Brevet FR3042013A1 — publié le 20170407

- 1 - Motoréducteur avec réducteur trochoïdal et boitier monolithique Domaine de l'invention La présente invention concerne le domaine des motoréducteurs, et plus particulièrement ceux comprenant un réducteur de type trochoïdal. Ce principe de la réduction de la vitesse de rotation permet de réaliser des rapports de réduction importants dans un espace nettement plus restreint par rapport aux trains d'engrenages classiques constitués de pignons et roues dentées traditionnelles. A cela s'ajoute le fait que le frottement est quasiment nul car les pièces en contact roulent quasiment les unes sur les autres et que son rendement atteint ainsi près de 95 %. De tels réducteurs trochoïdaux présentent des rapports de réduction qui peuvent atteindre typiquement, dans le cadre de l'invention, 1:160, avec un encombrement réduit. 20 Etat de la technique La demande de brevet W02014051132 décrit un moteur à réduction de vitesse qui comprend un premier engrenage 25 interne fixé au boîtier, un arbre d'entrée ayant une partie d'arbre excentrique, un premier engrenage externe ayant un diamètre de perçage inférieur à un diamètre de perçage du premier engrenage interne, et un élément de sortie connecté au premier engrenage externe. L'arbre d'entrée est configuré pour 30 être mis en rotation par une entrée de rotation provenant du moteur électrique. Le premier engrenage externe est configuré pour être placé à l'intérieur du premier engrenage interne dans un état où une partie d'une dent externe du premier engrenage externe s'engage avec une dent interne du premier 35 engrenage interne. Un élément de support fixe le premier 3042013 - 2 - engrenage interne dans la direction axiale de l'arbre d'entrée. Inconvénients de l'art antérieur 5 Les motoréducteurs de ce type sont soumis à des efforts très importants, car le couple délivré par l'arbre de sortie est particulièrement élevé, de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de newtons.mètres. Les contraintes mécaniques qui s'exercent sur les 10 composants du réducteur sont importantes et sont transmises au boîtier assurant non seulement l'habillage du réducteur, mais aussi le couplage mécanique des mouvements des disques dentés entraînant les tiges d'entraînement. Par ailleurs, les motoréducteurs de l'art antérieur 15 mettent en oeuvre un moteur associé à un motoréducteur, et la liaison entre ces deux parties conduit également à des risques de jeux et d'usure. Enfin, l'assemblage des motoréducteurs de l'art antérieur est relativement complexe en raison du nombre de 20 pièces devant être positionnées d'une manière parfaitement définie pour permettre le montage du motoréducteur. Solution apportée par l'art antérieur 25 Dans la présente invention, les caractéristiques du réducteur trochoïdal en lui-même ne sont pas essentielles ; les caractéristiques essentielles concernent l'interaction des composants du réducteur trochoïdal avec le boîtier, dont la configuration, objet de l'invention, permet d'optimiser les 30 contraintes et la facilité d'intégration. En particulier, le nombre d'engrenages externes peut être plus important et non limité à deux. Ainsi on pourra utiliser un simple engrenage extérieur si les couples transmis et le rapport de réduction sont faibles alors que l'on pourra en utiliser trois si le 3042013 - 3 couple à transmettre et/ou le rapport de réduction sont importants. L'objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un 5 motoréducteur d'une grande robustesse, avec un encombrement réduit. A cet effet, le motoréducteur selon l'invention est constitué par un moteur électrique présentant une partie statorique et une partie rotorique entraînant l'arbre d'entrée 10 d'un réducteur de type trochoïdal comprenant: - au moins une zone excentrique, solidaire de l'arbre d'entrée et entraînant en rotation au moins un engrenage externe denté, - une pluralité de tiges perpendiculaires audit engrenage 15 externe, ladite pluralité étant solidaire avec un arbre de sortie et étant entraînée par des alvéoles traversant ledit engrenage externe, caractérisé en ce que ledit réducteur est logé dans un boîtier monolithique rigide, définissant un volume intérieur 20 présentant, de l'arbre d'entrée vers l'arbre de sortie, au moins quatre sections de rayons décroissants, - une première section définissant une zone périphérique de liaison mécanique avec la partie statorique du moteur électrique, 25 - une seconde section assurant le positionnement mécanique du roulement de guidage de l'arbre d'entrée via une plaque support de roulement, - une troisième section présentant au moins une surface intérieure dentée pour l'engrènement dudit 30 engrenage externe, - une quatrième section assurant le positionnement mécanique du roulement de guidage de l'arbre de sortie. 3042013 - 4 - Avantageusement, l'arbre d'entrée est solidaire d'une première zone excentrique entraînant un premier engrenage externe et d'une deuxième zone excentrique entraînant un deuxième engrenage externe. 5 Préférentiellement, ladite troisième section présente une première surface intérieure dentée pour l'engrènement d'un premier engrenage externe dudit réducteur trochoïdal, et une seconde surface intérieure dentée pour l'engrènement d'un deuxième engrenage externe dudit réducteur 10 trochoïdal, lesdites première et seconde surfaces dentées formant une zone tubulaire dentée continue. Avantageusement, l'arbre de sortie est creux et l'arbre d'entrée est creux. De manière préférentielle, le motoréducteur 15 comporte une plaque support venant se positionner contre un épaulement défini au fond de ladite première section, et assurant le positionnement du roulement de guidage de l'arbre d'entrée. Avantageusement, lesdites tiges sont reliées par une couronne mobile sans interaction d'engrenage avec le boîtier et ladite couronne mobile reliant lesdites tiges supporte une zone aimantée annulaire interagissant magnétiquement avec une sonde magnétosensible solidaire de la partie statorique. Pour aider à l'isolation magnétique du capteur, des éléments de blindage sont disposés entre ladite partie statorique et ladite sonde magnétosensible. De manière générale pour le capteur, ladite partie statorique comprend une sonde magnétosensible positionnée en 30 regard d'une piste magnétique annulaire solidaire de la partie rotorique du moteur. 3042013 - 5 - De façon préférentielle, ladite partie statorique est surmoulée en matière plastique ou par une matière métallique comme par exemple en aluminium. De manière préférentielle, ladite quatrième section 5 est prolongée par un fond transversal présentant une ouverture circulaire pour le passage de l'arbre de sortie et présentant à sa surface intérieure une butée annulaire pour le positionnement de l'arbre de sortie. Avantageusement, le motoréducteur comporte un joint 10 d'étanchéité logé entre le boîtier et ladite partie statorique. Description détaillée d'un exemple de réalisation non limitatif 15 La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de réalisation illustré par les dessins annexés où : - la figure 1 représente une vue en perspective de 20 trois-quarts dessus d'un exemple de motoréducteur selon l'invention, sans capteur de position absolue, - la figure 2 représente une vue en perspective de trois-quarts dessous d'un exemple de motoréducteur selon l'invention, sans capteur de position absolue, 25 - la figure 3 représente une vue coupe selon un plan médian longitudinal d'un exemple de motoréducteur selon l'invention, sans capteur de position absolue, - les figures 4 et 5 représentent des vues éclatées d'un exemple de motoréducteur selon l'invention, sans capteur 30 de position absolue, - la figure 6 représente une vue coupe selon un plan médian longitudinal d'un exemple de motoréducteur selon l'invention, avec capteur de position absolue, - la figure 7 représente une vue en détail du capteur 35 de position intégré au motoréducteur. 3042013 - 6 - Les figures 1 et 2 représentent les vues extérieures du boîtier (1) du motoréducteur ainsi que du moteur surmoulé (2). Ce dernier est constitué par une pièce 5 moulée en matière plastique, par exemple une matière plastique chargée pour renforcer sa résistance mécanique, ou en fonderie d'aluminium ou d'alliage métallique. Le boîtier (1) présente des pattes de fixation (3 à 6) s'étendant radialement et présentant des perçages pour la 10 fixation du boîtier. Un moteur surmoulé (2) est fixé sur la partie supérieure du boîtier (1). Le surmoulage présente un prolongement latéral (7) creux pour la connexion électrique. Le fond du boîtier (1) présente une ouverture 15 circulaire (8) pour la transmission mécanique du couple de l'arbre de sortie (9) entrainant un crabot (10). Ce fond de boitier présente à sa surface intérieure une butée annulaire (180) pour le positionnement de l'arbre de sortie. Les figures 3 à 5 représentent des vues 20 respectivement en coupe longitudinale (figure 3) et en vues éclatées (figures 4 et 5) du motoréducteur. La partie supérieure est constituée par un moteur électrique surmoulé (2) entrainant un arbre d'entrée (100). Le moteur comprend une partie statorique (101) bobinée et 25 encapsulée dans un surmoulage, et une partie rotorique (102) supportant des aimants permanents (103) et solidaire de l'arbre d'entrée (100). Le boîtier (1) présente une première section (105) dont la surface intérieure est complémentaire de la surface 30 périphérique extérieure (106) du surmoulage du moteur (2). Un joint (107) assure l'étanchéité entre le premier segment du boîtier (1) et le surmoulage du moteur (2). Une seconde section (110) assure le positionnement mécanique du roulement (104) de guidage de l'arbre d'entrée 35 (100), via une plaque support (111) positionnant le diamètre 3042013 - 7 - extérieur du roulement. Cette seconde section (110) présente un diamètre intérieur inférieur au diamètre intérieur de la première section (105). Cette plaque support (111) vient se positionner contre un épaulement (170) défini au fond de 5 ladite première section, et assure le positionnement du roulement de guidage (104) de l'arbre d'entrée. L'arbre d'entrée (100) et l'arbre de sortie (9) sont couplés mécaniquement par un réducteur trochoïdal. L'arbre d'entrée (100) présente deux zones 10 excentriques (211, 212) décalées de 180° l'une par rapport à l'autre. Des engrenages externes (210,220) sont supportés de manière rotative respectivement par les deux zones excentriques (211, 212) via des roulements (15) montés autour 15 des deux zones excentriques (211, 212), permettant une rotation relative de l'arbre d'entrée (100) et des engrenages externes (210, 220). L'homme du métier connaît le fonctionnement d'un réducteur trochoïdal, qui ne sera pas décrit en détail dans le 20 présent brevet, hormis en ce qui concerne les caractéristiques innovantes, portant sur la structure du boîtier assurant à la fois des fonctions d'habillage du mécanisme et de fourniture des zones d'entraînement intérieures des engrenages externes (210, 220). 25 Il y a trois étages mobiles : - l'arbre d'entrée (100) avec les deux excentriques (211, 212), - les engrenages externes (210, 220) présentant des alvéoles (230) de section supérieure à la section de tiges 30 perpendiculaires (240) traversant ces alvéoles (230), - l'arbre de sortie (9). Les deux excentriques (211, 212) tournent à la même vitesse que le rotor et entraînent les deux engrenages externes (210, 220). 3042013 -8 Les engrenages externes (210, 220) présentent des dentures extérieures roulant sur les surfaces intérieures correspondantes du boîtier (1) au niveau de la seconde section (120). 5 L'arbre de sortie (9) supporte solidairement des tiges perpendiculaires (240) qui s'introduisent dans les alvéoles (230) correspondant des engrenages externes, permettant ainsi l'entrainement de la couronne mobile (260) du côté opposé à l'arbre de sortie (9). Les tiges 10 perpendiculaires (240) peuvent être équipées de rouleaux qui entraînent l'arbre de sortie (9) (non montré ici). Ceci permet éventuellement de réduire les pertes par friction, le niveau sonore et l'usure. Les engrenages externes (210, 220) présentent 15 chacun une pluralité de dents externes qui engrènent avec des dents internes prévues sur la périphérie intérieure de la troisième section (120) du boîtier (1). Le nombre des dents externes sur chacune des roues dentées externes (210, 220) est inférieur à celle de la 20 denture intérieure de la troisième section (120) du boîtier (1). Typiquement une dent de moins est présente sur les engrenages externes (210, 220) relativement à la denture du boitier (1). La quatrième section (130) est prolongée par un 25 fond transversal présentant une ouverture circulaire (8) pour le passage de l'arbre de sortie (9) et présentant à sa surface intérieure une butée annulaire pour le positionnement de l'arbre de sortie (9). Cette quatrième section (130) assure le positionnement mécanique du roulement de guidage (150) de l'arbre de sortie (9). Chaque dent externe présente un profil dont la forme peut être soit cycloïdale, soit en développante de cercle suivant les rapports de réduction souhaités. 3042013 - 9 Les figures 6 et 7 décrivent une variante de réalisation comprenant une sonde magnétosensible (200). Ce capteur est constitué par une sonde de Hall placée en face d'une zone aimantée (201). 5 Deux éléments de blindage (202) sont disposés entre ladite partie statorique et ladite sonde de détection (201) entre le moteur (2) et le roulement de guidage (104) et entre le moteur (2) et la plaque support (111) du roulement. La construction suivant l'invention permet 10 notamment d'utiliser la couronne mobile (260) comme support de la zone aimantée (201) afin de constituer la partie du capteur de position qui est solidaire de l'arbre de sortie (9). La sonde magnétosensible (200) est reprise sur un circuit imprimé (non montré) solidaire de la partie statorique (101). 15 La construction suivant l'invention et l'utilisation d'arbres d'entrée et de sortie creux permet notamment de permettre la fixation de l'ensemble motoréducteur au travers dudit ensemble. Par exemple, le vissage de l'organe à piloter est permis en plus ou en remplacement de 20 l'engrènement prévue avec le crabot (10). REVENDICATIONS1 - Motoréducteur constitué par un moteur électrique (2) présentant une partie statorique (101) et une 5 partie rotorique (102) entraînant l'arbre d'entrée (100) d'un réducteur de type trochoïdal comprenant: - au moins une zone excentrique (211), solidaire de l'arbre d'entrée (100) et entraînant en rotation au moins un engrenage externe (210) denté, 10 - une pluralité de tiges perpendiculaires (240) audit engrenage externe (210), ladite pluralité étant solidaire avec un arbre de sortie (9) et étant entraînée par des alvéoles (230) traversant ledit engrenage externe (210), caractérisé en ce que ledit réducteur est logé dans un boîtier 15 (1) monolithique rigide, définissant un volume intérieur présentant, de l'arbre d'entrée (100) vers l'arbre de sortie (9), au moins quatre sections de rayons décroissants, - une première section (105) définissant une zone périphérique de liaison mécanique avec la partie 20 statorique (101) du moteur électrique (2), - une seconde section (110) assurant le positionnement mécanique du roulement de guidage (104) de l'arbre d'entrée (100) via une plaque support (111) de roulement, 25 - une troisième section (120) présentant au moins une surface intérieure dentée pour l'engrènement dudit engrenage externe (210), - une quatrième section (130) assurant le positionnement mécanique du roulement de guidage 30 (150) de l'arbre de sortie (9). 2 - Motoréducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ledit arbre d'entrée est solidaire d'une première zone excentrique (211) entraînant un premier 3042013 engrenage externe (210) et d'une deuxième zone excentrique (212) entraînant un deuxième engrenage externe (220). 3 - Motoréducteur selon la revendication 2 5 caractérisé en ce que ladite troisième section présente - une première surface intérieure dentée pour l'engrènement d'un premier engrenage externe (210) dudit réducteur trochoïdal, - une seconde surface intérieure dentée pour 10 l'engrènement d'un deuxième engrenage externe (220) dudit réducteur trochoïdal. 4 - Motoréducteur selon la revendication 3 caractérisé en ce que lesdites première et seconde surfaces 15 dentées forment une zone tubulaire dentée continue. - Motoréducteur selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que ledit arbre de sortie est creux. 20 6 - Motoréducteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que ledit arbre d'entrée est creux. 7 - Motoréducteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte 25 une plaque support (111) venant se positionner contre un épaulement (170) défini au fond de ladite première section, et assurant le positionnement du roulement de guidage (104) de l'arbre d'entrée. 30 8 - Motoréducteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que lesdites tiges sont reliées par une couronne mobile (260) sans interaction d'engrenage avec le boîtier (1). 3042013 - 12 - 9 - Motoréducteur selon la revendication précédente caractérisé en ce que ladite couronne mobile (260) reliant lesdites tiges supporte une zone aimantée annulaire (201) interagissant magnétiquement avec une sonde magnétosensible 5 (200) solidaire de la partie statorique (101). - Motoréducteur selon la revendication précédente caractérisé en ce qu'il comporte des éléments de blindage (202) disposés entre ladite partie statorique (101) 10 et ladite sonde magnétosensible (201). 11 - Motoréducteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite partie statorique (101) est surmoulée. 12 - Motoréducteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite partie statorique comprend une sonde magnétosensible (200) positionnée en regard d'une piste magnétique annulaire (201) solidaire de la partie rotorique (102) du moteur. 13 - Motoréducteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que ladite quatrième section est prolongée par un fond transversal présentant une ouverture circulaire (8) pour le passage de l'arbre de sortie (9) et présentant à sa surface intérieure une butée annulaire (180) pour le positionnement de l'arbre de sortie. 14 - Motoréducteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte un joint d'étanchéité (107) logé entre le boîtier (1) et ladite partie statorique (101).35