Brevet FR3074888A1 — publié le 20190614

L'invention est relative à un moto-réducteur pour système d'essuyage de véhicule automobile. Les moto-réducteurs sont essentiellement composés d'un moteur électrique couplé à un mécanisme réducteur chargé d'en démultiplier la vitesse pour obtenir un couple de transmission en rotation important. Différents types de moteurs électriques peuvent être utilisés dans un moto-réducteur et notamment les moteurs électriques à courant continu sans balai qui présentent de nombreux avantages comme une grande durée de vie, un encombrement et une consommation réduits ainsi qu'un faible niveau sonore. Un tel moto-réducteur trouve une application particulière dans un système d'essuyage de véhicule automobile comprenant un ou plusieurs balais d'essuyage, un mécanisme d'embiellage pour l'entrainement du ou des balais d'essuyage selon un mouvement de va et vient, ledit arbre de sortie du moto-réducteur entrainant le mécanisme d'embiellage du système d' es suyage. Bien souvent le mécanisme réducteur est un couple vis sans fin /roue dentée, la vis sans fin typiquement métallique étant solidaire de l'arbre de rotation du rotor, la roue dentée étant solidaire de l'arbre de sortie du moto-réducteur, typiquement en plastique. Des paliers tels que des roulements à billes, typiquement au nombre de deux ou trois sont utilisés pour guider en rotation l'arbre de rotation, chaque roulement à billes comportant une bague intérieure et une bague extérieure, et des billes aptes à rouler sur un chemin de la bague intérieure et sur un chemin de la bague extérieure. Selon les constatations de l'inventeur, il est encore à noter qu'un réducteur constitué par un couple vis sans fin/roue dentée présente un faible rendement de transmission de puissance, voisin de 65%, la puissance perdue (i.e. 35%) se dissipant sous forme de chaleur dans la vis-sans fin et l'arbre de rotation en métal. Selon l'opinion de l'inventeur, les moto- réducteurs tels que connus de l'état de la technique peuvent être de refroidissement sensiblement amélioré. Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients précités en proposant un moto-réducteur à couple vis-sans fin/roue dentée, de refroidissement optimisé. 2 Un autre but de la présente invention est de proposer un tel moto-réducteur permettant d'obtenir une bonne compacité selon l'axe longitudinal de l'arbre de rotation. D'autres buts et avantages apparaitront au cours de la description qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. 5 Aussi l'invention est relative à un moto-réducteur pour système d'essuyage de véhicule automobile comprenant : - un moteur électrique comportant : - un rotor comprenant des éléments magnétiques, - un stator présentant des bobines d'excitation électromagnétique du rotor, 10 - un arbre de rotation solidaire du rotor, - un mécanisme réducteur reliant l'arbre de rotation et un arbre de sortie du moto-réducteur, - un carter formant une enveloppe de protection pour ledit mécanisme réducteur, voire le moteur électrique, et dans lequel ledit mécanisme réducteur comprend un système vis sans fin /roue dentée, la 15 vis sans fin étant solidaire de l'arbre de rotation du rotor, la roue dentée (31) solidaire d'un arbre de sortie du moto-réducteur, - des moyens formant paliers assurant le guidage en rotation de l'arbre de rotation du rotor par rapport au carter. éventuellement, un dispositif de détermination de la position angulaire du rotor comprenant 20 un aimant multipolaire solidaire de l'arbre de rotation du rotor, Selon l'invention, le moto-réducteur comprend au moins un dissipateur de chaleur, sous la forme d'un élément saillant radialement de l'arbre de rotation, distinct des moyens formant paliers, et distinct de l'éventuel aimant multipolaire, et dans lequel lesdits moyens formant paliers comprennent un palier pour le guidage de 25 l'extrémité de l'arbre de rotation opposée au côté du stator du moteur électrique suivant la direction de l'arbre de rotation, et par référence à ladite vis sans fin et dans lequel ledit dissipateur de chaleur est disposé à proximité de la vis sans fin sur ledit arbre de rotation, 3 dans une position intermédiaire entre la vis sans fin et ledit palier côté opposé au stator du moteur électrique, ledit dissipateur de chaleur comprenant une portée interne pour le montage sur l'arbre de rotation, ledit élément étant configuré pour former une surface d'échange thermique avec l'atmosphère interne au carter, 5 et dans lequel ledit dissipateur de chaleur comprend une surface périphérique située localement en regard de la roue dentée, inclinée par rapport à l'axe de l'arbre de rotation et de sorte à être orientée localement sensiblement tangentiellement à la roue dentée. Selon des caractéristiques optionnelles de l'invention, prises seules ou en combinaison : - ledit dissipateur de chaleur est disposé à proximité immédiate de la roue dentée, ladite 10 surface périphérique située à une distance A, inférieure ou égale à 4 mm de la roue dentée 31 lors de sa rotation, de préférence inférieure ou égale à 3 mm ; - la dimension en largeur du dissipateur de chaleur suivant l'axe de l'arbre de rotation est supérieure ou égale à 0,8 fois le diamètre de l'arbre de rotation au droit du dissipateur de chaleur ; 15 - le dissipateur de chaleur est dans un matériau de conductivité thermique supérieure ou égale à 1 W.m-1.K-1; - le matériau dudit au moins un dissipateur de chaleur est métallique ou alternativement lequel le matériau dudit au moins un dissipateur de chaleur est un plastique chargé en particules métalliques ; 20 - les moyens formant paliers étant de diamètre extérieur D, le diamètre extérieur dudit dissipateur de chaleur est supérieur ou égal à 0,6 D ; - lesdits moyens formant paliers comprennent un palier pour le guidage de l'arbre de rotation côté stator du moteur électrique par référence à ladite vis sans fin (30), dit roulement côté stator ; 25 - les moyens formant paliers comprennent uniquement le palier (côté stator et le palier (24) du côté opposé au stator assurant respectivement le guidage des deux extrémités de l'arbre de rotation ; - ledit dissipateur de chaleur présente des ailettes ; 4 - les ailettes sont agencées autour de l'axe de rotation du dissipateur de chaleur et configurées de manière à constituer des pales de ventilation, montées solidaires en rotation avec l'arbre de rotation. L'invention concerne encore uns système d'essuyage de véhicule automobile comprenant un 5 ou plusieurs balais d'essuyage, un mécanisme d'embiellage pour l'entrainement du ou des balais d'essuyage selon un mouvement de va-et-vient, ainsi qu'un moto-réducteur selon l'invention dont l'arbre de sortie entraine le mécanisme d'embiellage. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : 10 - La figure 1 est une vue de coupe selon un plan parallèle à l'axe de l'arbre de rotation du moteur, illustrant le moto-réducteur conforme à l'invention selon un mode de réalisation, y compris le stator, le rotor et l'arbre de rotation, le couple vis sans fin /roue dentée, ledit aimant multipolaire et de manière notable, solidaire de l'arbre de rotation, le dissipateur de chaleur, sous forme d'un élément plein disposé à proximité de la vis, disposé entre la vis sans 15 fin et le palier assurant le guidage de l'extrémité de l'arbre de rotation situé du côté opposé au stator, - La figure la est une vue de détail du cadre Ta de la figure 1, illustrant la distance A, entre le dissipateur de chaleur et la roue dentée - Les figures 2 et 3 sont des vues de côté et de face d'un dissipateur de chaleur à 20 ailettes qui est peut être utilisé en remplacement de celui à élément plein illustré dans le moto- réducteur de la figure 1, Aussi l'invention concerne un moto-réducteur 1 pour système d'essuyage de véhicule automobile comprenant : - un moteur électrique 2 comportant : 25 - un rotor 20 portant des éléments magnétiques 29, tels que des aimants permanents, - un stator 21 présentant des bobines d'excitation électromagnétique du rotor, - un arbre de rotation 22 solidaire du rotor, 5 - un mécanisme réducteur 3 reliant l'arbre de rotation 22 et un arbre de sortie 8 du moto-réducteur. Un carter 4, typiquement métallique peut former une enveloppe de protection pour ledit mécanisme réducteur 3, voire le moteur électrique 2. 5 Le moteur électrique peut être à courant continu sans balai. Un tel moteur comprend un dispositif de détermination de la position angulaire du rotor 20 par rapport au stator 21. Une unité de commande (non illustrée) est configurée pour générer des signaux de commande pour alimenter les bobines d'excitation électromagnétique du stator 21 en fonction de la position angulaire du rotor déterminée par le dispositif de détermination de la position 10 angulaire du rotor. Le moto-réducteur peut éventuellement comprendre un dispositif de détermination de la position angulaire du rotor comprend à cet effet un aimant multipolaire 5 solidaire en rotation du rotor, et un ou plusieurs capteurs à effet Hall (non illustrés) en des positions fixes, aptes à détecter les changements de domaines magnétiques de l'aimant multipolaire lors de la rotation 15 du rotor. Le mécanisme réducteur 3 comprend un couple vis sans fin 30 /roue dentée 31, la vis sans fin solidaire de l'arbre de rotation 22 du rotor 20, la roue dentée 31 solidaire de l'arbre de sortie 8 du moto-réducteur. Cet arbre de sortie 8 est sensiblement perpendiculaire à l'arbre de rotation 22 du moteur électrique 2. Le filet de la vis sans fin 30 peut être obtenu à partir de la matière 20 venant de l'arbre de rotation 22, typiquement en métal. La roue dentée 31 peut être typiquement en matière plastique. Le guidage en rotation de l'arbre de rotation du rotor 22 par rapport au carter 4 est assuré par des moyens formant paliers 23, 24. Les paliers 23, 34 utilisés peuvent être des roulements, des coussinets, ou toute autre forme de paliers connue de l'homme du métier. 25 Dans un tel moto-réducteur 1, les frottements générés entre la vis sans fin 30 et la roue dentée 31 du mécanisme réducteur 3 engendrent un échauffement important de la vis sans fin et de l'arbre de rotation 22. L'invention s'intéresse toutefois ici à l'optimisation du refroidissement de la vis sans fin 30 et de l'arbre de rotation 22 du moteur électrique 2. 6 De manière notable, le moto-réducteur 1 comprend un dissipateur de chaleur 7, sous la forme d'un élément saillant radialement de l'arbre de rotation 22, distinct des moyens formant paliers 23,24, et distinct de l'éventuel aimant multipolaire 5. Ce dissipateur de chaleur 7 comprend une portée interne 70 pour le montage sur l'arbre de rotation 22, ledit élément étant 5 configuré pour former une surface d'échange thermique avec l'atmosphère interne au carter 4/ On remarque encore que lesdits moyens formant paliers comprennent un palier 24 pour le guidage de l'extrémité de l'arbre de rotation opposée au côté du stator 21 du moteur électrique 2, suivant la direction de l'arbre de rotation 22, et par référence à ladite vis sans fin 30. Selon l'invention ledit dissipateur de chaleur 7 est disposé à proximité de la vis sans fin 30 sur ledit 10 arbre de rotation 22, dans une position intermédiaire entre la vis sans fin 30 et ledit palier 24 côté opposé au stator du moteur électrique 2. En fonctionnement, le dissipateur de chaleur 7 est configuré pour prélever la chaleur de l'arbre de rotation 22, à proximité de la vis sans fin 30, depuis sa portée interne 70 et transmettre les calories radialement jusqu'à la surface d'échange thermique dudit élément, 15 susceptible d'être refroidie par l'atmosphère interne. On remarque encore que ledit dissipateur de chaleur 7 comprend une surface périphérique 71 située localement en regard de la roue dentée 31, inclinée par rapport à l'axe de l'arbre de rotation 22 et de sorte à être orientée localement sensiblement tangentiellement à la roue dentée 31. 20 Ledit dissipateur de chaleur 7 est disposé à proximité immédiate de la roue dentée 31, ladite surface périphérique 71 située à une distance A, de préférence inférieure ou égale à 4 mm de la roue dentée 31 lors de sa rotation, en particulier inférieure ou égale à 3 mm, voire inférieure ou égale à 2mm. Cette surface périphérique inclinée 71 permet de maximiser autant que possible la surface 25 d'échange de l'élément formant dissipateur de chaleur, en positionnant ledit élément saillant au plus près de la roue dentée 31. La largeur repérée 1 dudit dissipateur de chaleur 7, à savoir la dimension du dissipateur de chaleur suivant la direction de l'arbre de rotation, peut être supérieure est supérieure ou égale à 0,8 fois le diamètre de l'arbre de rotation au droit du dissipateur de chaleur (7). 7 Le dissipateur de chaleur peut être dans un matériau de conductivité thermique supérieure ou égale à 1 W.m-1.K-1. En particulier le matériau dudit dissipateur de chaleur 7 peut être métallique. Le matériau peut encore être un plastique chargé en particules métalliques. Les moyens formant paliers étant de diamètre extérieur D, le diamètre extérieur dudit 5 dissipateur de chaleur 7 peut être supérieur ou égal à 0,6 D, par exemple supérieur ou égal à 0,7 D, ou encore supérieur à 0,8 D. Le diamètre extérieur dudit au dissipateur de chaleur 7 peut être inférieur ou égal à 1,5 D, par exemple inférieur ou égal à 1,3 D. Ledit dissipateur de chaleur 7 peut encore présenter des ailettes 73 formant la surface d'échange avec l'atmosphère interne. Selon un mode de réalisation, les ailettes 73 peuvent 10 être agencées autour de l'axe de rotation du dissipateur de chaleur 7, et configurées de manière à constituer des pales de ventilation, montées solidaires en rotation avec l'arbre de rotation 22. Par exemple et lors du mouvement de l'arbre de rotation 22 autour de son axe, les pales de ventilations sont configurées pour créer un flux d'air pulsé. Lesdits moyens formant paliers 23,24 peuvent comprendre un palier 23 pour le guidage de 15 l'arbre de rotation côté stator 21 du moteur électrique 2 par référence à ladite vis sans fin 30, dit roulement côté stator. Selon un mode de réalisation, les moyens formant paliers comprennent uniquement le palier 23 côté stator et le palier 24 du côté opposé au stator, ces deux paliers 23, 24 assurant respectivement le guidage des deux extrémités de l'arbre de rotation 22. 20 De manière notable, le palier 23 de guidage du côté du stator peut être disposé interne à l'ensemble rotor 20 et stator 21, logé dans un évidement interne au rotor 20. Cette extrémité de l'arbre de rotation peut ainsi être avantageusement guidée par le palier 23, sans nécessiter une longueur d'arbre telle que son extrémité ressorte au-delà du rotor. D'autre part, le montage de ce palier 23 interne au rotor, ne nécessite pas de disposer d'une portée sur la 25 section de longueur utile de l'arbre de rotation extérieur au rotor, et qui est déjà utilisée pour supporter la vis sans fin et/ou pour supporter l'aimant polaire 5 : cette section de longueur de l'arbre externe au rotor peut être réduite au minimum, et dans l'objectif d'augmenter la compacité du moto-réducteur suivant cette direction. A cet effet, un support creux 25 peut porter lesdits éléments magnétiques 29 sur sa circonférence et est agencé de manière coaxiale et solidaire en rotation de l'arbre de rotation 8 22: avantageusement ce support creux 25 vient coiffer ledit palier 23 qui assure le guidage de l'extrémité longitudinale de l'arbre de rotation 22 du côté du stator du moteur électrique 2. Ce support creux 25 peut encore s'étendre axialement au-delà de l'extrémité longitudinale de l'arbre de rotation 22, coté stator du moteur électrique. Cela permet en particulier de disposer 5 lesdits éléments magnétiques 29 du rotor au moins partiellement au-delà de l'extrémité longitudinale de l'arbre de rotation 22, et comme illustré à titre d'exemple à la figure 3. Ce support creux est par exemple un corps de révolution qui comprend une partie creuse, tubulaire, de diamètre interne permettant d'y loger intérieurement le palier 23, voire une partie saillante du carter 4. 10 Ce support creux 25 peut comprendre encore un manchon 26 permettant la fixation du support creux 25 sur l'arbre de rotation 22. Ce manchon 26 vient se fixer dans une position sur l'arbre de rotation 22 intermédiaire entre le mécanisme réducteur 3 et le palier 23. Le diamètre intérieur du manchon 26 peut être ajusté au diamètre externe de l'arbre de rotation en cette position intermédiaire. Il peut s'agir d'un ajustement serré permettant un assemblage par 15 frettage entre le support creux 25 et ledit arbre de rotation 22. Ce manchon 26 peut encore être fixé à l'arbre 22 par collage. On remarque que l'aimant multipolaire 5 peut prendre la forme d'une bague montée autour de l'arbre de rotation. Les domaines magnétiques (nord/sud) s'étendent en alternance suivant la circonférence de la bague. Cet aimant multipolaire 5 peut être solidaire dudit support creux 20 25, agencé autour dudit manchon 26 de fixation dudit support creux 25. Ledit support creux 25 comprend une section de longueur 27 de support des éléments magnétiques 29. Cette section 27 de longueur de support est sensiblement cylindrique. Les éléments magnétiques 29 du rotor sont solidarisés sur la paroi externe du cylindre. Un épaulement 28, en particulier sous forme d'une couronne, peut s'étendre radialement vers 25 l'extérieur à l'extrémité distale de ladite section 27 de longueur de support des éléments magnétiques. Cet épaulement 28 forme une butée latérale pour lesdits éléments magnétiques 29 du rotor 20. Cet épaulement 28 facilite l'alignement des éléments magnétiques suivant une même ligne diamétrale. On remarque encore que le support creux 25 présente une section de longueur de liaison 30 reliant le manchon 26 et ladite section de longueur 27 de support, cylindrique, de plus grand diamètre que le manchon 26. 9 Le support creux 25 peut être constitué essentiellement par un élément d'un seul tenant, en particulier une tôle formée pour constituer consécutivement, le manchon 26, la section de liaison, la section 27 de support cylindrique, voire ledit épaulement 28. L'invention concerne encore un système d'essuyage de véhicule automobile comprenant un 5 ou plusieurs balais d'essuyage, un mécanisme d'embiellage pour l'entrainement du ou des balais d'essuyage selon un mouvement de va-et-vient, ainsi qu'un moto-réducteur selon l'invention dont l'arbre de sortie 8 entraine le mécanisme d'embiellage. 10 NOMENCLATURE 1. Moto-réducteur, 5 2. Moteur électrique, 20. Rotor, 21. Stator, 22. Arbre de rotation, 23,24. Paliers, respectivement roulement côté du stator du moteur électrique, et roulement 10 côté opposé au stator du moteur électrique 3. Mécanisme réducteur, 30. Vis sans fin, 31. Roue dentée, 4. Carter, 15 5. Aimant multipolaire, 7. Dissipateurs de chaleur disposé entre le palier côté opposé au stator du moteur électrique et la vis sans fin. 70. Portée interne du dissipateur de chaleur pour le montage sur l'arbre de rotation, 71. Surface périphérique inclinée, située à proximité immédiate de la roue dentée, 20 72. Support périphérique interne pour la bague de l'aimant multipolaire, 73. Ailettes, REVENDICATIONS1. Moto-réducteur (1) pour système d'essuyage de véhicule automobile comprenant : - un moteur électrique (2) comportant : - un rotor (20) comprenant des éléments magnétiques, - un stator (21) présentant des bobines d'excitation électromagnétique du rotor, - un arbre de rotation (22) solidaire du rotor, - un mécanisme réducteur (3) reliant l'arbre de rotation (22) et un arbre de sortie du moto-réducteur, - un carter (4) formant une enveloppe de protection pour ledit mécanisme réducteur, voire le moteur électrique (2), et dans lequel ledit mécanisme réducteur (3) comprend un système vis sans fin /roue dentée, la vis sans fin (30) étant solidaire de l'arbre de rotation du rotor (22), la roue dentée (31) solidaire d'un arbre de sortie (8) du moto-réducteur, - des moyens formant paliers (23, 24) assurant le guidage en rotation de l'arbre de rotation du rotor (22) par rapport au carter (4), éventuellement, un dispositif de détermination de la position angulaire du rotor comprenant un aimant multipolaire (5) solidaire de l'arbre de rotation (22) du rotor (20), [caractérisé en ce que] et dans lequel le moto-réducteur (1) comprend au moins un dissipateur de chaleur (7), sous la forme d'un élément saillant radialement de l'arbre de rotation (22), distinct des moyens formant paliers (23,24), et distinct de l'éventuel aimant multipolaire (5), et dans lequel lesdits moyens formant paliers (23,34) comprennent un palier (24) pour le guidage de l'extrémité de l'arbre de rotation opposée au côté du stator du moteur électrique (2) suivant la direction de l'arbre de rotation (2), et par référence à ladite vis sans fin (30) et dans lequel ledit dissipateur de chaleur (7) est disposé à proximité de la vis sans fin (30) sur ledit arbre de rotation (22), dans une position intermédiaire entre la vis sans fin (30) et ledit palier (24) côté opposé au stator du moteur électrique (2), ledit dissipateur de chaleur (7) 12 comprenant une portée interne (70) pour le montage sur l'arbre de rotation (22), ledit élément étant configuré pour former une surface d'échange thermique avec l'atmosphère interne au carter (4), et dans lequel ledit dissipateur de chaleur (7) comprend une surface périphérique (71) située 5 localement en regard de la roue dentée (31), inclinée par rapport à l'axe de l'arbre de rotation (22) et de sorte à être orientée localement sensiblement tangentiellement à la roue dentée (31). 2. Moto-réducteur selon la revendication 1, dans lequel ledit dissipateur de chaleur (7) est disposé à proximité immédiate de la roue dentée (31), ladite surface périphérique (71) située à 10 une distance (A) inférieure ou égale à 4 mm de la roue dentée (31) lors de sa rotation, de préférence inférieure ou égale à 3 mm. 3. Moto-réducteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la dimension en largeur du dissipateur de chaleur (7) suivant l'axe de l'arbre de rotation (22) est supérieure ou égale à 0,8 fois le diamètre de l'arbre de rotation au droit du dissipateur de chaleur (7). 15 4. Moto-réducteur selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ledit au moins un dissipateur de chaleur est dans un matériau de conductivité thermique supérieure ou égale à 1 W.m-1.K-1. 5. Moto-réducteur selon la revendication 4, dans lequel le matériau dudit au moins un dissipateur de chaleur est métallique. 20 6. Moto-réducteur selon la revendication 4, dans lequel le matériau dudit au moins un dissipateur de chaleur est un plastique chargé en particules métalliques. 7. Moto-réducteur selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les moyens formant paliers étant de diamètre extérieur D, le diamètre extérieur dudit dissipateur de chaleur (7) est supérieur ou égal à 0,6 D. 25 8. Moto-réducteur selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel lesdits moyens formant paliers (23,24) comprennent un palier (23) pour le guidage de l'arbre de rotation côté stator (21) du moteur électrique (2) par référence à ladite vis sans fin (30), dit roulement côté stator. 13 9. Moto-réducteur selon la revendication 8, dans lequel les moyens formant paliers comprennent uniquement le palier (23) côté stator et le palier (24) du côté opposé au stator assurant respectivement le guidage de l'arbre de rotation (22) par ses deux extrémités. 10. Moteur-réducteur selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel ledit dissipateur de 5 chaleur (7) présente des ailettes (73). 11. Moteur réducteur selon la revendication 10 dans lequel les ailettes (73) sont agencées autour de l'axe de rotation du dissipateur de chaleur (7) et configurées de manière à constituer des pales de ventilation, montées solidaires en rotation avec l'arbre de rotation (22). 12. Système d'essuyage de véhicule automobile comprenant un ou plusieurs balais 10 d'essuyage, un mécanisme d'embiellage pour l'entrainement du ou des balais d'essuyage selon un mouvement de va-et-vient, ainsi qu'un moto-réducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 dont l'arbre de sortie (8) entraine le mécanisme d'embiellage.