Brevet FR3041830A1 — publié le 20170331

Vérin électromécanique La présente invention concerne le domaine des actionneurs ou vérins électromécaniques. Plus particulièrement, l'invention concerne le domaine des vérins électromécaniques compacts utilisés pour fournir de hautes performances dans un encombrement réduit. Un vérin électromécanique comprend généralement un carter, une tige d'actionnement montée mobile longitudinalement par rapport au carter, un moteur électrique et un mécanisme, par exemple du type vis à billes, pour transformer le mouvement de rotation du rotor du moteur en mouvement de translation linéaire de la tige d' actionnement. Pour guider en rotation et supporter le rotor du moteur électrique, il est généralement monté à l'avant du carter une paire de paliers à roulement montés axialement en appui l'un contre l'autre. Classiquement, cet empilement axial de paliers est monté d'un côté contre une butée radiale formée sur l'arbre de rotor, et est préchargé axialement par un écrou de serrage autobloquant disposé de l'autre côté. Cette solution a notamment pour inconvénients de présenter un encombrement axial important et de nécessiter un grand nombre d'opérations pour réaliser le montage et la fixation des paliers à roulement à l'intérieur du carter du vérin. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients. Plus particulièrement, la présente invention vise à prévoir un vérin électromécanique dans lequel, pour un même encombrement axial, la capacité de charge est augmentée. Dans un mode de réalisation, unvérin électromécanique comprend un carter, une tige d' actionnement montée mobile longitudinalement par rapport au carter, un moteur électrique pourvu d'un stator et d'un arbre de rotor rotatif, et un mécanisme de transformation d'un mouvement de rotation de l'arbre de rotor en un mouvement de translation linéaire de la tige d'actionnement. 3041830 2 Le vérin comprend également au moins un palier à roulement pour guider en rotation l'arbre de rotor et comprenant au moins une rangée d'éléments roulants. Un chemin de roulement intérieur pour ladite rangée d'éléments roulants est formé directement sur l'arbre de 5 rotor. Les éléments roulants dudit palier viennent rouler directement sur l'arbre de rotor du moteur électrique supportant les aimants. Ce palier est donc dépourvu de bague intérieure interposée radialement entre les éléments roulants et l'arbre de rotor. 10 Ainsi, contrairement à l'état de la technique antérieure, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens spécifiques pour assurer le blocage axial de ce ou de ces paliers sur l'arbre de rotor. Il est donc possible de monter un moteur électrique de longueur supérieure à l'intérieur du carter. Ceci permet d'accroître la capacité de charge du 15 vérin pour un même encombrement axial global. A l'inverse, pour une même capacité de charge, il est possible de réduire l'encombrement axial global du vérin. De préférence, ledit chemin de roulement intérieur est formé sur une surface extérieure de l'arbre de rotor. 20 Ledit palier à roulement peut comprendre une bague extérieure montée dans un alésage du carter et pourvue d'un chemin de roulement extérieur pour ladite rangée d'éléments roulants du palier. Dans un mode de réalisation préféré, le vérin comprend au moins deux paliers à roulement montés axialement en contact l'un 25 contre l'autre et comprenant chacun une rangée d'éléments roulants, un chemin de roulement intérieur pour chacune desdites rangées d'éléments roulants étant formé directement sur l'arbre de rotor. Les rangées d'éléments roulants des paliers sont disposées en X. Dans un mode de réalisation, le ou les paliers peuvent être du 30 type à billes à contact oblique. De préférence, le mécanisme de transformation est un mécanisme de vis à rouleaux ou à billes. Dans une variante de réalisation, le mécanisme comprend une vis solidaire de la tige d'actionnement et pourvue d'un filetage 3041830 3 extérieur, et une pluralité de rouleaux longitudinaux en prise avec le filetage extérieur de la vis et un filetage intérieur de l'arbre de rotor. Dans une autre variante, le mécanisme de vis à rouleaux comprend une vis pourvue d'un filetage extérieur, un écrou disposé 5 autour de la vis, comprenant un filetage intérieur et solidaire de la tige d'actionnement, et une pluralité de rouleaux longitudinaux en prise avec les filetages extérieur et intérieur de la vis et de l'écrou. Alternativement, en remplacement des rouleaux, des billes peuvent être engagées à l'intérieur des filetages extérieur et intérieur de la vis 10 et de l'écrou. La présente invention sera mieux comprise à l'étude de la description détaillée de modes de réalisations, pris à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, sur lesquels les figures 1 à 3 sont des vues en coupe axiale de vérins 15 électromécaniques selon des premier, deuxième et troisième exemples de réalisation. Sur la figure 1, le vérin électromécanique, référencé 10 dans son ensemble, s'étend selon un axe longitudinal X-X' supposé horizontal. Le vérin 10 comprend un carter 12, une tige 14 20 d'actionnement mobile axialement et coaxiale à l'axe X-X', ainsi qu'un moteur 16 électrique et un mécanisme 18 de vis à rouleaux disposés à l'intérieur du carter 12. Le mécanisme 18 est interposé radialement entre le moteur 16 électrique et la tige d'actionnement 14. Le mécanisme 18 permet la transformation d'un mouvement de 25 rotation du moteur 16 électrique en un mouvement de translation linéaire de la tige 14 d'actionnement le long de l'axe X-X'. Le moteur 16 électrique et le mécanisme 18 sont entièrement logés à l'intérieur du carter 12. La tige 14 d'actionnement s'étend à travers le carter 12 et axialement en saillie vers l'extérieur. 30 Dans l'exemple de réalisation illustré, le carter 12 comprend un corps 12a principal tubulaire et des flasques avant 12b et arrière 12c monté chacun à une extrémité dudit corps. La tige 14 d'actionnement s'étend à travers le flasque avant 12b. 3041830 4 Le moteur 16 électrique comprend un stator 20 fixé sur le carter 12 et un rotor 22. Le stator 20 est fixé sur un alésage 28 du carter. Le rotor 22 est pourvu d'un arbre 24 de rotor tubulaire et d'une pluralité d'aimants 26 permanents supportés par ledit arbre. L'arbre 24 5 de rotor s'étend axialement de part et d'autre du stator 20. Le moteur 16 électrique peut être du type brushless. Pour guider en rotation et supporter l'arbre 24 de rotor, le vérin 10 comprend encore deux paliers 30, 32 à roulement avant et un palier 34 à roulement arrière. Comme cela sera décrit plus en détail par la 10 suite, les paliers 30, 32 sont conçus de sorte à limiter l'encombrement axial global du vérin 10. Le palier 34 à roulement arrière est interposé radialement entre l'arbre 24 de rotor et un support 36 arrière fixé dans l'alésage 28 du carter. Le palier 34 à roulement est monté sur une surface extérieure 15 24a de l'arbre de rotor et dans un alésage du support 36 arrière. A l'intérieur du flasque arrière 12c du carter sont par ailleurs disposés des moyens capteur et codeur pour connaître la position angulaire du rotor 22 du moteur électrique. Dans l'exemple de réalisation illustré, le mécanisme 18 de vis à 20 rouleaux est du type vis à rouleaux satellites inversée. Le mécanisme 18 comprend une vis 40, qui est coaxiale à la tige 14 d'actionnement, fixée à ladite tige et pourvue d'un filetage extérieur (non référencé), et une pluralité de rouleaux 42 longitudinaux disposés radialement entre la vis et l'arbre 24 de rotor. L'arbre 24 de rotor présente une forme 25 tubulaire. L'arbre 24 de rotor, coaxial à la vis 40, comprend un filetage intérieur (non référencé) dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du filetage de la vis 40. Les rouleaux 42 sont identiques entre eux et répartis de manière régulière autour de la vis 40. Chaque rouleau 42 s'étend selon 30 un axe parallèle à l'axe de la vis et comprend un filetage extérieur (non référencé) en prise avec le filetage extérieur de la vis 40 et le filetage intérieur de l'arbre 24 de rotor. De manière connue en soi, chaque rouleau 42 comprend, à chaque extrémité, une denture extérieure en prise avec une denture de synchronisation de la vis 40, et 3041830 5 un tourillon s'étendant axialement vers l'extérieur à partir de la denture et logé dans un évidement d'une des bagues 44, 46 d'espacement montées sur ladite vis. La tige 14 d'actionnement est solidaire de la vis 40 du 5 mécanisme de vis à rouleaux. La rotation de l'arbre 24 de rotor du moteur électrique est convertie en une translation de la vis 40 et de la tige 14 d'actionnement le long de l'axe X-X'. Comme indiqué précédemment, les paliers 30, 32 à roulement assurent le guidage en rotation de l'arbre 24 de rotor du moteur 10 électrique. Chaque palier 30, 32 comprend une bague extérieure 30a, 32a et une pluralité d'éléments roulants 30b, 32b, ici réalisés sous forme de billes, disposés radialement entre ladite bague intérieure et l'arbre 24 de rotor. Chaque palier 30, 32 comprend également une cage (non représentée) de maintien de l'espacement circonférentiel régulier 15 des éléments roulants. La bague extérieure 30a, 32a de chaque palier est fixée dans l'alésage 28 du carter. Un chemin de roulement 50, 52 extérieur est formé sur l'alésage de chaque bague et présente en section droite un profil interne concave adapté aux éléments roulants 30b, 32b, ledit 20 chemin de roulement étant dirigé radialement vers l'intérieur. Un chemin de roulement 54, 56 intérieur est formé directement sur la surface extérieure 24a de l'arbre de rotor pour la rangée d'éléments roulants 30b, 32b de chaque palier 30, 32. La surface extérieure 24a de l'arbre de rotor délimite les pistes pour les éléments 25 roulants. Chaque chemin de roulement 54, 56 présente en section droite un profil interne concave adapté aux éléments roulants 30b, 32b, ledit chemin de roulement étant dirigé radialement vers l'extérieur. Les chemins de roulement 54, 56 sont formés sur une protubérance 58 radiale de l'arbre 24 de rotor. La protubérance 58 30 s'étend radialement vers l'extérieur à partir de la surface extérieure 24a de l'arbre de rotor et est située axialement entre les deux rangées d'éléments roulants 30b, 32b. La protubérance 58 est venue de matière avec l'arbre 24 de rotor, i.e. monobloc. Dans l'exemple de réalisation illustré, les éléments roulants 30b, 32b sont disposés en X. 3041830 6 Les éléments roulants 30b, 32b sont en contact direct avec la surface extérieure 24a de l'arbre de rotor. Chaque palier 30, 32 est donc dépourvu de bague intérieure interposée radialement entre l'arbre 24 de rotor et les éléments roulants 30b, 32b. 5 Ainsi, contrairement à l'état de la technique antérieure, la prévision de moyens spécifiques pour assurer l'arrêt axial des paliers 30, 32 sur l'arbre 24 de rotor n'est pas nécessaire. Il n'est donc plus obligatoire de prévoir sur l'arbre 24 de rotor un espace axial spécifiquement dédié au montage de tels moyens. Ainsi, il devient 10 possible de monter un moteur électrique 16 de longueur supérieure et donc d'accroître la capacité de charge du vérin 10, et ce, pour un même encombrement axial global. L'exemple de réalisation illustré à la figure 2, sur laquelle les éléments identiques portent les mêmes références, diffère de l'exemple 15 précédent principalement par le fait que le mécanisme 18 est du type vis à rouleaux satellites. Le mécanisme 18 comprend un écrou 60 monté à l'intérieur de l'arbre 24 de rotor tubulaire du moteur électrique, et sur lequel est fixée la tige 14 d'actionnement. Dans cet exemple, la tige 14 d'actionnement est donc solidaire de l'écrou 60. 20 L'écrou 60 est monté coaxialement à la vis 40 et comprend un filetage intérieur (non référencé) dont le diamètre intérieur est supérieur au diamètre extérieur du filetage de la vis. Les rouleaux 42 sont ici disposés radialement entre l'écrou 60 et la vis 40 et en prise avec les filetages intérieur et extérieur dudit écrou et de ladite vis. 25 La vis 40 du mécanisme est ici couplée à l'arbre 24 de rotor du moteur électrique. La vis 40 s'étend à l'intérieur de la tige 14 d'actionnement de forme tubulaire. Pour assurer le guidage en rotation de la vis 40, le vérin 10 comprend un boîtier 62 équipé d'un palier 64 à roulement et interposé radialement entre la vis et l'alésage de la tige 30 14 d'actionnement. Dans cet exemple de réalisation, la rotation de la vis 40 du mécanisme 18, qui est solidaire de l'arbre 24 de rotor, est convertie en une translation de l'écrou 60 et de la tige 14 d'actionnement le long de l'axe X-X'. 3041830 7 Les exemples de réalisation précédents traitent d'un vérin équipé d'un mécanisme 18 de type vis à rouleaux. Alternativement, le vérin 10 peut comprendre un mécanisme de vis à billes comme cela est illustré à la figure 3, sur laquelle les éléments identiques portent les 5 mêmes références. Par rapport à l'exemple de réalisation précédemment décrit, le vérin 10 diffère uniquement en ce que le mécanisme 18 comprend une pluralité de billes 66 engagées à l'intérieur des filetages extérieur et intérieur de la vis 40 et de l'écrou 60 qui sont spécifiquement prévus à 10 cet effet. Des moyens de recirculation des billes (non visibles) sont également prévus sur l'écrou 60. L'invention a été illustrée sur la base d'un vérin comprenant des paliers 30, 32 du type à billes à contact oblique. Alternativement, il pourrait être possible de prévoir d'autres types d'éléments roulants, 15 par exemples des rouleaux. Dans les exemples de réalisation illustrés, les éléments roulants sont disposés en X. Alternativement, il pourrait être possible de prévoir une disposition en O. Toutefois, pour des raisons de montage, le chemin de roulement intérieur d'un seul des deux paliers est formé 20 directement sur l'arbre de rotor dans ce cas, l'autre palier étant équipé d'une bague intérieure propre. L'invention a été illustrée sur la base d'un vérin comprenant des paliers montés axialement en appui l'un contre l'autre et comprenant chacun une unique rangée d'éléments roulants. En 25 variante, il pourrait par exemple être possible de prévoir un unique palier comprenant au moins deux rangées d'éléments roulants, ou encore un nombre supérieur de paliers empilés axialement et comprenant une ou plusieurs rangées d'éléments roulants. REVENDICATIONS1. Vérin électromécanique comprenant un carter (12), une tige d'actionnement (14) montée mobile longitudinalement par rapport au carter, un moteur électrique (16) pourvu d'un stator (20) et d'un arbre de rotor (24) rotatif, un mécanisme (18) de transformation d'un mouvement de rotation de l'arbre de rotor en un mouvement de translation linéaire de la tige d'actionnement, et au moins un palier (30) à roulement pour guider en rotation l'arbre de rotor par rapport au carter et comprenant au moins une rangée d'éléments roulants (30b), caractérisé en ce qu'un chemin de roulement (54) intérieur pour ladite rangée d'éléments roulants (30b) dudit palier est formé directement sur l'arbre de rotor (24). 2. Vérin selon la revendication 1, dans lequel ledit chemin de roulement (54) intérieur est formé sur une surface extérieure (24a) de l'arbre de rotor. 3. Vérin selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit palier (30) à roulement comprend une bague extérieure (30a) montée dans un alésage du carter (12) et pourvue d'un chemin de roulement (50) extérieur pour ladite rangée d'éléments roulants (30b) du palier. 4. Vérin selon l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins deux paliers à roulement (30, 32) montés axialement en contact l'un contre l'autre et comprenant chacun une rangée d'éléments roulants (30b, 32b), un chemin de roulement (54, 56) intérieur pour chacune desdites rangées d'éléments roulants étant formé directement sur l'arbre de rotor (24). 5. Vérin selon la revendication 4, dans lequel les rangées d'éléments roulants (30b, 32b) des paliers sont disposées en X. 6. Vérin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit palier est un palier à billes à contact oblique. 7. Vérin selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le mécanisme (18) de transformation est un mécanisme de vis à rouleaux ou à billes. 3041830 9 8. Vérin selon la revendication 7, dans lequel le mécanisme (18) de vis à rouleaux comprend une vis (40) solidaire de la tige d'actionnement (14) et pourvue d'un filetage extérieur, et une pluralité de rouleaux (42) longitudinaux en prise avec le filetage extérieur de la 5 vis et un filetage intérieur de l'arbre de rotor (24). 9. Vérin selon la revendication 7, dans lequel le mécanisme (18) de vis à rouleaux comprend une vis (40) pourvue d'un filetage extérieur, un écrou (60) disposé autour de la vis, comprenant un filetage intérieur et solidaire de la tige d'actionnement (14), et une 10 pluralité de rouleaux (42) longitudinaux en prise avec lesdits filetages extérieur et intérieur. 10.Vérin selon la revendication 7, dans lequel le mécanisme (18) de vis à billes comprend une vis (40) pourvue d'un filetage extérieur, un écrou (60) disposé autour de la vis, comprenant un 15 filetage intérieur et solidaire de la tige d'actionnement, et d'une pluralité de billes (66) engagées à l'intérieur desdits filetages extérieur et intérieur.