FR2993615A1 - Mecanisme d'entrainement en rotation d'une roue a aubes au moyen d'un organe moteur - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un mécanisme d'entraînement en rotation d'une roue à aubes (1) au moyen d'un organe moteur, ledit mécanisme comprenant un palier à roulement présentant un organe tournant (2) et un système de couplage en rotation de ladite roue à aubes avec ledit organe tournant qui comprend une piste magnétique annulaire (11) présentant une alternance angulaire de paires de pôles permanents Nord et Sud ainsi qu'un anneau (12) réalisé en matériau magnétique à hystérésis, ladite piste magnétique étant solidaire de la roue à aubes (1) - ou de l'organe tournant (2) - et ledit anneau étant solidaire de l'organe tournant (2) - ou de la roue à aubes (1) -, ledit anneau étant disposé à une distance d'entrefer de la piste magnétique (11) pour être aimanté par elle afin d'assurer l'entraînement en rotation de la roue à aubes (1) par couplage magnétique entre ledit anneau et ladite piste magnétique, ledit système de couplage comprenant en outre un dispositif électromagnétique agencé pour générer un champ magnétique apte à moduler le couplage magnétique entre ledit anneau et la piste magnétique (11).
Description
L'invention concerne un mécanisme d'entraînement en rotation d'une roue à aubes au moyen d'un organe moteur ainsi qu'une pompe à eau de véhicule automobile intégrant un tel mécanisme pour entraîner en rotation une roue à aubes de mise en circulation d'un fluide au moyen d'un organe moteur.
On connaît des mécanismes d'entraînement pour pompe à eau de véhicule automobile comprenant un palier à roulement présentant un organe tournant destiné à être entraîné en rotation par un organe moteur, un organe fixe et des corps roulants disposés entre lesdits organes tournant et fixe pour permettre leur rotation relative. En particulier, l'organe fixe peut présenter un logement dans lequel la roue à aubes est montée en rotation par l'intermédiaire d'un axe fixe, ladite roue à aubes étant entraînée en rotation par l'intermédiaire de l'organe tournant.
Pour ce faire, le mécanisme comprend un système de couplage en rotation de la roue à aubes avec l'organe tournant, par exemple comprenant un élément de friction solidaire de l'organe tournant et un élément de friction solidaire de la roue à aubes, lesdits éléments étant mis en appui l'un sur l'autre pour être accouplés en rotation afin de transmettre un couple de rotation entre ledit organe tournant et ladite roue à aubes. Pour des raisons d'optimisation de l'énergie du moteur du véhicule automobile qui entraîne l'organe moteur, il est souhaitable de ne pouvoir utiliser la pompe à eau que lorsque la circulation du fluide de refroidissement est nécessaire, en particulier lorsque la température du moteur a atteint un certain seuil. A cette fin, on connaît l'utilisation d'un mécanisme d'entraînement qui est débrayable au moyen d'un système électromagnétique, ledit système permettant de décoller - respectivement de mettre en appui - les éléments de friction lorsque l'entraînement en rotation de la roue à aubes n'est pas souhaité - respectivement est souhaité -.
Toutefois, les solutions proposées ne donnent pas entièrement satisfaction en ce qu'elles comportent des parties mobiles en frottement, sujettes à usure et défaillance.
Par ailleurs, ces solutions ne permettent pas de régler la vitesse de rotation de la roue à aubes afin de pouvoir adapter la quantité de fluide mise en circulation par la roue à aubes en fonction notamment des besoins de refroidissement du moteur du véhicule automobile.
L'invention vise à perfectionner l'art antérieur en proposant notamment un mécanisme d'entraînement dépourvu de partie mobile en frottement et dans lequel la vitesse de rotation de la roue à aubes peut être réglée de façon simple et fiable en pouvant être intégré dans un encombrement réduit, notamment en permettant le débrayage de l'entraînement en rotation de la roue à aubes.
A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un mécanisme d'entraînement en rotation d'une roue à aubes au moyen d'un organe moteur, ledit mécanisme comprenant un palier à roulement présentant un organe tournant destiné à être entraîné en rotation par ledit organe moteur, un organe fixe et des corps roulants disposés entre lesdits organes tournant et fixe pour permettre leur rotation relative, ledit mécanisme comprenant un système de couplage en rotation de ladite roue à aubes avec ledit organe tournant, ledit système de couplage comprenant une piste magnétique annulaire présentant une alternance angulaire de paires de pôles permanents Nord et Sud ainsi qu'un anneau réalisé en matériau magnétique à hystérésis, ladite piste magnétique étant solidaire de la roue à aubes - ou de l'organe tournant - et ledit anneau étant solidaire de l'organe tournant - ou de la roue à aubes -, ledit anneau étant disposé à une distance d'entrefer de la piste magnétique pour être aimanté par elle afin d'assurer l'entraînement en rotation de la roue à aubes par couplage magnétique entre ledit anneau et ladite piste magnétique, ledit système de couplage comprenant en outre un dispositif électromagnétique agencé pour générer un champ magnétique apte à moduler le couplage magnétique entre ledit anneau et la piste magnétique pour pouvoir faire varier la vitesse de rotation de la roue à aubes. Selon un deuxième aspect, l'invention propose une pompe à eau de véhicule automobile comprenant un organe moteur et une roue à aubes de mise en circulation d'un fluide, ladite pompe intégrant un tel mécanisme pour entraîner en rotation ladite roue à aubes au moyen dudit organe moteur. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - les figures 1 sont des représentations en perspective coupée d'un mécanisme d'entraînement selon un mode de réalisation de l'invention, respectivement en vue avant (figure 1 a) et arrière (figure 1b) ; - la figure 2 est une représentation en coupe longitudinale du mécanisme des figures 1. En relation avec les figures, on décrit ci-dessous un mécanisme d'entraînement en rotation d'une roue à aubes 1 au moyen d'un organe moteur. En particulier, ce mécanisme est destiné à être intégré dans une pompe à eau de véhicule automobile qui comprend un organe moteur et une roue à aubes 1 de mise en circulation d'un fluide, ladite roue à aubes étant entraînée en rotation au moyen dudit organe moteur afin de mettre en circulation ledit fluide pour assurer le refroidissement du moteur dudit véhicule. L'organe moteur peut par exemple comprendre une courroie, une chaîne ou une poulie entraînée en rotation par le moteur du véhicule automobile. Le mécanisme d'entraînement comprend un palier à roulement présentant un organe tournant 2 destiné à être entraîné en rotation par l'organe moteur, un organe fixe 3 et des corps roulants 4 disposés entre lesdits organes tournant et fixe pour permettre leur rotation relative. Dans cette description, les termes de positionnement dans l'espace sont pris en référence à l'axe A de rotation du palier. En particulier, le terme « intérieur » est relatif à une disposition proche de cet axe A, le terme « extérieur » est relatif à une disposition à distance de cet axe A, le terme « axial » est relatif à une disposition suivant cet axe A et le terme « radial » est relatif à une disposition perpendiculaire à cet axe A. Dans le mode de réalisation représenté, l'organe fixe comprend un carter 3 autour duquel est monté un roulement comprenant une bague intérieure fixe 5 emmanchée sur ledit carter et une bague extérieure tournante 2, deux rangées de billes 4 étant disposées entre lesdites bagues pour permettre la rotation de la bague tournante 2 autour de la bague fixe 5. En outre, la bague tournante 2 présente une portée extérieure cylindrique 2a autour de laquelle l'organe moteur est reçu afin d'être entraînée en rotation par lui. Le carter 3 est équipé d'un flasque 6 de montage étanche de la pompe à eau sur le circuit de circulation du fluide, la roue à aubes 1 étant montée dans un logement 7 formé à l'intérieur dudit flasque pour pouvoir être disposée dans ledit circuit afin que sa rotation induise la circulation dudit fluide. Le logement 7 est équipé d'un axe fixe 8 sur lequel le disque 9 de la roue à aubes 1 est monté en libre rotation, ledit disque portant des aubes 10 de mise en circulation du fluide.
Pour assurer l'entraînement en rotation de la roue à aubes 1 par l'organe tournant 2, le mécanisme comprend un système de couplage qui comprend une piste magnétique annulaire 11 présentant une alternance angulaire de paires de pôles permanents Nord et Sud ainsi qu'un anneau 12 réalisé en matériau magnétique à hystérésis, par exemple de type ferrite frittée.
Dans le mode de réalisation représenté, la piste magnétique 11 est solidaire de la roue à aubes 1 et l'anneau 12 est solidaire de la bague tournante 2 au moyen d'un flasque 13 qui est serti dans ladite bague, ledit flasque présentant une portée axiale 14 sur laquelle l'anneau 12 est fixé. En variante, la piste magnétique 11 peut être solidaire de l'organe tournant 2 et l'anneau 12 de la roue à aubes 1 puisque c'est la rotation relative entre ces deux éléments qui induit le couplage électromagnétique.
La piste magnétique multipolaire 11 est formée sur la surface extérieure d'au moins un aimant permanent 15, par exemple par une succession angulaire d'aimants 15 à polarité inversée ou par un anneau de matériau magnétique aimanté avec une alternance angulaire de paires de pôles permanents Nord et Sud. En particulier, l'aimant 15 peut être réalisé à base de terre rare ou de ferrite. Dans le mode de réalisation représenté, le disque 9 de la roue à aubes 1 présente une couronne extérieure axiale 16 sur l'extérieur de laquelle l'aimant 15 est fixé afin que la piste magnétique multipolaire 11 soit disposée concentriquement à l'anneau 12. En outre, le carter 3 présente une portée annulaire axiale 17 qui relie le fond du logement 7 avec le flasque 6, ladite portée étant réalisée en matériau amagnétique, l'anneau 12 et la piste magnétique 11 étant disposés de part et d'autre de ladite portée. En particulier, le carter 3 peut être réalisé en matériau plastique, en aluminium ou en inox. L'anneau 12 est disposé à une distance d'entrefer de la piste magnétique 11 pour être aimantée par elle afin d'assurer l'entraînement en rotation de la roue à aubes 1 par couplage magnétique entre ledit anneau et ladite piste magnétique.
Ainsi, par effet de saturation du matériau magnétique à hystérésis, l'anneau 12 possède un nombre de pôles magnétiques identique à celui de la piste magnétique 11 afin d'être synchronisé en rotation avec la roue à aubes 1 dans la limite du couple transmissible.
Dans le mode de réalisation représenté, un jeu annulaire radial est formé entre l'anneau 12 et l'aimant 15 afin que le couplage magnétique soit réalisé radialement avec l'aimant 15 concentrique à l'anneau 12. En variante, le couplage magnétique peut être réalisé axialement en disposant l'aimant 15 axialement à une distance d'entrefer de l'anneau 12, ladite distance permettant l'aimantation dudit anneau par ledit aimant. Le système de couplage comprend en outre un dispositif électromagnétique disposé à une distance d'entrefer de l'anneau 12, ledit dispositif 2 9936 15 6 électromagnétique étant agencé pour générer un champ magnétique apte à moduler le couplage magnétique entre ledit anneau et la piste magnétique 11 pour pouvoir faire varier la vitesse de rotation de la roue à aubes 1. Ainsi, en prévoyant une pompe à eau dont le mécanisme d'entraînement comprend un 5 tel système de couplage, on peut faire varier la vitesse de rotation de la roue à aubes 1, et donc le débit de la pompe, en fonction des besoins. Le couplage est réalisé magnétiquement sans contact, notamment sans friction, et la variation de la vitesse de rotation de la roue à aubes 1 par rapport à celle 10 de l'organe moteur est réalisée sans déplacement d'éléments mécaniques, de sorte que le mécanisme est sans usure et sans entretien. De façon avantageuse, le dispositif électromagnétique peut être apte à annuler le couplage électromagnétique entre l'anneau 12 et la piste magnétique 11 afin de débrayer l'entraînement en rotation de la roue à aubes 1 par l'organe moteur. 15 En relation avec les figures, le dispositif électromagnétique comprend une pluralité d'électroaimants 18 qui sont répartis angulairement à une distance d'entrefer autour de l'anneau 12. En particulier, les électroaimants 18 sont disposés à l'opposé de la piste magnétique 11 par rapport à l'anneau 12 en 20 formant un jeu annulaire radial entre lesdits électroaimants et ledit anneau. Chaque électroaimant 18 est solidaire de l'organe fixe 3 en étant disposé dans un compartiment 19 prévu sur l'arrière du flasque 6, lesdits électroaimants comprenant un bobinage 20 conducteur d'électricité, par exemple en cuivre, qui 25 est disposé autour d'un noyau 21, par exemple en fer doux, pour que la circulation dudit courant induise un champ magnétique. En particulier, les noyaux 21 sont disposés en regard radial de la piste magnétique 11. En variante, les électroaimants 18 peuvent être implantés sur un circuit imprimé. 30 Le dispositif électromagnétique comprend en outre une unité de pilotage du courant électrique alimentant les électroaimants 18 pour générer un champ magnétique apte à modifier l'aimantation de l'anneau 12 qui est induite par la piste magnétique 11. En particulier, la modification de l'aimantation permet d'obtenir un couplage électromagnétique de rapport inférieur à 1 en présentant un glissement qui peut être piloté afin de faire varier la vitesse de rotation de la roue à aubes 1 et/ou de débrayer son entraînement en fonction des besoins.
Pour faire varier l'aimantation de l'anneau 12 et donc le couplage magnétique avec l'aimant 15, l'unité de pilotage est apte à faire varier l'intensité du courant électrique et/ou le nombre d'électroaimants 18 alimentés par ledit courant. En outre, le dispositif électromagnétique peut être apte à générer un champ magnétique qui est synchronisé en rotation avec le champ magnétique généré par la piste magnétique 11, notamment en alimentant les électroaimants 18 de manière alternée. De façon avantageuse, le nombre d'électroaimants 18 peut être égal au nombre de paires de pôles de la piste magnétique 11 pour que chaque électroaimant puisse plus particulièrement modifier l'aimantation de l'anneau 12 qui est induite par une paire de pôles.
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Mécanisme d'entraînement en rotation d'une roue à aubes (1) au moyen d'un organe moteur, ledit mécanisme comprenant un palier à roulement présentant un organe tournant (2) destiné à être entraîné en rotation par ledit organe moteur, un organe fixe (3) et des corps roulants (4) disposés entre lesdits organes tournant et fixe pour permettre leur rotation relative, ledit mécanisme comprenant un système de couplage en rotation de ladite roue à aubes avec ledit organe tournant, ledit mécanisme étant caractérisé en ce que ledit système de couplage comprend une piste magnétique annulaire (11) présentant une alternance angulaire de paires de pôles permanents Nord et Sud ainsi qu'un anneau (12) réalisé en matériau magnétique à hystérésis, ladite piste magnétique étant solidaire de la roue à aubes (1) - ou de l'organe tournant (2) - et ledit anneau étant solidaire de l'organe tournant (2) - ou de la roue à aubes (1) -, ledit anneau étant disposé à une distance d'entrefer de la piste magnétique (11) pour être aimanté par elle afin d'assurer l'entraînement en rotation de la roue à aubes (1) par couplage magnétique entre ledit anneau et ladite piste magnétique, ledit système de couplage comprenant en outre un dispositif électromagnétique agencé pour générer un champ magnétique apte à moduler le couplage magnétique entre ledit anneau et la piste magnétique (11) pour pouvoir faire varier la vitesse de rotation de la roue à aubes (1).
- 2. Mécanisme d'entraînement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif électromagnétique comprend une pluralité d'électroaimants (18) qui sont répartis angulairement autour de l'anneau (12), ledit dispositif comprenant en outre une unité de pilotage d'un courant électrique alimentant lesdits électroaimants pour générer un champ magnétique apte à modifier l'aimantation de l'anneau (12) qui est induite par la piste magnétique (11).
- 3. Mécanisme d'entraînement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif électromagnétique comprend un nombre d'électroaimants (18) qui est égal au nombre de paires de pôles de la piste magnétique (11).
- 4. Mécanisme d'entraînement selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'unité de pilotage est apte à faire varier l'intensité du courant électrique et/ou le nombre d'électroaimants (18) alimentés par ledit courant.
- 5. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que les électroaimants (18) sont implantés sur un circuit imprimé.
- 6. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le dispositif électromagnétique est apte à générer un champ magnétique qui est synchronisé en rotation avec le champ magnétique généré par la piste magnétique (11).
- 7. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif électromagnétique est apte à annuler le couplage électromagnétique entre l'anneau (12) et la piste magnétique (11) afin de débrayer l'entraînement en rotation de la roue à aubes (1) par l'organe moteur.
- 8. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif électromagnétique est solidaire de l'organe fixe (3).
- 9. Mécanisme d'entraînement selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'organe fixe (3) présente une portée annulaire (17) réalisée en matériau amagnétique, l'anneau (12) et la piste magnétique (11) étant disposés de part et d'autre de ladite portée.
- 10. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la piste magnétique (11) est formée par au moins un aimant permanent (15).
- 11. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la piste magnétique (11) est disposée concentriquement à l'anneau (12).
- 12. Mécanisme d'entraînement selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que l'organe fixe comprend un carter (3) autour duquel est montée une bague tournante (2) présentant une portée extérieure (2a) qui est agencée pour recevoir l'organe moteur.
- 13. Pompe à eau de véhicule automobile comprenant un organe moteur et une roue à aubes (1) de mise en circulation d'un fluide, ladite pompe intégrant un mécanisme selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 pour entraîner en rotation ladite roue à aubes au moyen dudit organe moteur.
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