Brevet FR3126146A1 — publié le 20230217

L’invention concerne un dispositif de couplage (300) d’arbres comportant : - des éléments roulants (310) à engager dans des rainures qui sont prévues dans des arbres à coupler, et - un socle de maintien (320) permettant de maintenir en position les éléments roulants dans les rainures. Selon l’invention, le socle de maintien comporte une partie de jonction à partir de laquelle s’étendent plusieurs bras parallèles qui portent chacun au moins un moyen de retenu d’un des éléments roulants. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Dispositif de couplage d’arbres rotatifs Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale la transmission mécanique d’un couple. Elle concerne plus particulièrement un dispositif de couplage de deux arbres, comportant : - des éléments roulants adaptés à être engagés dans des rainures prévues dans les arbres, et - un socle de maintien adapté à maintenir en position relative les éléments roulants engagés dans les rainures. Elle concerne également un groupe motopropulseur comportant : - une machine électrique qui comprend un arbre de sortie, - un réducteur de vitesse (tel qu’une boîte de vitesse à plusieurs rapports, un réducteur mécanique mono-rapport…) comprenant un arbre primaire, et - un dispositif de couplage d’arbres tel que précité, permettant de transmettre le couple entre l’arbre de sortie et l’arbre primaire. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans un groupe motopropulseur hybride, notamment pour véhicule automobile. Elle est plus particulièrement avantageuse encore lorsque le groupe motopropulseur comporte une machine électrique à flux axial, mais s’applique également dans un groupe motopropulseur à machine électrique à flux radial. Etat de la technique Un véhicule automobile électrique ou hybride comporte un groupe motopropulseur qui comprend une machine électrique couplée à un réducteur de vitesse, ce dernier pouvant être un simple mécanisme de pignonnerie, un variateur, une boîte de vitesses… La machine électrique comporte alors un rotor qui est monté sur un arbre de sortie, lequel est connecté à l’entrée du réducteur, et plus précisément à son arbre primaire. A titre d’exemple, la machine électrique peut être du type à flux axial et comporter un rotor flanqué de deux stators. Les stators sont alors légèrement écartés du rotor pour éviter tout frottement. Ainsi, de chaque côté du rotor se trouve un espace appelé entrefer. La performance de la machine électrique dépend de la valeur de ces entrefers, de leurs constances tout autour de l’axe de rotation du rotor, et de la symétrie de ces entrefers de part et d’autre du rotor. La moindre erreur de géométrie a des conséquences sur les performances du moteur et sur sa durée de vie. Par exemple, puisque la machine électrique est du type à flux axial, on comprend qu’une différence de valeurs entre les deux entrefers provoque une attraction du rotor par le stator le plus proche. Cet effort peut être important. Il peut en outre être cyclique et entrainer une fatigue des matériaux composant la machine électrique. Les roulements de soutien du rotor sont aussi davantage sollicités et nécessitent d’être dimensionnés en fonction de ces sollicitations. Un tel dimensionnement occasionne un surpoids et des frais importants. Ces problèmes sont inhérents au concept même de machine électrique à flux axial. Ils peuvent être provoqués ou accrus par des contraintes extérieures provenant du réducteur. En effet, les pignons employés dans le réducteur ont en général des dentures hélicoïdales qui exercent des poussées axiales pouvant provoquer des déplacements dans la machine électrique, et donc des variations de taille des entrefers. C’est la raison pour laquelle le couplage entre l’arbre de sortie de la machine électrique et l’arbre primaire du réducteur est généralement réalisé au moyen de cannelures permettant un coulissement de ces deux arbres l’un par rapport à l’autre. L’inconvénient d’une telle liaison mécanique est que tout défaut d’alignement entre la sortie de la machine électrique et l’entrée du réducteur est susceptible d’empêcher les cannelures de librement coulisser les unes dans les autres, ce qui peut provoquer des déplacements de composants dans la machine électrique. Même si ce déplacement se limite à quelques dixièmes de millimètres, il pourra occasionner une perte importante de puissance (particulièrement dans le cas où la machine est à flux axial) et une chute sensible de la durée de vie de la machine électrique et de ses roulements (dans tous les cas). Présentation de l'invention Pour remédier à ce problème, la présente invention propose non pas de dimensionner les différents composants du groupe motopropulseur en fonction de ces contraintes, mais plutôt d’introduire un dispositif mécanique entre la sortie de la machine électrique et l’entrée du réducteur qui ne transmette pas les efforts axiaux dus à un défaut d’alignement entre la sortie de la machine électrique et l’entrée du réducteur. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un dispositif de couplage tel que défini dans l’introduction, dans lequel le socle de maintien comporte une partie de jonction à partir de laquelle s’étendent plusieurs bras parallèles qui portent chacun au moins deux moyens de retenu adaptés à maintenir en position relative deux éléments roulants. Ainsi, grâce à l’invention, le dispositif de couplage forme par exemple une sorte de « coulisse à billes » et le socle de maintien forme une sorte de « cage ». La forme de ce socle de maintien est particulière et est ainsi peu encombrante, ce qui permet d’augmenter significativement la profondeur des rainures pratiquées dans les arbres à coupler et le nombre d’éléments roulants dans un même espace. Dès lors, le dispositif de couplage est en mesure de transmettre des couples très élevés. Par ailleurs, tout défaut d’alignement ou tout déplacement axial entre l’arbre primaire et l’arbre de sortie pourra être repris par les éléments roulants, qui empêcheront toute transmission d’effort axial entre ces deux arbres. De ce fait, ces défauts seront sans effet sur la géométrie interne de la machine électrique, et notamment sur les caractéristiques géométriques des entrefers. Ainsi, la performance de la machine électrique et la durée de vie des roulements pourront être préservés. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - ladite partie de jonction présente un bord périphérique à partir duquel s’étendent lesdits bras ; - lesquels bras s’étendant tous sur un même côté de la partie de jonction ; - le socle de maintien comporte un nombre de bras qui est au moins égale à trois, qui est préférentiellement au moins égal à six, et qui est de façon plus préférentielle encore égal à huit ; - il est prévu un nombre d’éléments roulants pour chaque bras qui est compris entre trois et cinq, et qui est de préférence égal à quatre ; - le moyen de retenu de chaque élément roulant comporte deux doigts qui sont placés de part et d’autre de l’élément roulant et qui s’étendent en saillie de l’une des faces du bras. L’invention porte également sur un groupe motopropulseur tel que défini en introduction, dans lequel : - l’un des arbre de sortie et arbre primaire présente une extrémité creuse et l’autre des arbre de sortie et arbre primaire présentant une première extrémité qui est engagée à l’intérieur de ladite extrémité creuse, - le dispositif de couplage est tel que précité et comporte des éléments roulants engagés dans des rainures pratiquées en creux sur ladite première extrémité et dans ladite extrémité creuse, lesdites rainures s’étendant longitudinalement selon des axes parallèles à un axe de rotation de l’arbre de sortie. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du groupe motopropulseur conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - les rainures présentent, sur une partie au moins de leurs longueurs accueillant les éléments roulants, des sections uniformes en arc-de-cercle d’angles d’ouverture supérieures à 160°, de préférence compris entre 165° et 175° ; - l’extrémité creuse est portée par l’arbre de sortie, lequel arbre de sortie est formé d’au moins deux pièces, dont l’une forme une bague à l’intérieur de laquelle sont réalisées les rainures, lesdites rainures s’étendant sur toute la longueur de la bague ; - la première extrémité est portée par l’arbre primaire, et les rainures sont réalisées sur un manchon qui est fixé sur une autre partie de l’arbre primaire, ledit manchon présentant une portion de petit diamètre fixée à ladite autre partie de l’arbre primaire et une portion de grand diamètre sur toute la longueur de laquelle s’étendent les rainures ; - chacune des rainures pratiquées en creux sur ladite première extrémité présente dans son fond une gorge d’accueil de l’un des bras du dispositif de couplage ; - la machine électrique est à flux axial. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Dispositif de couplage (300) de deux arbres (110, 210), comportant : - des éléments roulants (310) adaptés à être engagés dans des rainures (112, 212) prévues dans les arbres (110, 210), et - un socle de maintien (320) adapté à maintenir en position relative les éléments roulants (310) engagés dans les rainures (112, 212), caractérisé en ce que le socle de maintien (320) comporte une partie de jonction (330) à partir de laquelle s’étendent plusieurs bras (340) parallèles qui portent chacun au moins deux moyens de retenu (350) adaptés à maintenir en position relative deux éléments roulants (310). Dispositif de couplage (300) selon la revendication précédente, dans lequel ladite partie de jonction (330) présente un bord périphérique à partir duquel s’étendent lesdits bras (340), lesquels bras (340) s’étendant tous sur un même côté de la partie de jonction (330). Dispositif de couplage (300) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le socle de maintien (320) comporte un nombre de bras (340) qui est au moins égal à trois, qui est préférentiellement au moins égal à six, et qui est de façon plus préférentielle encore égal à huit. Dispositif de couplage (300) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel il est prévu un nombre d’éléments roulants (310) pour chaque bras (340) qui est compris entre trois et cinq, et qui est de préférence égal à quatre. Dispositif de couplage (300) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le moyen de retenu (350) de chaque élément roulant (310) comporte deux doigts (351) qui sont placés de part et d’autre de l’élément roulant (310) et qui s’étendent en saillie de l’une des faces du bras (340). Groupe motopropulseur (10) comportant : - une machine électrique (100) qui comprend un arbre de sortie (110), et - un réducteur de vitesse (200) comprenant un arbre primaire (210), l’un des arbre de sortie (110) et arbre primaire (210) présentant une extrémité creuse (111) et l’autre des arbre de sortie (110) et arbre primaire (210) présentant une première extrémité (211) qui est engagée à l’intérieur de ladite extrémité creuse (111), caractérisé en ce qu’il comporte en outre un dispositif de couplage (300) conforme à l’une des revendications précédentes, dont les éléments roulants (310) sont engagés dans des rainures (112, 212) pratiquées en creux sur ladite première extrémité (211) et dans ladite extrémité creuse (111), lesdites rainures (112, 212) s’étendant longitudinalement selon des axes parallèles à un axe de rotation (A1) de l’arbre de sortie. Groupe motopropulseur (10) selon la revendication précédente, dans lequel les rainures (112, 212) présentent, sur une partie au moins de leurs longueurs accueillant les éléments roulants (310), des sections uniformes en arc-de-cercle d’angles d’ouverture supérieures à 160°, de préférence compris entre 165° et 175°. Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 6 et 7, dans lequel l’extrémité creuse (111) est portée par l’arbre de sortie (110), lequel arbre de sortie (110) est formé d’au moins deux pièces (115, 116), dont l’une forme une bague (116) à l’intérieur de laquelle sont réalisées les rainures (112), lesdites rainures (112) s’étendant sur toute la longueur de la bague (116). Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 6 à 8, dans lequel la première extrémité (211) est portée par l’arbre primaire (210), et dans lequel les rainures (212) sont réalisées sur un manchon (210C) qui est fixé sur une autre partie (210A) de l’arbre primaire (210), ledit manchon (210C) présentant une portion de petit diamètre fixée à ladite autre partie (210C) de l’arbre primaire (210) et une portion de grand diamètre sur toute la longueur de laquelle s’étendent les rainures (212). Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 6 à 9, dans lequel chacune des rainures (212) pratiquées en creux sur ladite première extrémité (211) présente dans son fond une gorge (212A) d’accueil de l’un des bras (340) du dispositif de couplage (300). Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 6 à 10, dans lequel la machine électrique (100) est à flux axial.