Brevet FR2980928A1 — publié le 20130405

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un moteur électrique comportant un arbre de rotor et au moins un palier lisse, l'arbre de rotor étant monté dans le palier lisse ayant une coupelle de palier en un matériau fritté chargé en lubrifiant. L'invention se rapporte également à un procédé de ges- tion d'un tel moteur ainsi que d'un montage de moteurs composé d'un moteur thermique et d'un moteur électrique. Etat de la technique On connaît des moteurs électriques du type défini ci- dessus utilisés par exemple dans les véhicules automobiles. Dans un tel moteur, le palier lisse comporte un lubrifiant pour réduire le frottement entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier (coussinet). Le lubrifiant est par exemple un lubrifiant liquide. Les paliers lisses fonctionnent avan- ts tageusement en mode hydrodynamique, c'est-à-dire que pour les vi- tesses de rotation de l'arbre de rotor pour lesquelles le lubrifiant exerce exclusivement un frottement liquide entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier, de sorte que les forces de frottement sont très faibles. Lorsque cela n'est pas le cas, c'est-à-dire par exemple lorsque le moteur élec- 20 trique tourne à des vitesses réduites, on aura des forces de frottement plus importantes engendrées par le frottement solide et/ou un frottement mixte dans le palier. Si le palier fonctionne de manière prolongée avec de telles forces de frottement, il peut en résulter des dommages par usure et des défauts de fonctionnement par suite d'une durée de vie ré- 25 duite du moteur électrique. En outre, les conditions de l'environnement, notamment celles de la température auxquelles fonctionnent les moteurs électriques, se traduisent également par des effets d'usure plus importants et par conséquent une réduction de la durée de vie du moteur électrique. 30 Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients et concerne à cet effet un moteur électrique du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que le lubrifiant comporte au moins un composant de lubrifiant solide chargeant la matière frittée. Le moteur électrique selon l'invention a l'avantage de fonctionner avec une faible usure dans une plage de conditions d'environnement très étendue, du fait que le lubrifiant a au moins un composant de lubrifiant solide dans le matériau fritté. Ce composant de lubrifiant solide constitue au moins par endroits une couche de sépara- tion entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier réduisant ainsi au minimum notamment les forces de frottement entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier à des vitesses de rotation faibles de l'arbre de rotor, inférieures à 0,7 m/s, par rapport à la périphérie de l'arbre de rotor ; de telles situations se présentent par exemple au démarrage du moteur électrique. Ainsi, on réduit l'usure du palier et on augmente de façon correspondante la durée de vie et la stabilité à long terme, à l'opposé des moteurs électriques connus ayant des paliers à lubrifiant fluide. La couche de séparation réduit également le risque de soudure à froid dans le cas d'un mouvement oscillant de rotation et/ou axial de l'arbre de rotor et du jeu radial entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier, notamment pendant l'arrêt du moteur électrique, sous l'effet des vibrations. De telles vibrations auxquelles le moteur électrique est exposé, sont par exemple générées par le moteur thermique équipant le véhicule auquel est associé le moteur électrique. Une température dans une plage des températures allant à environ de -40°C jusqu'à environ 180°C mais également à des températures plus élevées, le composant lubrifiant solide dans le lubrifiant du moteur électrique permet d'assurer le bon fonctionnement. Les tempé- ratures basses peuvent exister par exemple avant ou pendant le démarrage du moteur thermique à cause des températures extérieures, alors que les températures élevées sont celles engendrées par le fonctionnement du moteur thermique. En outre, l'utilisation des composants lu- brifiants solides représente une économie car il n'est plus nécessaire d'utiliser un palier lisse connu, à lubrification liquide et de plus des lubrifiants spéciaux, coûteux, qui permettent au palier lisse de fonctionner dans toute la plage des températures, notamment également aux températures très basses d'environ -40°C pour garantir la fiabilité du fonctionnement du moteur électrique. Le lubrifiant est de préférence le seul lubrifiant dans le palier lisse. Selon un développement avantageux de l'invention, le lu- brifiant comporte en plus au moins un composant de lubrifiant liquide. Le composant de lubrifiant liquide est un lubrifiant liquide ou très peu liquide, comme par exemple de l'huile de graissage ou une graisse. Il permet également de réduire les forces de frottement entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier. En particulier, l'utilisation d'huile de graissage permet au palier lisse de fonctionner comme palier lisse hy- drodynamique aux vitesses de rotation suffisamment élevées de l'arbre de rotor avec alors seulement un frottement liquide entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier. De façon avantageuse, le lubrifiant comporte exclusive- ment le composant de lubrifiant solide. Un composant de lubrifiant li- guide n'est pas prévu dans ces conditions ce qui permet de réduire significativement les coûts de fabrication du palier lisse car il n'est pas nécessaire alors d'utiliser des composants spéciaux, coûteux. Aux basses températures, la viscosité du composant liquide augmente et augmente ainsi les forces de frottement. De façon avantageuse, il n'y a pas cet effet dans le cas d'un lubrifiant sans composant liquide, ce qui diminue l'usure du moteur électrique. En outre, on ne risque plus la sortie de résidus chimiques et/ou de produits de réaction des composants de lubrifiant liquides, notamment de l'huile de graissage. De tels résidus chimiques et/ou produits de réaction peuvent par exemple se déposer sur le collecteur du moteur électrique créant des incidents de fonctionnement ou une plus forte usure. Si l'on a en revanche uniquement un composant de lubrifiant solide, on n'aura pas ces inconvénients de production. De plus, le composant de lubrifiant liquide subit plus fortement le vieillissement que les composants de lubrifiant so- lides, de sorte que l'utilisation exclusive de composants de lubrifiant solides résout le problème du vieillissement du lubrifiant qui en soit réduit la durée de vie du moteur électrique ; ce problème est moins important ou est négligeable dans le cas de l'invention. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le com- posant de lubrifiant solide est du graphite et/ou du disulfure de molyb- dène ou est formé de tels composants. Le graphite et/ou le disulfure de molybdène se présentent de manière préférentielle sous forme de particules intégrées dans la matière frittée, poreuse, de la coupelle de palier. Selon un développement, la coupelle de palier est en bronze fritté. Il s'agit d'une matière dure, résistant à la corrosion et uti- lisable dans une plage de température très étendue, notamment entre environ -40°C et environ 180°C et qui assure de bonnes caractéristiques de fonctionnement au palier lisse. Cette matière convient notamment pour les conditions de fonctionnement du moteur électrique. De plus, cette matière diminue la tendance au grippage du palier lisse. Le grip- page signifie l'usure locale répétée et l'arrachage de la coupelle de palier et de l'arbre de rotor, notamment à des vibrations à l'arrêt du moteur électrique ou aux faibles vitesses de rotation du rotor ; cela se traduit par une usure gênante du palier lisse. De plus, le bronze fritté assure un bon amortissement lorsque le palier lisse est exposé à des con- traintes de vibration. L'invention a également pour objet un procédé de gestion d'un moteur électrique. L'arbre de rotor du moteur électrique effectue un mouvement de rotation oscillant. Le moteur électrique correspond à la description ci-dessus. Le mouvement de rotation de l'arbre de rotor se fait de préférence suivant un angle de rotation maximum de 90° ou de 180° ce qui se traduit par des chemins de glissement dans chaque direction qui sont notamment inférieurs à 6 mm. Pour un tel mode de fonctionnement du moteur électrique, les vitesses de rotation sont faibles, notamment inférieures à 0,7 m/s, vitesses auxquelles on a ha- bituellement un frottement mixte entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier. Du fait des composants de lubrifiant solides dans le palier lisse, celui-ci et le moteur électrique ne sont exposés qu'à une faible usure. L'invention a également pour objet un montage de mo- teurs composé d'un moteur thermique et d'un moteur électrique monté sur le moteur thermique et couplé à celui-ci dans le sens de la conduction thermique, comportant un arbre de rotor ayant au moins un palier lisse avec une coupelle de palier en matière frittée contenant un lubrifiant, dont au moins l'un des composants est un lubrifiant solide dans le matériau fritté. Le moteur électrique est réalisé comme indiqué ci-dessus et le moteur thermique est de préférence celui d'un véhicule automobile. Le moteur thermique et le moteur électrique fixés l'un à l'autre sont logés dans l'enceinte du moteur. Ce montage réalise un couplage thermique entre le mo- teur thermique et le moteur électrique qui peut ainsi être exposé à la fois aux températures ambiantes de l'environnement du moteur qui peuvent descendre jusqu'à -40°C ainsi qu'aux températures élevées générées par le fonctionnement du moteur et qui peuvent aller jusqu'à 180°C. L'utilisation de composants solides dans le lubrifiant du palier lisse, garantit un fonctionnement fiable et à faible usure du moteur électrique quelle que soit la température dans la plage des températures allant de l'ordre de -40°C jusqu'à environ 180°C. Ce montage du moteur électrique sur le moteur thermique fait que le moteur électrique est ex- posé aux secousses et aux vibrations du moteur thermique pendant son fonctionnement. On évite toutefois le risque de soudage à froid entre l'arbre de rotor et la coupelle de palier sous l'effet des mouvements, même à l'arrêt du moteur électrique grâce au choix du composant de lubrifiant solide. Le palier lisse est réalisé de préférence sur le moteur électrique directement ou en variante sur un composant associé au mo- teur thermique. Selon un développement, l'arbre de rotor du moteur élec- trique est relié solidairement en rotation à un volet d'étranglement. Le volet d'étranglement est de préférence réalisé en une seule pièce à l'ex- trémité de l'arbre de rotor ou est fixé à celui-ci ou encore est fixé entre les extrémités de l'arbre de rotor. Le mouvement de rotation oscillant de l'arbre de rotor, permet de fermer ou de libérer un canal équipé du volet d'étranglement. Lorsque le canal est libéré, un milieu et notamment de l'air pourra traverser l'ouverture et/ou le canal. Lorsque le canal est fermé, le milieu ne pourra pas passer. Suivant un autre développement, le volet d'étranglement est installé dans la conduite d'aspiration ou d'admission du moteur thermique et ce canal sera fermé par le volet d'étranglement pour une première position angulaire de l'arbre de rotor, alors qu'il sera au moins en partie libéré pour une seconde position angulaire de l'arbre de rotor. La conduite d'aspiration assure l'alimentation en air de la chambre de combustion du moteur thermique, le volet d'étranglement commandant et/ou régulant le débit d'air. Dans la première position angulaire de l'arbre de rotor, le volet d'étranglement ferme complètement la conduite d'aspiration, ce qui réduit le passage de l'air en direction de la chambre de combustion. Dans la seconde position angulaire de l'arbre de rotor, la conduite d'aspiration est au moins en partie et notamment complètement libérée pour le passage de l'air par le volet d'étranglement et l'air aspiré peut ainsi arriver librement dans la chambre de combustion. Dessin La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de moteur électrique représenté dans l'unique figure annexée qui est une représentation schématique d'un montage de moteurs composé d'un moteur à combustion interne et d'un moteur électrique. Description d'un mode de réalisation de l'invention La figure montre une vue en coupe d'un montage de mo- teurs 1 composé d'un moteur à combustion interne (ou moteur thermique) 2 et d'un moteur électrique 3. De façon préférentielle, le moteur à combustion interne 2 et le moteur électrique 3 sont logés dans l'en- ceinte de moteur 4 d'un véhicule automobile non représenté. Le moteur électrique 3 est un composant 5 installé sur le moteur à combustion interne 2 en étant notamment bridé par son boîtier 6 à une pièce 7 du moteur à combustion interne 2, par exemple au corps 8 du moteur à combustion interne. Le moteur électrique 3 a un arbre de rotor 9 relié solidairement en rotation à un rotor 10 ainsi qu'un stator 11 et un collecteur 12. Le rotor 10, le stator 11 et le collecteur 12 sont logés dans le boîtier 6 du moteur électrique 3. L'arbre de rotor 9 est monté par son extrémité 13 dans un palier lisse 14 du boîtier 6, réalisé en particulier dans le panneau de palier 15 du boîtier 6. L'autre extrémité 16 de l'arbre de rotor 9 dépasse du boîtier 6 du moteur électrique 3 et est reliée de façon à coopérer avec le volet d'étranglement 17 à section de forme circulaire. L'ouverture 18 du boîtier 6 traversé par l'arbre de rotor 9 comporte un autre palier lisse 19 recevant l'arbre de rotor 9. Les paliers 14 et 19 ont chacun un coussinet 20 en un matériau fritté. Les paliers 14 et 19, sont des paliers lisses frittés ou des coussinets frittés. Les paliers lisses 14 et 19 sont chargés d'un lubrifiant qui comporte au moins un composant de lubrifiant solide intégré dans les coussinets 20. De façon préférentielle, le coussinet 20 est en bronze fritté et le composant lubrifiant solide est du graphite et/ou du disulfure de molybdène (MoS2). Le ou les composants solides sont les uniques composants du lubrifiant. A côté du lubrifiant, les coussinets ou paliers lisses 14, 19 ne contiennent aucun autre lubrifiant. Le volet d'étranglement 17 réalisé sur l'arbre de rotor 9 ou fixé à celui-ci est installé dans la tubulure d'aspiration 21 du moteur à combustion interne 2 traversée par l'air aspiré vers la chambre de combustion non représentée du moteur à combustion interne 2. La conduite d'aspiration 21 de section circulaire de même que le volet d'étranglement 17 s'ouvrent ou se bloquent par le volet d'étranglement 17. Le montage de moteurs 1 fonctionne comme suit : Pendant le fonctionnement du moteur à combustion in- terne 2, l'air d'alimentation arrive dans la chambre de combustion du moteur 2 suivant que le passage est libéré ou coupé par le volet d'étranglement 17 commandé par le moteur électrique 3. En cas de coupure, le volet d'étranglement 17 ferme complètement la conduite d'aspiration 21 pour la première position angulaire de l'arbre de rotor 9 comme cela est représenté à la figure 1. Dans la seconde position angu- laire de l'arbre de rotor 9 non représentée à la figure 1, la conduite d'aspiration 21 est au moins en partie libérée de sorte que l'air aspiré peut passer par la conduite d'aspiration 21 et arriver jusqu'à la chambre de combustion. La position angulaire de l'arbre de rotor 9 pour laquelle la conduite d'admission ou conduite d'aspiration 21 est prati- quement complètement libérée, est tournée d'un angle de rotation de 90° par rapport à la première position angulaire de sorte que l'arbre de rotor 9 effectue pendant le fonctionnement du moteur à combustion interne 2 un mouvement de rotation oscillant d'un angle de rotation ou de pivotement qui est au maximum égal à 90°. Malgré les fortes sollicitations des paliers 14 et 19 à cause de la plage de température importante ainsi que des contraintes mécaniques telles que les vibrations et les mouvements de secousses générées par le moteur à combustion interne 2, les paliers lisses 14, 19 ainsi exposés et ainsi le moteur électrique 3 ont une durée de vie impor- tante car le graissage des paliers 14 et 19 se fait avec du lubrifiant uniquement sous la forme d'un composant de lubrifiant solide. De façon correspondante, il n'est pas prévu de composant de lubrifiant liquide dont l'utilisation génère les problèmes évoqués ci-dessus. 15 NOMENCLATURE 1 Montage de moteurs 2 Moteur à combustion interne/moteur thermique 3 Moteur électrique 4 Enceinte de moteur 5 Composant 6 Boîtier du moteur électrique 3 7 Composant/pièce du moteur thermique 2 8 Boîtier 9 Arbre de rotor 10 Rotor 11 Stator 12 Collecteur/commutateur 13 Extrémité de l'arbre de rotor 14 Palier lisse 15 Panneau de palier du boîtier 6 16 Extrémité de l'arbre de rotor 9 17 Volet d'étranglement 18 Ouverture du boîtier 6 19 Palier lisse 20 Coupelle de palier/coussinet 21 Conduite d'aspiration25 REVENDICATIONS1°) Moteur électrique (3) comportant un arbre de rotor (9) et au moins un palier lisse (14, 19), l'arbre de rotor (9) étant monté dans le palier lisse (14, 19) ayant une coupelle de palier (20) en un matériau fritté contenant un lubrifiant, moteur caractérisé en ce que le lubrifiant comporte au moins un composant de lubrifiant solide dans la matière frittée. 2°) Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lubrifiant a en plus au moins un composant de lubrifiant liquide. 3°) Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lubrifiant comporte exclusivement un composant solide. 4°) Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le composant lubrifiant solide est du graphite ou du disulfure de mo- lybdène. 5°) Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la coupelle de palier (20) est en bronze fritté. 6°) Procédé de gestion d'un moteur électrique (3) selon l'une ou plusieurs des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'arbre de rotor (9) du moteur électrique (3) effectue un mouvement de rotation oscillant. 7°) Montage de moteurs (1) composé d'un moteur thermique (2) et d'un moteur électrique (3) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce quele moteur électrique (3) est monté sur le moteur thermique (2) et couplé à celui-ci dans le sens de la conduction thermique et comporte un arbre de rotor (9) ayant au moins un palier lisse (14, 19) avec une coupelle de palier (20) en matière frittée contenant un lubrifiant, dont au moins fun des composants de lubrifiant solides est dans le matériau fritté. 8°) Montage de moteurs selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'arbre de rotor (9) du moteur électrique (3) est relié solidairement en rotation à un volet d'étranglement (17). 9°) Montage de moteurs selon la revendication 8, caractérisé en ce que le volet d'étranglement est installé dans la conduite d'aspiration (21) du moteur thermique (2) et cette conduite est fermée par le volet d'étran- glement (17) s'il occupe une première position angulaire de l'arbre de rotor (9), et la conduite est au moins en partie libérée si l'arbre de rotor (9) occupe une seconde position angulaire.20