TITRE : PALIER INSTRUMENTÉ INTÉGRANT UN COLLECTEUR DE COURANT DE FUITE ET

UN BLINDAGE MAGNÉTIQUE

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

[0001] L’invention se rapporte à un palier instrumenté destiné à guider en rotation un équipage mobile par rapport à un support, l’équipage mobile devant être relié électriquement au support.

ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE

[0002] Les moteurs de véhicules électriques/hybrides sont sujets à des défaillances dues à passage de courant dans les paliers à roulement qui les équipent. Ces courants de fuite peuvent également affecter les mesures ou entraîner des défaillances des capteurs dont peuvent être équipés ces paliers.

[0003] Il existe des systèmes de retour de courant par balais graphite, ou mieux, fibre de carbone, comme décrit par exemple dans le document EP 1 872463, prétendus inusables et sans maintenance. Il s’agit cependant d’un composant non intégré à ajouter au moteur, qui nécessite une opération de montage supplémentaire, et contribue à encombrement axial supplémentaire.

[0004] Dans le document DE 199 10 130 Al est décrit un dispositif de mesure d’impulsions destiné à être fixé sur un arbre tournant pour en déterminer la vitesse de révolution, qui intègre une liaison électrique de retour de courants de fuite. Ce capteur d’impulsion comporte une bague extérieure fixe, formant une piste de guidage annulaire, une bague intérieure formant une piste de guidage annulaire située en regard de la piste de guidage de la bague extérieure, la bague intérieure étant mobile par rapport à la bague extérieure autour d’un axe de révolution qui est un axe de symétrie de révolution de la piste de guidage de la bague extérieure et de la piste de guidage de la bague intérieure, un codeur annulaire solidaire de la bague intérieure, un ensemble capteur solidaire de la bague extérieure, l’ensemble capteur comportant une tête de lecture positionnée en regard et à une distance de lecture du codeur annulaire, et un collecteur de courant de fuite, apte à venir en contact glissant avec un contact annulaire solidarisé indirectement avec la bague intérieure. Un tel dispositif présente toutefois un encombrement axial important, et ne permet pas une protection du capteur contre les perturbations électromagnétiques environnantes.

[0005] Dans le document EP 1 335 059, il a été proposé d’équiper une machine à tambour d’un palier à roulement instrumenté comportant une liaison électrique entre des éléments conducteurs associés respectivement au tambour et au bâti de la machine. La liaison électrique comprend une lame conductrice solidaire par une extrémité d’une partie fixe de l’ensemble capteur associé à la machine, et venant frotter par son autre extrémité sur une partie tournante du palier à roulement instrumenté. Cette liaison électrique est disposée soit entre le bloc capteur et une roue codeuse conductrice, soit entre le bloc capteur et une bague tournante du palier à roulement. On gagne ici en compacité axiale, mais le capteur reste sensible aux perturbations électromagnétiques environnantes.

EXPOSE DE L'INVENTION

[0006] L’invention vise à remédier aux inconvénients de l’état de la technique et à proposer un palier instrumenté à retour de courant de fuite intégré, qui soit moins sensible aux perturbations électromagnétiques, telles qu’on peut les rencontrer, notamment, dans l’environnement des moteurs électriques de propulsion des véhicules routiers électriques ou hybrides.

[0007] Pour ce faire est proposé, selon un premier aspect de l'invention, un palier instrumenté, comportant : une bague extérieure fixe, formant au moins une piste de guidage annulaire, une bague intérieure formant au moins une piste de guidage annulaire située en regard de la piste de guidage de la bague extérieure, la bague intérieure étant mobile en rotation par rapport à la bague extérieure autour d’un axe de révolution qui est un axe de symétrie de révolution de la piste de guidage de la bague extérieure et de la piste de guidage de la bague intérieure, un codeur annulaire solidaire de la bague intérieure, un ensemble capteur solidaire de la bague extérieure, l’ensemble capteur comportant une tête de lecture positionnée en regard et à une distance de lecture du codeur, et un collecteur de courant de fuite, apte à venir en contact glissant avec un contact annulaire apte à être solidarisé directement ou indirectement avec la bague intérieure, et une liaison électrique conductrice entre le collecteur de courant de fuite et la bague extérieure fixe.

[0008] Selon l’invention, le codeur et la tête de lecture sont positionnés axialement entre la bague extérieure et le collecteur de courant de fuite, et la liaison électrique conductrice constitue un blindage magnétique en un matériau ferromagnétique, s’étendant depuis la bague extérieure jusqu’au collecteur de courant de fuite en entourant le codeur et la tête de lecture.

[0009] On intègre ainsi à un palier instrumenté combinant les fonctions de guidage en rotation et de lecture d’un codeur, des fonctions supplémentaires de retour de courant, notamment pour la mise à la terre de l’équipage tournant guidé par le palier, et de blindage magnétique de la tête de lecture, le retour de courant pouvant contribuer en outre le cas échéant à un blindage électromagnétique haute fréquence de la tête de lecture.

[0010] Le palier peut être un palier lisse, ou, de préférence, un palier à roulement, comportant des corps roulants circulant sur les pistes de guidage.

[0011] Le codeur peut comporter une ou plusieurs pistes multipolaires. Il s’agit de préférence d’un codeur magnétique. Un tel codeur comporte une ou plusieurs pistes, chacune constituée d’une alternance de pôles magnétiques nord et sud, qui peut être régulière ou non. Alternativement, le codeur peut être une roue phonique. La tête de lecture comporte un ou plusieurs éléments sensibles aux variations de champ magnétiques produites par le codeur. [0012] La tête de lecture peut faire face au codeur en direction axiale, auquel cas le codeur se trouve de préférence entre la tête de lecture et la bague intérieure du palier. Alternativement, la tête de lecture peut faire face au codeur en direction radiale, auquel cas la tête de lecture de trouve de préférence radialement à l’extérieur du codeur. [0013] Suivant un mode de réalisation, le collecteur de courant de fuite comporte un balai frottant contre le contact annulaire. Il peut s’agir du balai en graphite ou en fibres de carbone, pour une longévité maximale.

[0014] Suivant un mode de réalisation, on prévoit qu’au repos, le collecteur de courant de fuite est en contact avec le contact annulaire sur un secteur angulaire supérieur à 270°. De préférence, on prévoit qu’au repos, qu’au repos, le collecteur de courant de fuite est en contact annulaire avec le contact annulaire. Le collecteur de courant de fuite contribue ainsi au blindage électromagnétique haute fréquence de la tête de lecture.

[0015] Suivant un mode de réalisation, le contact annulaire est formé par une douille annulaire qui présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : la douille s’étend en direction axiale de manière à être axialement en chevauchement avec une face du codeur qui fait face à la tête de lecture ; la douille s’étend en direction axiale de manière à être axialement en chevauchement avec la tête de lecture ; - la douille est en appui direct ou indirect contre la bague intérieure ; la douille est connectée électriquement à la bague intérieure ; la douille est connectée électriquement à l’arbre ; la douille comporte une surface de frottement cylindrique pour le collecteur de courant de fuite ; - la douille comporte une collerette faisant saillie radialement vers l’extérieur, le collecteur de courant de fuite étant positionné axialement entre la collerette et la tête de lecture. [0016] La collerette contribue au guidage des lignes du champ magnétique en réduisant la distance entre le blindage magnétique et l’équipage tournant guidé par le palier.

[0017] La douille peut avantageusement être réalisée en matériau ferromagnétique tel que du fer doux, de l’acier, notamment un acier inoxydable ferritique ou martensitique, ou en mu-métal.

[0018] Suivant divers modes de réalisation, on prévoit que le blindage magnétique présente une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : le blindage magnétique comporte au moins une tôle en matériau ferromagnétique et conducteur électrique ; le blindage magnétique comporte plusieurs tôles superposées en matériau ferromagnétique et conducteur électrique ; le blindage magnétique comporte une portion cylindrique recouvrant la tête de lecture ; le blindage magnétique comporte une portion d’extrémité s’étendant radialement depuis une extrémité de la portion cylindrique recouvrant la tête de lecture radialement vers l’intérieur et vers le collecteur de courant de fuite.

[0019] De façon connue, on renforce le blindage magnétique en empilant les tôles de manière à constituer un feuillard.

Suivant un mode de réalisation, une partie du collecteur de courant de fuite est pincée entre deux tôles du blindage magnétique. De préférence, une première des deux tôles se prolonge axialement pour constituer une portion cylindrique recouvrant la tête de lecture, la deuxième des deux tôles présentant de préférence une des caractéristiques suivantes : la deuxième des deux tôles ne s’étend pas axialement pour constituer une portion cylindrique recouvrant la tête de lecture ; la deuxième des deux tôles s’étend axialement pour constituer une portion cylindrique recouvrant la tête de lecture ; la deuxième des deux tôles est positionnée entre la première des deux tôles et la tête de lecture ; - la première des deux tôles est positionnée entre la deuxième des deux tôles et la tête de lecture.

[0020] Pour un assemblage particulièrement simple, on prévoit le blindage magnétique est serti, fretté, collé, soudé sur la bague extérieure.

[0021] Suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux, l’ensemble capteur est solidarisé à la bague extérieure par l’intermédiaire du blindage magnétique.

[0022] Suivant un mode de réalisation, le blindage magnétique comporte une ouverture pour le passage de conducteurs électriques entre la tête de lecture et un dispositif électrique de l’ensemble capteur, positionné à l’extérieur du blindage magnétique, l’une des caractéristiques suivantes étant de préférence réalisées : l’ouverture est positionnée dans une paroi cylindrique du blindage magnétique ; l’ouverture est positionnée dans une paroi transversale du blindage magnétique. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0023] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description qui suit, en référence aux figures annexées, qui illustrent :

[Fig. 1] la figure 1, un palier instrumenté selon un premier mode de réalisation de l’invention ; [ Fig. 2] la figure 2, un détail d’un palier instrumenté selon un deuxième mode de réalisation de l’invention ; [Fig. 3] la figure 3, un détail d’un palier instrumenté selon un troisième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 4] la figure 4, un détail d’un palier instrumenté selon un quatrième mode de réalisation de l’invention ; [Fig. 5] la figure 5, un détail d’un palier instrumenté selon un cinquième mode de réalisation de l’invention ;

[Fig. 6] la figure 6, un détail d’un palier instrumenté selon un sixième mode de réalisation de l’invention.

[0024] Pour plus de clarté, les éléments identiques ou similaires sont repérés par des signes de référence identiques sur l’ensemble des figures.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE MODES DE REALISATION

[0025] Sur la figure 1 est illustré un palier instrumenté 10 monté sur un arbre 12 tournant par rapport à une structure fixe 14. Le palier 10 est un palier à roulement, comportant une bague extérieure fixe 16, formant une piste de guidage annulaire 18, une bague intérieure 20 formant une piste de guidage annulaire 22 située en regard de la piste de guidage 18 de la bague extérieure 16, des corps roulants 24 circulant sur les pistes de guidage 18, 22, le cas échéant une cage 26 de maintien des corps roulants, et le cas échéant des joints d’étanchéité 28 pour protéger les corps roulants 24 et les pistes de guidage 18, 22 des agressions extérieures mécaniques ou chimiques, ou alors pour confiner la lubrification dans la zone de roulement, ou encore pour assurer ces deux fonctions simultanément. De façon connue, la bague intérieure 20, frettée sur l’arbre 12, est mobile en rotation par rapport à la bague extérieure 16 autour d’un axe de révolution 100 qui est un axe de symétrie de révolution de la piste de guidage 18 de la bague extérieure 16 et de la piste de guidage 22 de la bague intérieure 20. [0026] Un codeur annulaire 30 est solidarisé à la bague intérieure 20 par tout moyen approprié, par exemple par l’intermédiaire d’un porte codeur 32 serti ou fretté sur un périmètre intérieur de la bague intérieure 20. [0027] Un ensemble capteur 34 est solidarisé à la bague extérieure 16. Cet ensemble capteur 34 comporte une tête de lecture 36 positionnée axialement en regard et à une distance de lecture du codeur annulaire 30, un corps de capteur 38 en matériau isolant et amagnétique qui supporte un dispositif électrique 40 qui peut être par exemple un connecteur électrique, un câble électrique, un presse-étoupe ou le cas échéant une carte électronique de traitement du signal, et une liaison électrique filaire 42 entre la tête de lecture 36 et le dispositif électrique 40. Dans ce mode de réalisation, le codeur 30 se trouve entre les bagues 16, 20 du palier 10 et la tête de lecture 36.

[0028] Le palier instrumenté 10 comporte également un collecteur de courant de fuite 44 solidaire de l’ensemble capteur 34, et constitué ici d’un balai annulaire entourant complètement l’arbre 12 et venant radialement en contact glissant contre une surface de frottement cylindrique 46 d’une douille métallique annulaire 48 directement frettée sur l’arbre 12. Le codeur 30 et la tête de lecture 36 sont positionnées axialement entre la bague extérieure 16 et le collecteur de courant de fuite 44.

[0029] De manière préférentielle, la douille 48 s’étend en direction axiale sous la tête de lecture 36, et le cas échéant sous le codeur 30, de manière à être axialement en chevauchement avec au moins la tête de lecture 36, et de préférence avec une face du codeur 30 qui fait face à la tête de lecture 36.

[0030] Le porte codeur 32 est pincé entre la douille 48 et la bague intérieure 20. Le montage est arrêté axialement par un épaulement 50 de l’arbre 12 et par un anneau élastique 52. Le porte codeur est métallique en matériau ferromagnétique de sorte à constituer une liaison électrique entre la bague intérieure du palier et la douille, et à guider les lignes de champ autour du codeur 30,.

[0031] Une liaison électrique conductrice 54 entre le collecteur de courant de fuite 44 et la bague extérieure 16 du palier 10 est constituée par une tôle annulaire en matériau conducteur de l’électricité, qui s’étend depuis la bague extérieure 16 jusqu’au collecteur de courant de fuite 44 en entourant le codeur 30 et la tête de lecture 36. On établit ainsi un chemin électrique entre l’arbre 12 et la liaison électrique conductrice 54, qui chemine par la douille 48 frettée sur l’arbre 12 et le collecteur de courant de fuite 44 en contournant la bague intérieure 20 et bague extérieure 16 du palier 10, ainsi que les pistes de guidage 18, 22 et les corps roulants 24.

[0032] Plus spécifiquement, cette liaison électrique comporte une portion cylindrique 56 recouvrant la tête de lecture 36 et une portion annulaire plane 58 s’étendant depuis une extrémité de la portion cylindrique 56 radialement vers l’intérieur et vers le collecteur de courant de fuite 44. La fixation mécanique de la liaison électrique 54 à la bague extérieure 16 peut être obtenue notamment par sertissage, frettage, ou tout autre moyen préservant un contact électrique, par exemple par collage ou soudage, ou par des éléments de fixation.

[0033] Une ouverture 60 de petite dimension est formée dans la portion cylindrique 56 pour le passage des conducteurs électriques 42 entre la tête de lecture 36 et le dispositif électrique 40.

[0034] Dans ce mode de réalisation, le corps de capteur en matériau isolant 38 de l’ensemble capteur 34 est surmoulé sur la tôle 54 qui présente ainsi une fonction mécanique de support de l’ensemble capteur 34 et de solidarisation de l’ensemble capteur 34 à la bague extérieure 16, ainsi, le cas échéant qu’une fonction d’indexation angulaire du capteur par rapport à la structure fixe 14. Le collecteur de courant de fuite 44 est pincé entre une paroi de la tôle 54 et la tête de lecture 36.

[0035] De façon remarquable, la liaison électrique 54 entre le collecteur de courant de fuite 44 et la bague extérieure 16 est constituée en un matériau ferromagnétique, de façon à constituer un blindage magnétique autour de la tête de lecture 36 et du codeur 30. Le cumul des fonctions mécaniques, électriques et magnétiques de cette pièce fera préférer des matériaux ferromagnétiques tels que le fer doux, l’acier, notamment un acier ferritique ou martensitique, ou le mu-métal. Préférentiellement, le matériau constitutif de la bague extérieure 16, dont la fonction principale reste naturellement le guidage des corps roulants 24, est également ferromagnétique, de manière à participer au guidage des lignes de champ magnétique autour de la tête de lecture 36, ce qui fera préférer pour cette pièce un acier ayant les caractéristiques mécaniques requises par l’application, notamment au niveau des chemins de roulement. [0036] Suivant un deuxième mode de réalisation, illustré sur la figure 2, l’ouverture 60 de passage des conducteurs 42 reliant la tête de lecture 36 au dispositif électrique 40 est formé dans la paroi d’extrémité plane 58 de la liaison électrique conductrice 54.

[0037] Suivant un troisième mode de réalisation, illustré sur la figure 3, la liaison électrique conductrice 54 est constituée par une pluralité de tôles, ici par deux tôles 54A, 54B, qui présentent toute deux une partie cylindrique entourant la tête de lecture et/ou le codeur pour améliorer les performances de blindage magnétique, et une partie d’extrémité servant à la fixation du collecteur de courant de fuite. En pratique, le collecteur de courant de fuite 44 est pincé entre les deux tôles 54A, 54B. Les deux tôles 54A, 54B peuvent être montées serrées, ou collées.

[0038] Suivant un quatrième mode de réalisation illustré sur la figure 4, seule la partie d’extrémité 58 de la liaison électrique conductrice 54 comporte deux tôles 58A, 58B, par exemple soudées l’une à l’autre, servant à pincer le collecteur de courant de fuite 44. [0039] Suivant un cinquième mode de réalisation, illustré sur la figure 5, le collecteur de courant de fuite 44 est pincé entre la tôle 54 et une pièce rapportée 58C, qui peut être une pièce métallique soudée à la portion d’extrémité 58 de la tôle 54 ou une rondelle isolante. Ce mode de réalisation apparaît particulièrement simple au montage, le collecteur de courant de fuite 44 étant monté par l’extérieur de la tôle 54. [0040] Suivant un sixième mode de réalisation, illustré sur la figure 6, la douille 48 comporte une collerette 62 faisant saillie radialement vers l’extérieur et vers la liaison électrique 54, le collecteur de courant de fuite 44 étant positionné axialement entre la collerette 62 et la tête de lecture 36. On améliore ainsi le blindage magnétique en guidant les lignes de champ magnétique jusqu’à l’arbre 12. On améliore également la protection du collecteur de courant de fuite 44 contre la pollution extérieure (poussières, huile, eau).

[0041] Naturellement, les exemples représentés sur les figures et discutés ci- dessus ne sont donnés qu'à titre illustratif et non limitatif. Il est explicitement prévu que l'on puisse combiner entre eux les différents modes de réalisation illustrés pour en proposer d'autres.

[0042] L’invention est applicable à tout type de palier à roulement ou palier lisse.

[0043] La surface de contact 46 de la douille 48 avec le collecteur de courant de fuite 44 peut être orientée de diverses manières, par exemple perpendiculaire à l’axe de révolution ou conique. La surface de contact 46 peut le cas échéant être intégrée à l’arbre 12.