FR3028902A1

FR3028902A1 - Palier a roulement

Info

Publication number: FR3028902A1
Application number: FR1461313A
Authority: FR
Inventors: Quemin Jean-Francois Charvet; Christophe Duret; Gilles Faugeras; Sylvain Todeschini
Original assignee: NTN SNR Roulements SA
Current assignee: NTN EUROPE, FR
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-27
Anticipated expiration: 2034-11-21
Also published as: FR3028902B1

Abstract

L'invention concerne un palier à roulement comprenant deux organes respectivement tournant et fixe entre lesquels des corps roulants sont disposés pour permettre la rotation dudit organe tournant par rapport audit organe fixe, ledit palier étant équipé d'un dispositif de détermination d'au moins une information relative à la rotation de l'organe tournant, ledit dispositif comprenant un codeur apte à générer un signal représentatif de sa rotation, ledit codeur étant solidarisé à l'organe tournant de sorte à se déplacer conjointement à lui, ledit dispositif comprenant un capteur apte à déterminer ladite information par lecture du signal généré par ledit codeur, ledit capteur étant disposé dans un boîtier (23) de montage sur l'organe fixe, ledit boîtier étant équipé d'au moins une portée extérieure (29) qui est associée à une portée complémentaire (30) de l'organe fixe en disposant ledit capteur à distance de lecture du signal généré par le codeur (13), ledit boîtier présentant des passages (28) permettant un accès à l'organe tournant.

Description

1 L'invention concerne un palier à roulement comprenant deux organes respectivement tournant et fixe entre lesquels des corps roulants sont disposés pour permettre la rotation dudit organe tournant par rapport audit organe fixe.

L'invention concerne également un système comprenant un arbre tournant monté dans un carter au moyen d'un tel palier à roulement, ledit carter présentant un logement dans lequel l'organe fixe est monté et ledit arbre présentant un embout sur lequel l'organe tournant est monté afin de guider en rotation ledit arbre dans ledit carter.

Dans une application particulière, le système permet la transmission d'un couple par l'intermédiaire de l'arbre, par exemple en étant intégré à un moteur électrique de traction d'un véhicule automobile.

Dans ce type de système, on peut souhaiter connaître en temps réel et avec une fiabilité optimale au moins une information relative à la rotation de l'arbre, par exemple un paramètre de rotation tel que sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de rotation.

Pour ce faire, on connaît des dispositifs comprenant un codeur apte à générer un signal représentatif de sa rotation et un capteur apte à déterminer une telle information par lecture du signal généré. Ainsi, en solidarisant en rotation le codeur à l'arbre et en disposant le capteur à distance de lecture du signal généré, on peut déterminer au moins une information relative à la rotation de l'arbre.

Toutefois, dans les systèmes considérés, la fixation du capteur au carter et le montage du codeur solidairement à l'arbre s'avèrent problématiques, notamment relativement à la distance de lecture qui peut varier à cause de la température, des vibrations et/ou des différents cas de charge.

Ainsi, le signal lu par le capteur varie en intensité, ce qui nuit à la fiabilité de la détermination de l'information de rotation, sauf à surdimensionner le codeur, ce qui le rend alors plus coûteux et plus difficilement intégrable dans le système.

3028902 2 L'invention vise à résoudre les problèmes de l'art antérieur en proposant notamment un palier à roulement dans lequel le capteur est intégré de façon perfectionnée afin de pouvoir limiter les variations de distance de lecture du 5 signal généré par le codeur, rendant ainsi le palier particulièrement adapté pour déterminer de façon fiable une information de rotation d'un arbre monté dans un carter au moyen dudit palier. A cet effet, selon un premier aspect, l'invention propose un palier à roulement 10 comprenant deux organes respectivement tournant et fixe entre lesquels des corps roulants sont disposés pour permettre la rotation dudit organe tournant par rapport audit organe fixe, ledit palier étant équipé d'un dispositif de détermination d'au moins une information relative à la rotation de l'organe tournant, ledit dispositif comprenant un codeur apte à générer un signal représentatif de sa 15 rotation, ledit codeur étant solidarisé à l'organe tournant de sorte à se déplacer conjointement à lui, ledit dispositif comprenant un capteur apte à déterminer ladite information par lecture du signal généré par ledit codeur, ledit capteur étant disposé dans un boîtier de montage sur l'organe fixe, ledit boîtier étant équipé d'au moins une portée extérieure qui est associée à une portée complémentaire 20 de l'organe fixe en disposant ledit capteur à distance de lecture du signal généré par le codeur, ledit boîtier présentant des passages permettant un accès à l'organe tournant. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un système comprenant un arbre 25 tournant monté dans un carter au moyen d'un tel palier à roulement, ledit carter présentant un logement dans lequel l'organe fixe est monté et ledit arbre présentant un embout autour duquel l'organe tournant est monté afin de guider en rotation ledit arbre dans ledit carter.

30 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit, faite en référence aux figures jointes, dans lesquelles : 3028902 3 - les figures 1 et 2 sont des représentations schématiques partielles d'un système selon un premier mode de réalisation de l'invention, respectivement en perspective (figure 1) et en vue de face (figure 2) ; - les figures 3 sont des représentations en coupe selon respectivement la 5 ligne AA (figure 3a) et la ligne BB (figure 3b) de la figure 2 ; - les figures 4 et 5 sont des représentations schématiques partielles d'un système selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, respectivement en perspective (figure 4) et en vue de face (figure 5) ; - les figures 6 sont des représentations en coupe selon respectivement la 10 ligne AA (figure 6a) et la ligne BB (figure 6b) de la figure 5 ; - la figure 7 est une représentation schématique partielle en perspective d'un système selon une variante du deuxième mode de réalisation de l'invention.

15 En relation avec ces figures, on décrit un système comprenant un carter 1 dans lequel au moins un arbre 2 est monté en rotation par l'intermédiaire d'au moins un palier à roulement. Dans une application particulière, le système permet la transmission d'un couple par l'intermédiaire d'un arbre tournant 2, par exemple en étant intégré à un moteur électrique de traction d'un véhicule automobile.

20 Le palier à roulement comprend deux organes respectivement fixe extérieur 3 et tournant intérieur 4 entre lesquels des corps roulants 5 sont disposés pour permettre la rotation dudit organe intérieur par rapport audit organe extérieur autour d'un axe A. Dans la description, les termes « extérieur » et « intérieur » 25 sont définis par rapport à l'axe A de rotation du palier, respectivement pour une localisation éloignée et proche dudit axe. En variante, l'organe tournant pourrait être extérieur par rapport à un organe intérieur fixe. Dans les modes de réalisation représentés, le palier à roulement est de type 30 roulement à billes dans lequel des corps roulants sphériques 5 sont disposés entre des pistes de roulements de bagues respectivement extérieure 3 et intérieure 4. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à une structure de palier à roulement particulière.

3028902 4 Pour assurer le guidage en rotation de l'arbre 2 dans le carter 1, l'organe extérieur 3 est solidaire du carter 1 et l'arbre 2 présente un embout 6 autour duquel l'organe intérieur 4 est monté. Plus précisément, le carter 1 présente un logement 7 dans 5 lequel la paroi périphérique de l'organe extérieur 3 est emmanchée. Dans les modes de réalisation représentés, le logement 7 est formé à l'intérieur d'un manchon 8 qui est interposé entre le carter 1 et l'organe extérieur 3. De façon avantageuse, le manchon 8 est réalisé en un matériau, notamment à base 10 d'un polymère thermoplastique, permettant de compenser la différence de dilatation thermique entre le carter 1, typiquement réalisé en aluminium, et l'organe extérieur 3, typiquement réalisé en acier à roulement, afin de garantir le maintien du palier dans le carter 1 sur une plage de température étendue.

15 L'embout 6 présente une portée périphérique 9 autour de laquelle l'organe intérieur 4 est monté, ladite portée présentant un rebord 10 sur lequel une portée complémentaire dudit organe intérieur est en butée axiale du côté interne. Dans la description, les termes « externe » et « interne » sont définis respectivement pour une localisation vers le bas et vers le haut sur les figures 3 et 6.

20 En particulier, l'organe intérieur 4 présente un alésage 11 qui peut être emmanché sur la portée 9, le rebord 10 définissant la fin de course dudit emmanchement. Par ailleurs, l'arbre 2 présente un alésage 12 s'étendant notamment à l'intérieur de la portée périphérique 9.

25 Le palier est équipé d'un dispositif de détermination d'au moins une information relative à la rotation de l'organe intérieur 4 et donc de celle de l'arbre 2, par exemple un paramètre de rotation tel que sa position, sa vitesse, son accélération ou son sens de rotation. En particulier, cette information peut être utilisée par une 30 unité de gestion du système, notamment relativement à la gestion d'un moteur électrique de traction d'un véhicule automobile.

3028902 5 Le dispositif de détermination comprend un codeur 13 apte à générer un signal représentatif de sa rotation et un capteur 14 apte à déterminer l'information par lecture du signal généré par ledit codeur. En particulier, le codeur 13 peut présenter une piste annulaire de génération du signal.

5 Selon une réalisation, le codeur 13 est apte à émettre un champ magnétique périodique, par exemple en comprenant au moins deux pôles magnétiques Nord et Sud qui sont disposés pour délivrer un signal magnétique pseudo sinusoïdal.

10 A titre d'exemple, le codeur 13 peut être formé d'un aimant sur lequel les pôles magnétiques sont formés. En particulier, l'aimant peut comprendre une matrice, par exemple réalisée à base d'un matériau plastique ou élastomère, dans laquelle sont dispersées des particules magnétiques, notamment des particules de ferrite ou de terres rares comme le NdFeB, qui sont aimantées suivant la 15 succession de pôles. En relation avec un tel codeur 13, le document WO-2006/064169 décrit un capteur 14 agencé pour délivrer deux signaux respectivement SIN et COS en quadrature et de même amplitude qui sont chacun représentatifs du champ 20 magnétique, lesdits signaux pouvant être utilisés pour déterminer l'information de rotation du codeur 13. En particulier, le capteur 14 peut comprendre au moins un élément sensible 15, notamment choisi parmi les sondes magnétosensibles, par exemple à effet Hall, 25 et/ou les sondes à base de magnétorésistances à effet tunnel (TMR), de magnétorésistances anisotropes (AMR) ou de magnétorésistances géantes (GMR). Le codeur 13 est solidarisé à l'organe intérieur 4 de sorte à se déplacer 30 conjointement audit organe pour générer un signal qui est représentatif de la rotation de l'arbre 2 à l'intérieur du carter 1. Dans les modes de réalisation représentés, le codeur 13 est disposé en regard axial des alésages 11, 12 de respectivement l'organe intérieur 4 et l'arbre 2.

3028902 6 Cette position centrale du codeur 13 autour de l'axe de rotation A permet notamment de diminuer le diamètre et donc la vitesse tangentielle de la piste magnétique dudit codeur, permettant ainsi de fiabiliser la lecture du signal 5 généré. Sur les figures, le codeur 13 est cylindrique pour une lecture axiale du signal par le capteur 14. En variante, le codeur 13 peut être annulaire pour une lecture radiale au moyen d'un capteur 14 disposé à l'intérieur dudit codeur. Le codeur 13 peut être disposé à l'intérieur de l'alésage 12 de l'arbre 2 afin de 10 limiter l'encombrement axial du système. Sur les figures, le codeur 13 est équipé d'une armature de montage 16, par exemple réalisée en tôle métallique, qui présente un disque radial 17 sur lequel ledit codeur est associé, par exemple par surmoulage ou par collage.

15 Le disque 17 est relié à une couronne radiale 18 par une paroi axiale 19, ladite couronne étant située du côté externe du disque 17 pour décaler axialement le codeur 13 dans l'alésage 12. Par ailleurs, la couronne 18 est disposée en regard axial de l'extrémité de l'arbre 2 et la longueur de la paroi axiale 19 permet de pouvoir intégrer un codeur 13 massif délivrant un champ magnétique d'intensité 20 importante. La couronne 18 est équipée d'une portée extérieure 20 d'association à l'organe intérieur 4, ladite portée assurant également le centrage du codeur 13 par rapport à l'axe de rotation A. Sur les figures, l'alésage 11 de l'organe intérieur 4 est 25 équipé d'une rainure annulaire 21 dans laquelle est immobilisé, par exemple par sertissage ou clipsage, un bourrelet extérieur 22 d'une portée axiale 20 d'association, ledit bourrelet étant maintenu radialement dans ladite rainure par la portée périphérique 9 de l'embout 6.

30 Le capteur 14 est disposé dans un boîtier 23 de montage sur l'organe extérieur 3, ledit boîtier présentant un compartiment central 24 dans lequel ledit capteur est disposé pour être en regard axial du codeur 13. Sur les figures, le capteur 14 3028902 7 est schématisé avec un circuit imprimé 25 sur lequel au moins un élément sensible 15 est disposé. Le compartiment central 24 est équipé d'un capot interne 26 au travers duquel le 5 signal du codeur 13 est lu. De façon avantageuse, le capot 26 est réalisé en matériau plastique, notamment pour être à base d'un matériau non magnétique, afin de ne pas perturber le signal délivré par un codeur 13 magnétique. Le boîtier 23 présente des passages 28 permettant un accès à l'organe intérieur 10 4, notamment en étant de géométrie adaptée pour qu'un outil puisse s'y engager afin d'assurer l'emmanchement de l'organe intérieur 4 sur l'embout 6 de l'arbre 2. Ainsi, le palier équipé du dispositif de détermination peut être monté en une seule 15 opération dans le système, le capteur 14 dans son boîtier 23 pouvant ensuite être éventuellement démonté à fin de remplacement. Pour assurer le maintien du compartiment 24 en position centrale à distance de lecture du codeur 13, le boîtier 23 selon les figures 1 à 6 est équipé de bras 27 20 qui s'étendent radialement vers l'extérieur. En particulier, le boîtier 23 peut être formé d'une seule pièce, par exemple par moulage d'un matériau plastique, en présentant un compartiment central 24 de la périphérie duquel les bras 27 s'étendent radialement.

25 Les bras 27 sont espacés circonférentiellement pour former entre eux les passages 28. Sur les figures, trois bras 27 à 120° sont prévus en s'étendant angulairement sur moins de 40°. Au moins deux des bras 27 présentent chacun une portée extérieure 29 qui est 30 associée à une portée complémentaire 30 de l'organe extérieur 3 en disposant le capteur 14 à distance de lecture du signal généré par le codeur 13. En particulier, la disposition des bras 27 permet de garantir, en au moins deux points, l'immobilisation du capteur 14 par rapport au codeur 13, notamment en rigidifiant 3028902 8 le boîtier 23 pour limiter les possibilités de vibration du capteur 14 en regard du codeur 13, ce qui contribue à améliorer la fiabilité de la détermination du paramètre de rotation.

5 Sur les figures 1 à 6, les portées d'association 29 sont formées sur les extrémités libres des bras 27, notamment en s'étendant circonférentiellement sur lesdites extrémités de sorte à pouvoir être emmanchées dans une portée 30 de géométrie complémentaire.

10 En relation avec la variante de la figure 7, les bras sont reliés circonférentiellement entre eux pour former un disque plein 23a dans lequel les passages 28 sont sous la forme d'orifices axiaux qui sont réalisés en regard de l'organe intérieur 4, la portée 29 d'association s'étendant alors sur la périphérie dudit disque.

15 L'organe extérieur 3 présente une couronne latérale 31 qui s'étend axialement et sur laquelle la portée complémentaire 30 est formée. Plus précisément, la couronne 31 s'étend radialement entre une paroi extérieure axiale, dont le diamètre est sensiblement égal à celui de la paroi périphérique d'emmanchement 20 de l'organe extérieur 3 dans le logement 7, et une paroi intérieure axiale, dont le diamètre est supérieur au diamètre intérieur de l'organe extérieur 3. En relation avec le premier mode de réalisation représenté (figures 1 à 3), la portée complémentaire 30 est formée sur la paroi intérieure et permet 25 d'immobiliser la portée 29 d'association, par exemple par sertissage ou clipsage, notamment en présentant une rainure 32 dans laquelle un bourrelet annulaire extérieur 33 de ladite portée d'association peut venir se loger. En relation avec le deuxième mode de réalisation représenté (figures 4 à 7), la 30 portée complémentaire 30 est formée sur la paroi extérieure et permet d'immobiliser la portée 29 d'association, par exemple par sertissage ou clipsage, notamment en présentant une rainure 34 dans laquelle un bourrelet annulaire intérieur 35 de ladite portée peut venir se loger.

3028902 9 De façon avantageuse, le boîtier 23 de montage peut être agencé pour pouvoir exercer un effort axial de précharge sur l'organe extérieur 3 par l'intermédiaire des portées d'association 29 et/ou par appui direct sur la face de l'organe 5 extérieur 3. En particulier, le boîtier 23 de montage peut comprendre au moins une zone déformable élastiquement par appui axial de sorte, en prévoyant un tel appui lors du montage du système, que la déformation induise la précharge. En variante, des ressorts de précontrainte peuvent être disposés au travers des passages 28 pour assurer un effort de précharge sur l'organe extérieur 3.

10 Le boîtier 23 peut présenter une extension 36 qui s'étend radialement au-delà de la portée complémentaire 30, ladite extension empêchant notamment une rotation relative du boîtier 23 par rapport à l'organe extérieur 3. En particulier, l'extension 36 peut être formée dans le prolongement radial d'un bras 27 (figures 15 1 à 6) ou de la périphérie du disque 23a (figure 7). Plus précisément, une extension 36 est formée sur l'extrémité libre d'un bras 27, ladite extrémité libre étant dépourvue de portée 29 d'association (figures 1 à 3) ou la portée 29 d'association s'étendant de part et d'autre de ladite extension 20 (figures 4 à 6). En relation avec les figures, la portée complémentaire 30 de la couronne 31 présente un évidement 37 dans lequel l'extension 36 est disposée, ledit évidement étant ouvert axialement du côté externe pour permettre la disposition 25 de ladite extension, les dimensions circonférentielles dudit évidement et de ladite extension étant analogues pour empêcher leur rotation relative. En outre, le logement 7 présente une encoche 38 dans laquelle l'extension 36 est disposée, notamment lors de l'emmanchement de l'organe intérieur 4 sur 30 l'embout 6, ladite encoche étant agencée pour empêcher une rotation relative du boîtier 23 par rapport au carter 1. Ainsi, avec l'encoche 38 en regard radial de l'évidement 37 et l'extension 36 traversant les deux, on bloque en rotation l'ensemble boîtier 23 / organe extérieur 3 / carter 1, de sorte à limiter la reptation 3028902 10 dudit organe dans son logement 7 et à fiabiliser la détermination du paramètre de rotation. Dans les modes de réalisation représentés, le boîtier présente un conduit 39 dans 5 lequel une liaison filaire du capteur 14 est disposée, ledit conduit débouchant dans le compartiment central 24 pour être relié au circuit imprimé 25. Par ailleurs, le conduit 39 débouche extérieurement dans l'extension 36 afin que la liaison filaire soit disponible à l'extérieur du carter 1, ladite extension pouvant dépasser radialement dudit carter (figures 1 à 3) ou être inscrit dans le diamètre extérieur 10 dudit carter (figures 4 à 7).

Claims

REVENDICATIONS1. Palier à roulement comprenant deux organes respectivement tournant (4) et fixe (3) entre lesquels des corps roulants (5) sont disposés pour permettre la rotation dudit organe tournant par rapport audit organe fixe, ledit palier étant équipé d'un dispositif de détermination d'au moins une information relative à la rotation de l'organe tournant (4), ledit dispositif comprenant un codeur (13) apte à générer un signal représentatif de sa rotation, ledit codeur étant solidarisé à l'organe tournant (4) de sorte à se déplacer conjointement à lui, ledit dispositif comprenant un capteur (14) apte à déterminer ladite information par lecture du signal généré par ledit codeur, ledit capteur étant disposé dans un boîtier (23) de montage sur l'organe fixe (3), ledit palier étant caractérisé en ce que ledit boîtier est équipé d'au moins une portée extérieure (29) qui est associée à une portée complémentaire (30) de l'organe fixe (3) en disposant ledit capteur à distance de lecture du signal généré par le codeur (13), ledit boîtier présentant des passages (28) permettant un accès à l'organe tournant (4).
2. Palier à roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le boîtier (23) est équipé de bras (27) qui s'étendent radialement vers l'extérieur en étant espacés circonférentiellement pour former entre eux les passages (28), au moins deux desdits bras présentant chacun une portée (29) d'association.
3. Palier à roulement selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe tournant (4) présente un alésage (11) en regard axial duquel le codeur (13) est disposé, le boîtier (23) présentant un compartiment central (24) dans lequel le capteur (14) est disposé.
4. Palier à roulement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le codeur (13) est équipé d'une armature (16) de montage qui présente une portée extérieure (20) associée à l'organe tournant (4). 3028902 12
5. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le boîtier (23) présente une extension (36) qui s'étend radialement au-delà de la portée complémentaire (30). 5
6. Palier à roulement selon la revendication 5, caractérisé en ce que la portée complémentaire (30) présente un évidement (37) dans lequel l'extension (36) est disposée afin d'empêcher une rotation relative du boîtier (23) par rapport à l'organe fixe (3). 10
7. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'organe fixe (3) présente une couronne latérale (31) qui s'étend axialement, la portée complémentaire (30) étant formée sur ladite couronne. 15
8. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le boîtier (23) présente un conduit (39) dans lequel une liaison filaire du capteur (14) est disposée.
9. Palier à roulement selon la revendication 8 lorsqu'elle dépend de la 20 revendication 5, caractérisé en ce que le conduit (39) débouche extérieurement dans l'extension (36).
10. Palier à roulement selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le boîtier (23) de montage est agencé pour pouvoir exercer 25 un effort axial de précharge sur l'organe fixe (3).
11. Système comprenant un arbre tournant (2) monté dans un carter (1) au moyen d'un palier à roulement selon l'une quelconque des revendications précédentes, ledit carter présentant un logement (7) dans lequel l'organe fixe (3) 30 est monté et ledit arbre présentant un embout (6) autour duquel l'organe tournant (4) est monté afin de guider en rotation ledit arbre dans ledit carter. 3028902 13
12. Système selon la revendication 11 lorsqu'elle se rattache à la revendication 5, caractérisé en ce que le logement (7) présente une encoche (38) dans laquelle l'extension (36) est disposée, ladite encoche étant agencée pour empêcher une rotation relative du boîtier (23) par rapport au carter (1).
13. Système selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que l'arbre (2) présente un alésage (12) dans lequel le codeur (13) est disposé.