débrayage dudit entraînement en rotation qui comprend un dispositif de déplacement axial de l'arbre (1) par rapport au palier dans une position débrayée dans laquelle les éléments de friction (10, 11) ne sont pas accouplés en rotation et un dispositif de rappel de l'arbre (1) en position embrayée dans laquelle les éléments de friction (10, 11) sont accouplés en rotation, ledit dispositif de rappel comprenant au moins une piste magnétique annulaire (17) solidaire de l'arbre (1) et au moins une piste magnétique annulaire (18) solidaire du palier, lesdites pistes magnétiques étant disposées axialement en regard avec une aimantation axiale de sens opposé pour induire une attraction magnétique axiale qui est suffisante pour disposer l'arbre (1) en position embrayée et pour centrer lesdites pistes magnétiques l'une par rapport à l'autre afin d'assurer le guidage en rotation de l'arbre (1) dans l'alésage. 2. Mécanisme d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une piste magnétique (17, 18) est formée par un aimant permanent (22) à aimantation axiale, ledit aimant présentant une géométrie annulaire. 3. Mécanisme d'entraînement selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une autre piste magnétique (18, 17) disposée axialement en regard est formée par une structure de bouclage (23a, 23b) du champmagnétique axial de l'aimant (22), ladite structure présentant une géométrie annulaire. 4. Mécanisme d'entraînement selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'autre piste magnétique (18, 17) disposée axialement en regard est formée par un aimant permanent (22) à aimantation axiale, ledit aimant présentant une géométrie annulaire. 5. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de rappel comprend deux pistes magnétiques annulaires (17a, 17b) solidaires de l'arbre (1) et deux pistes magnétiques annulaires (18a, 18b) solidaires du palier, lesdites pistes magnétiques étant disposées axialement en regard deux à deux avec une aimantation axiale de sens opposé, lesdites pistes magnétiques (17a, 17b, 18a, 18b) solidaires de l'arbre (1) - respectivement du palier - étant concentriques et à polarité inversée. 6. Mécanisme d'entraînement selon la revendication 5, caractérisé en ce que les pistes magnétiques (17a, 17b, 18a, 18b) solidaires de l'arbre (1) - respectivement du palier - sont reliées par une jonction magnétique (19) qui est disposée à l'opposé des pistes magnétiques (18a, 18b, 17a, 17b) solidaires du palier - respectivement de l'arbre (1)-. 7. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'au moins une piste magnétique (17, 18) est solidaire de l'organe fixe (4). 8. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les pistes magnétiques (17, 18) sont décalées axialement par rapport aux éléments de friction (10, 11) pour ne pas être en contact frottant lorsque l'arbre (1) est en position embrayée. 9. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement axial de l'arbre (1) comprend un piston (12) qui monté coulissant dans l'alésage de l'organe fixe (4) pour pouvoir appuyer sur l'arbre (1). 10. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'organe fixe comprend un carter (4) autour duquel est monté un roulement comprenant une bague fixe (6) solidaire dudit carter et une bague tournante (3), ladite bague tournante présentant une portée extérieure (3a) qui est agencée pour recevoir la courroie. 11. Pompe à eau de véhicule automobile comprenant une courroie motrice et un arbre (1) équipé d'une aube (2), ladite pompe intégrant un mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 pour entraîner en rotation ledit arbre au moyen de ladite courroie, ladite pompe à eau comprenant en outre un dispositif d'actionnement du dispositif de déplacement pour pouvoir débrayer ledit entraînement en rotation.