Brevet FR3034477A1 — publié le 20161007

Dispositif d'accouplement d'arbres et ensemble comprenant un moteur électrique et une boîte de vitesses accouplés au moyen d'un tel dispositif L'invention concerne, de manière générale, les systèmes d'accouplement d'arbres et, plus particulièrement, l'accouplement d'un arbre moteur et d'un arbre mené. Dans des applications particulièrement intéressantes mais non limitatives, l'invention concerne l'accouplement de l'arbre de sortie d'un moteur électrique de véhicule automobile et de l'arbre d'une boîte de vitesses couplé au moteur électrique. Il peut avantageusement s'agir de coupler l'arbre de sortie d'un moteur électrique à l'arbre d'une boîte de vitesses pour un véhicule automobile électrique ou hybride. Comme on le sait, ce type de véhicule nécessite l'usage d'un moteur électrique dont la vitesse de rotation est particulièrement élevée et peut atteindre 18 000 tours/minute. Au montage, les arbres respectifs du moteur et de la boîte de vitesses doivent être axialement centrés avec une grande précision. En particulier, lorsque le couple moteur est transmis entre l'arbre moteur et l'arbre de la boîte au moyen de cannelures, la précision du centrage axial des arbres doit être inférieure au jeu présent entre les cannelures. Par ailleurs, au problème de centrage axial des arbres s'ajoute le problème de l'encombrement de l'accouplement des arbres, qui doit être aussi réduit que possible. Le moteur électrique et la boîte de vitesses comportent des carters respectifs qui sont fixés l'un à l'autre. Il a été proposé, dans l'état de la technique, d'assurer le centrage axial des arbres en procédant au centrage des carters au moyen de douilles de positionnement. 3034477 2 On pourra se référer aux figures 1 et 2 qui illustrent l'assemblage d'un moteur électrique ME et d'une boîte de vitesses BV. Comme indiqué précédemment, le moteur électrique et la boîte de vitesses sont chacun dotés d'un carter C et C' dans lesquels sont 5 respectivement montés l'arbre moteur 1 du moteur électrique ME et l'arbre 2 de la boîte de vitesses BV par l'intermédiaire de paliers tels que 3. Le couple délivré par le moteur est transmis à l'arbre 2 en prévoyant des cannelures d'extrémité qui engrènent les unes avec les 10 autres. Pour assurer le centrage axial des arbres, on procède au centrage des carters au moyen de douilles 4 dans lesquelles s'insèrent les vis de fixation des carters. Il a été constaté que le positionnement des arbres nécessite 15 l'alignement de huit pièces engendrant finalement 18 sources de dispersion de fabrication. Lorsque ces dispersions atteignent le jeu maximal admissible entre les dents des cannelures, des problèmes d'assemblage peuvent se poser, pouvant dans le pire des cas rendre impossible l'assemblage ou 20 engendrer des contraintes sur les arbres, altérant de la sorte la fiabilité et la durabilité de l'assemblage et de l'ensemble moteur électrique-boîte de vitesses. Il existe par ailleurs, dans l'état de la technique, diverses solutions permettant d'assurer l'accouplement de deux arbres tout en 25 permettant leur centrage. On pourra à cet égard se référer aux documents JP 2014 222 069 ; CN 2039 62 715 ; CN 2039 48 497 ; CN 1041 54 133 ; CN 2039 39 880 ; JP 2014 199 140 ; CN 1036 97 073 et CN 2036 275 60. 30 Mais aucune des solutions antérieures n'assure un centrage efficace et avec un encombrement réduit de lignes d'arbres réalisant la transmission d'un couple moteur au moyen de cannelures. 3034477 3 Au vu de ce qui précède, l'invention a pour but de permettre le centrage axial d'arbres accouplés au moyen de cannelures et ce dans un encombrement axial aussi réduit que possible. L'invention a ainsi pour objet un dispositif d'accouplement 5 d'un premier arbre et d'un deuxième arbre comprenant des cannelures pratiquées aux extrémités des arbres pour la transmission d'un couple moteur entre les arbres et des moyens de centrage desdits arbres. Les moyens de centrage comprennent une tige axiale montée dans l'axe de rotation des premier et deuxième arbres et dont les deux 10 extrémités mutuellement opposées sont insérées dans des alésages pratiqués dans les deux arbres. Dans un mode de réalisation, la tige comporte intérieurement un passage d'huile s'étendant entre deux zones d'extrémité des arbres diamétralement opposées. 15 Le passage d'huile peut s'étendre perpendiculairement à l'axe de rotation des arbres. Le passage peut encore avoir une forme de V et comporter deux parties s'étendant obliquement dans la tige. Dans un mode de réalisation, la tige est montée avec un jeu 20 serré sur l'un des arbres et avec un jeu glissant sur l'autre arbre. L'invention a également pour objet un ensemble comprenant un moteur électrique et une boîte de vitesses de véhicule automobile comprenant un dispositif d'accouplement tel que défini ci-dessus pour l'accouplement d'un arbre moteur du moteur électrique et de l'arbre 25 mené de la boîte de vitesses. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, faite uniquement à titre d'exemple non limitatif et en référence aux dessins annexés sur lesquels : 30 - les figures 1 et 2 dont il a déjà été fait mention illustrent l'assemblage d'un moteur électrique et d'une boîte de vitesses et l'accouplement des arbres respectifs selon l'état de la technique ; 3034477 4 - la figure 3 est une vue en perspective d'un moteur électrique et d'une boîte de vitesses ; - la figure 4 est une vue en coupe partielle de l'ensemble de la figure 3, montrant le centrage de l'arbre du moteur et de la 5 boîte de vitesses au moyen d'un dispositif d'accouplement conforme à l'invention, - les figures 5 et 6 sont des vues de détail en coupe de deux modes de réalisation particuliers d'un dispositif d'accouplement conforme à l'invention, et la figure 7 10 illustre les avantages liés à l'utilisation d'un dispositif selon l'invention. On se réfèrera tout d'abord aux figures 3 et 4 qui illustrent respectivement en perspective et en coupe d'un ensemble constitué d'un moteur électrique ME et d'une boîte de vitesses BV associé ici à 15 un démarreur-génératrice hybride HSG pour véhicule automobile hybride. Sur la figure 4, on reconnaît le carter C du moteur électrique et le carter C' de la boîte de vitesses qui sont fixés l'un à l'autre au moyen d'un ensemble de boulons, tels que 5 et les arbres 6 et 7 du 20 moteur et de la boîte de vitesses, respectivement, supportés par des paliers, tels que 8. Comme indiqué précédemment, les arbres 6 et 7 sont dotés de cannelures d'extrémité qui engrènent les unes avec les autres pour transférer le couple délivré par le moteur électrique ME à l'arbre 7 de 25 la boîte de vitesses. Le centrage des arbres 6 et 7 s'effectue ici dans les arbres et non dans le carter en utilisant une tige 9 disposée axialement suivant l'axe de rotation des arbres, et placée dans les extrémités en regard des arbres. 30 Cette tige 9 s'insère par une première extrémité dans un alésage 10 pratiqué dans l'arbre 6 du moteur électrique ME tandis que l'extrémité opposée de la tige s'insère dans un alésage 11 pratiqué dans l'extrémité en regard 11 de l'arbre 7 de la boîte de vitesses. 3034477 5 Le centrage s'effectue ainsi uniquement grâce à la tige 9 qui assure le positionnement axial des deux arbres 6 et 7, les moyens de fixation assurant la fixation des carters C et C' et les cannelures des arbres 6 et 7 n'assurant aucune fonction de centrage des arbres. 5 En se référant aux figures 5 et 6, qui illustrent deux modes de réalisation particuliers d'un dispositif d'accouplement d'arbres conforme à l'invention, on pourra avantageusement prévoir dans la tige 9 un passage 12 permettant à de l'huile de circuler entre deux zones diamétralement opposées de la tige 9. 10 Dans le mode de réalisation de la figure 5, le passage d'huile est rectiligne et s'étend selon un diamètre de la section de la tige 9. Dans le mode de réalisation de la figure 6, ce passage 12 a une forme globalement en V et comporte deux parties 12a et 12b qui débouchent radialement vers l'extérieur de la tige en s'étendant 15 obliquement par exemple selon un angle d'environ 30° par rapport à une perpendiculaire à l'axe de la tige. Ces trous de passage d'huile permettent l'amélioration de la lubrification de la cannelure. En effet, en fonctionnement, l'huile est délivrée par un gicleur 20 à une pression P2. Grâce à la force d'inertie, l'huile est projetée à l'interface entre les cannelures. Si le moteur s'arrête, l'huile tombe par gravité et circule à travers le passage 12 pour se répartir dans les dents des cannelures. 25 On notera que, à l'arrêt, l'huile recouvre la surface périphérique du passage, qui est plus importante en ce qui concerne le mode de réalisation de la figure 6 dans lequel le passage a une forme de V. Ce mode de réalisation permet d'orienter les gouttes d'huile dans les dents des cannelures. 30 Par ailleurs, en rotation, l'huile présente dans le passage 12 à une pression P1 permet de créer une contrepression de part et d'autre de cannelures et de confiner l'huile dans ces dernières. 3034477 6 On notera que dans les divers modes de réalisation envisagés, l'extrémité de la tige 12 s'insère dans l'alésage 10 de l'arbre 6 avec un jeu serré. Elle est ainsi frettée sur l'arbre 6. Par contre, l'extrémité opposée de la tige 9 est insérée dans 5 l'alésage complémentaire de l'arbre 7 avec un jeu glissant. Comme on le conçoit, l'invention qui vient d'être décrite, dans laquelle le centrage axial des arbres 6 et 7 s'effectue au moyen de la tige 9 s'insérant dans les extrémités en regard des arbres, ne met en oeuvre que trois pièces pour l'alignement des arbres, à savoir la tige 9 10 et les deux arbres, contrairement à l'état de la technique qui met en oeuvre huit pièces pour réaliser cet alignement. Finalement, cet alignement n'implique que quatre sources de dispersion de fabrication susceptibles d'avoir une influence sur ce centrage, garantissant une dérive inférieure à une valeur maximale de 15 seuil. En effet, il est généralement admis que le jeu maximum entre les cannelures est de 0,2 mm au maximum. En se référant à la figure 7, selon l'état de la technique, dans lequel on procède à l'alignement des arbres en utilisant des douilles de 20 centrage des carters, et qui met en oeuvre huit pièces pour l'alignement des arbres et par conséquent 18 sources de dispersion de fabrication, la somme des intervalles IT de tolérance conventionnelle peut atteindre 0,705 mm, pour un besoin de 0,2 mm. Au contraire, selon l'invention, on obtient une somme des 25 intervalles de tolérance égale à 0,184 mm au maximum. On obtient ainsi un centrage efficace des arbres, tout en garantissant que le couple de transmission s'effectue sur les flancs de cannelures et non pas sur les têtes de cannelures. REVENDICATIONS1. Dispositif d'accouplement d'un premier arbre (6) et d'un deuxième arbre (7) comprenant des cannelures pratiquées aux extrémités des arbres pour la transmission d'un couple moteur entre les arbres et des moyens de centrage desdits arbres, caractérisé en ce que les moyens de centrage comprennent une tige axiale (9) montée dans l'axe de rotation des premier et deuxième arbres et dont les extrémités mutuellement opposées sont insérées dans des alésages (10, 11) pratiqués dans les deux arbres. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la tige comporte intérieurement un passage (12) d'huile s'étendant entre deux zones d'extrémité des arbres diamétralement opposées. 3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le passage (12) s'étend perpendiculairement à l'axe de rotation des arbres. 4. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le passage (12) a une forme de V et comporte deux parties (12a, 12b) s'étendant obliquement dans la tige. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la tige est montée avec un jeu serré sur l'une des arbres et avec un jeu glissant sur l'autre arbre. 6. Ensemble comprenant un moteur électrique et une boîte de vitesses de véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'accouplement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, pour l'accouplement d'un arbre moteur du moteur électrique et d'un arbre mené de la boîte de vitesses.