Roulement instrumenté, ensemble de roulement et machine électrique tournante comprenant un tel roulement ou un tel ensemble
L'invention a trait à un roulement instrumenté, tel qu'un roulement à corps roulants équipé d'un ou plusieurs capteurs permettant de détecter un paramètre de rotation d'une des bagues du roulement par rapport à l'autre bague. Comme mentionné dans FR-A-2838 884, un tel roulement peut être utilisé pour supporter l'arbre central d'une machine électrique tournante, de type moteur ou générateur. Un tel roulement permet, en connaissant un paramètre de rotation de l'arbre de la machine, d'alimenter les bobines de son stator de façon optimisée. Afin d'éviter les risques d'hyperstatisme, un tel roulement ne peut pas être monté serré à la fois du côté de sa bague intérieure et du côté de sa bague extérieure. Dans le matériel connu de FR-A-2 838 884, la bague intérieure du roulement est montée serrée sur l'arbre central du rotor, alors que sa bague extérieure est montée glissante par rapport au bâti du métier, avec interposition d'une douille en matériau synthétique qui permet, notamment, une reprise des dilatations thermiques différentielles entre le bâti et la bague extérieure. Afin d'améliorer la précision d'un tel roulement instrumenté, il est connu de WO-A-2009/004198 de prévoir qu'un bloc d'un ensemble de détection est monté mobile angulairement à l'intérieur d'un support, lui-même monté sur une des bagues d'un roulement, ce qui permet d'ajuster la position angulaire des moyens de détection d'un paramètre de rotation. Une telle approche présuppose que la bague extérieure du roulement, sur laquelle est monté le support, est elle-même positionnée de façon précise et pérenne par rapport à une structure de fixe telle que le bâti. Or, les structures connues ne permettent pas de garantir un tel positionnement précis et pérenne d'une bague de référence d'un roulement instrumenté. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un nouveau roulement instrumenté dont les moyens de détection peuvent fonctionner de façon plus efficace, grâce à un positionnement précis et stable d'une de ses bagues.
A cet effet, l'invention concerne un roulement instrumenté comprenant une bague interne tournante, une bague externe non tournante, des moyens de détection d'un paramètre de rotation de la bague interne par rapport à la bague externe, ces moyens incluant au moins un capteur monté sur ou dans un support, et un organe de montage de ce support sur la bague externe. Ce roulement est caractérisé en ce que l'organe de montage est pourvu de moyens de blocage de la bague externe en rotation autour de l'axe de rotation de la bague interne. Grâce à l'invention, l'organe de montage remplit à la fois une fonction de solidarisation du support du capteur et de la bague externe et une fonction d'arrêt en rotation de la bague externe, ce qui assure un positionnement fiable du ou des capteurs appartenant aux moyens de détection. Un paramètre de rotation de la bague interne par rapport à la bague externe est un paramètre qui est représentatif du mouvement de rotation de la bague interne. Un tel paramètre peut être un angle mesurant la position angulaire de la bague interne par rapport à la bague externe, autour de son axe de rotation. Un tel paramètre peut également être une vitesse, un déplacement, une accélération ou une vibration. Dans la présente description, les mots axial , radial , axialement et radialement sont relatifs à l'axe de rotation des bagues l'une par rapport à l'autre. Une direction est dite axiale lorsqu'elle est parallèle à cet axe et radiale lorsqu'elle est perpendiculaire à et sécante avec cet axe. L'invention peut être mise en oeuvre avec tout type de roulement et plus particulièrement un roulement à corps roulants, ces corps roulants pouvant être des billes, des rouleaux ou des aiguilles.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention, un roulement instrumenté conforme à l'invention peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes prises dans toute combinaison techniquement admissible : - L'organe de montage est annulaire et ses moyens de blocage comprennent au moins un élément en saillie radiale vers l'extérieur par rapport à une jupe annulaire de cet organe de montage - L'élément en saillie peut être une languette découpée dans la jupe annulaire qui est métallique. Dans ce cas, cette languette est avantageusement déformable entre une première configuration, où elle s'étend selon une direction inclinée d'un axe compris entre 20° et 70° par rapport à l'axe de rotation de la bague interne, et une deuxième configuration, où elle est perpendiculaire à cet axe, sous l'effet d'un mouvement de translation axial du roulement en direction du fond du roulement. - En variante, l'élément en saillie est un crevé découpé dans la jupe annulaire, qui est métallique. - Le support est monté à l'intérieur de l'organe de montage en étant mobile angulairement par rapport à cet organe de montage, autour de l'axe de rotation de la bague intérieure. Ceci permet l'ajustement de la position angulaire des moyens de détection une fois la position de la bague externe fixée grâce aux moyens de blocage. L'invention concerne également un ensemble de roulement qui comprend un roulement instrumenté tel que mentionné ci-dessus, ainsi qu'une douille de montage de ce roulement dans une structure porteuse, telle que le bâti d'une machine électrique tournante, la douille étant équipée de premiers moyens de blocage, complémentaires de ceux de l'organe de montage et permettant d'immobiliser la bague externe en rotation, par rapport à la douille et autour de l'axe de rotation de la bague interne, ainsi que de deuxièmes moyens de blocage de la douille en rotation par rapport à la structure porteuse et autour de l'axe précité. Dans le cas où l'organe de montage est annulaire, avec ses moyens de blocage comprenant au moins un élément en saillie radiale vers l'extérieur par rapport à une jupe annulaire, les premiers moyens de blocage de la douille comprennent avantageusement au moins un logement en creux de réception de l'élément en saillie de l'organe de montage, alors que les deuxièmes moyens de blocage de la douille comprennent au moins un élément en saillie radiale vers l'extérieur, par rapport à une surface radiale externe de cette douille . Dans ce cas, on peut prévoir que le logement en creux et l'élément en saillie de la douille sont alignés selon une direction radiale par rapport à l'axe de rotation de la bague interne. Enfin, l'invention concerne une machine électrique tournante, par exemple un moteur, un générateur ou un alternodémarreur, comprenant un bâti, un stator et un rotor monté sur un arbre qui est supporté, par rapport au bâti, au moyen d'un roulement instrumenté tel que mentionné ci-dessus ou d'un ensemble de roulement tel que mentionné ci-dessus, alors qu'un logement ménagé dans le bâti pour la réception de ce roulement ou de cet ensemble de roulement est pourvu de moyens complémentaires des moyens de blocage de l'organe de montage ou des deuxièmes moyens de blocage de la douille, ces moyens complémentaires du logement étant aptes à permettre, en coopération avec les moyens de blocage du roulement ou de l'ensemble de roulement, l'arrêt en rotation de la bague externe du roulement instrumenté par rapport à l'axe de rotation de la bague interne.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaitront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d'un roulement instrumenté, d'un ensemble de roulement et d'une machine électrique tournante, conformes à son principe, donnée uniquement à titre d'exemple et fait en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective partiellement éclatée d'une machine électrique tournante, conforme à l'invention, l'arbre central et le rotor de cette machine étant omis pour la clarté du dessin, - la figure 2 est une vue en perspective, à plus petite échelle et selon un autre angle, de la machine de la figure 1 en cours de montage, - la figure 3 est une vue de côté de la machine des figures 1 et 2 en cours de montage, avec arrachement partiel, - la figure 4 est une vue à plus grande échelle du détail IV figure 3, - la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 lors d'une étape ultérieure de montage, - la figure 6 est une vue analogue à la figure 1 pour une machine conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 7 est une vue analogue à la figure 3 pour la machine de la figure 6, - la figure 8 est une vue à plus grande échelle du détail VIII à la figure 7, - la figure 9 est une vue analogue à la figure 8 lors d'une étape ultérieure de montage, et - la figure 10 est une vue en perspective d'un anneau de montage pouvant être utilisé avec une variante de l'invention. La machine électrique tournante 2 représentée aux figures 1 à 5 comprend un bâti 4 à l'intérieur duquel est monté un stator 6, ainsi qu'un arbre 8 monté pivotant par rapport au bâti 4 et qui porte un rotor 10. L'arbre 8 est solidaire d'une poulie 12 destinée à être en prise avec une courroie de transmission de mouvement. Au voisinage de la poulie 12, l'arbre 8 est supporté par rapport au bâti 4 au moyen d'un palier à billes non représenté. Du côté opposé à la poulie 12, l'arbre 8 est supporté par un ensemble de roulement 20 qui comprend un roulement instrumenté 22 et une douille 24 en matériau synthétique électriquement isolant qui définit un logement 242 de réception du roulement 22 et qui est destinée à être introduite dans un logement de forme correspondante 42 défini par le bâti 4. Le roulement 22 comprend une bague externe 26 non tournante et une bague interne tournante 28 qui est montée serrée sur l'arbre 8. Des billes 29 sont intercalées entre les bagues 26 et 28 et maintenues en position grâce à une cage 31. Une rondelle de codage 30 est fixée sur la bague interne 28 et comprend une armature métallique 32 montée en force dans un renfoncement 282 de la bague interne 28, ce qui assure une immobilisation ferme en rotation entre les éléments 28 et 30. Alternativement, la rondelle de codage 30 peut être rendue solidaire en rotation de la bague interne 28 par tout autre moyen approprié tel que collage et/ou tenue magnétique. Par ailleurs, une bague magnétique 34 est fixée sur l'armature 32, cette bague comprenant au moins deux pôles magnétiques formés par des aimants permanents. La rondelle de codage 30 tourne autour de l'axe central de X22 du roulement 22, qui est confondu avec l'axe longitudinal X8 de l'arbre 8 lorsque la bague 28 du roulement 22 est montée serrée autour de l'arbre 8. Par ailleurs, plusieurs capteurs magnéto sensibles, du type cellule à effet Hall, sont disposés à proximité de la rondelle 30. L'un de ces capteurs est visible sur les figures avec la référence 50. En pratique, les capteurs magnetosensibles, qui sont par exemple au nombre de 3, qui est un nombre suffisant pour piloter une machine électrique triphasée, sont régulièrement répartis autour de l'axe X22., en particulier dans le cas où la rondelle de codage ne comporte qu'une seule paire de poles magnétiques. Ils sont disposés avec leurs directions de visée respectives parallèles à l'axe X22 et orientée vers la bague 34. Chaque capteur 50 ou équivalent est monté sur un circuit imprimé 52 lui- même immobilisé dans une coiffe 54 formant support pour les éléments 50 et 52 et qui est disposé autour de l'arbre 8, avec un jeu radial J. La coiffe 54 comprend une zone 56 dédiée au passage d'un câble 58 destiné à relier le circuit imprimé 52 à une unité de contrôle électronique non représentée. La coiffe 54 est immobilisée par rapport à la bague 26 au moyen d'un anneau de montage 60 réalisé en acier à ressort et qui est à section circulaire, tout comme la bague 26 et la coiffe 54, à l'exception de la zone 56. L'anneau 60 comprend une portion cylindrique à section circulaire 62 ainsi qu'une portion tronconique 64 qui s'étend, à partir de la portion 62, en direction de l'axe X8. L'anneau 60 comprend également une portion annulaire 66 perpendiculaire à l'axe X22 ainsi qu'une jupe cylindrique 68 à section circulaire. La portion 66 relie la portion 64 à la jupe 68. La coiffe 54 comprend une jupe interne 542 cylindrique, à section circulaire et centrée sur l'axe X22, ainsi qu'une section annulaire 544 perpendiculaire à l'axe X22 et qui s'étend radialement vers l'extérieur par rapport à la jupe 542. La coiffe 54 comprend également une jupe externe 546 parallèle à la jupe 542 et qui s'étend radialement à l'extérieur de la jupe 542. Un volume V54 de réception des éléments 50 et 52 est ainsi défini entre les jupes 542 et 546, en étant délimité axialement par la portion 554. La jupe 546 se prolonge par une bordure 548 dont la surface radiale externe comprend une portion cylindrique 5482 et une portion tronconique 5484. La géométrie des portions 62 et 64 de l'anneau 60 est adaptée à la géométrie des portions 5482 et 5484 de telle sorte que l'anneau 60 peut être encliqueté autour de la bordure 548, avec possibilité de rotation angulaire relative autour de l'axe X22. Par ailleurs, le diamètre intérieur de la jupe 68 est adapté au diamètre de la partie de la bague 26 orientée vers la coiffe 54, de telle sorte que l'anneau 60 peut être encliqueté sur un bord externe 261 de la bague externe 26. La jupe 68 est pourvue de deux languettes ou pattes 70 qui s'étendent radialement vers l'extérieur par rapport à cette jupe, de telle sorte qu'elles font saillie par rapport à la surface radiale externe 262 de la bague 26 lorsque l'anneau 60 solidarise la coiffe 54 et la bague 26. Par ailleurs, la douille 24 est pourvue, sur sa surface radiale interne 244 qui définit le logement en 242, de deux encoches 246 de réception des pattes 70 lorsque le roulement 22 est engagé dans la douille 24. La douille 24 permet un montage glissant de la bague externe 26 du roulement 22 par rapport au bâti 4. Compte-tenu de son caractère élastique résultant du matériau constitutif dans lequel elle est moulée, cette bague permet une reprise de la dilatation thermique différentielle entre le bâti 4, qui peut être en aluminium, et la bague externe 26, qui peut être en acier. La douille 24 assure ainsi que le montage du roulement 22 dans le bâti 4 demeure élastique, sans précontraindre excessivement les bagues 26 et 28 et les billes 30 en cas de dilatation thermique différentielle élevée. En outre, la bague 24 est électriquement isolante, de sorte qu'elle protège le roulement 22 des courants électrostatiques résiduels qui peuvent exister dans la machine 2. Ceci évite en particulier la formation d'arcs électriques entre les billes 29 et les pistes de roulement ménagées respectivement sur les bagues 26 et 28. La douille 24 est par ailleurs pourvue d'un doigt 248 qui fait saillie radialement par rapport à la surface radiale externe 249 de la douille 24 Les languettes 70 sont alignées sur un diamètre D60 de l'anneau 60. De la même façon, les encoches 246 sont alignées sur un diamètre D24 de la douille 24. Le doigt 248 est également aligné sur ce diamètre D24, de sorte que les encoches 246 et le doigt 248 sont dans le prolongement l'une de l'autre, selon une direction radiale par rapport à un axe central X24 de la douille 24 qui est confondu avec les axes X22 et X8 en configuration montée de la machine 2. Par ailleurs, la surface radiale interne 44 du bâti 4 qui définit le logement 42 est pourvue d'une encoche 46 de réception du doigt 248. Ainsi, lorsque la machine 2 est en cours de montage comme représentée à la figure 2 il est possible d'engager la douille 24 dans le logement 42 en amenant le doigt 248 dans l'encoche 46 définie par le bâti 4, ce qui immobilise la douille 24 en rotation autour de l'axe central X42 du logement 42 qui est confondu avec les axes X22 et X8 en configuration montée de la machine 2. . Par ailleurs, le roulement 22 est prémonté en assemblant la coiffe 54 et la bague 26 au moyen de l'anneau 60. Il est alors possible de mettre en place le roulement 22 dans le logement 242 de la douille 24 en engageant chacune des languettes 70 dans l'une des encoches 246. On est alors dans la configuration des figures 3 et 4 où chaque languette 70 s'étend selon une droite A 70 qui fait, par rapport à l'axe X 8, un angle 8 de l'ordre de 45°. En pratique l'angle 8 peut être choisi entre 0 ° et 90°, et de préférence entre 20° et 70° et sa valeur est fixée lors de la fabrication de l'anneau 60. Dans la configuration des figures 3 et 4, la bague 26 n'est pas encore en appui contre une collerette radiale interne 241 de la douille 24 qui délimite le logement 242 vers l'intérieur du bâti 4. A partir de la configuration de la figure 4, il est possible de pousser le roulement 22 vers la collerette 241, comme représenté par la flèche F1, ce qui a pour effet d'amener la bague 26 contre la collerette 241, ainsi que cela ressort de la figure 5. Ce mouvement a également pour effet d'amener chacune des languettes 70 en appui contre un épaulement 247 définissant le fond de chaque encoche 246, de telle sorte que chaque languette 70 est alors déformée pour prendre une configuration perpendiculaire à l'axe X22. Cette déformation des languettes 70 est essentiellement élastique. Le passage des languettes 70 de la configuration de la figure 4 à celle de la figure 5 augmente la distance sur laquelle elles font saillie radialement par rapport à la jupe 68 et à la surface 262. Ainsi, la mise en place du roulement 22 dans la douille 24 assure l'immobilisation de la bague 26 autour des axes X22, X8 X24 et X42 confondus dans la mesure où, si cette bague tend à tourner sur l'effet des frottements entre les billes 29 et la piste de roulement ménagée sur la surface radiale interne de cette bague, ce début de rotation est bloqué par les pattes 70, ou l'une de ces pattes, qui vien(nent) en appui contre l'un des côtés des encoches 246 ou d'une de ces encoches. Un moyen de blocage non représenté peut, en option, être introduit dans les encoches 246 après les languettes 70, afin d'immobiliser axialement le roulement 22 par rapport à la douille 24 dans un sens d'arrachement opposé à la flèche F1.
Une fois le roulement 22 immobilisé en rotation dans la douille 24, elle-même immobilisée en rotation dans le bâti 4, il est possible d'ajuster angulairement la position des capteurs 50 et du circuit imprimé 52 autour des axes X8 et X22, en faisant glisser la coiffe 54 à l'intérieur de l'anneau 60, conformément à l'enseignement technique de WO-A-2009/004198. Dans le second mode de réalisation de la motion représentée aux figures 6 à 9, les éléments analogues à ceux du premier mode de réalisation portent les mêmes références. A défaut de mention contraire, les parties constitutives de la machine 2 de ce deuxième mode de réalisation sont identiques et fonctionnent de la même façon que celles du premier mode de réalisation. Ce deuxième mode de réalisation diffère du précédent en ce qu'il n'est pas utilisé de douille intercalée entre le roulement 22 et le logement 42 défini par le bâti 4 de la machine 2. Les languettes 70 de l'anneau de montage 60 de ce mode de réalisation sont directement engagées dans deux encoches 46 ménagées dans la surface radiale interne 44 du bâti 4 qui définit le logement 42 de réception du roulement 22. Ce montage est particulièrement simple et induit également une immobilisation en rotation de la bague 26 du roulement 22 autour des axes X8, X22 et X42 confondus en configuration montée de la machine. Comme dans le premier mode de réalisation, les pattes 70 sont déformées et passent de la configuration représentée à la figure 8 celle représentée à la figure 9 lorsque le roulement 22 est poussé, comme représenté par la flèche F1, en direction d'une collerette radiale interne 41 du bâti 4 qui limite le logement 42 vers l'intérieur de la machine 2. L'anneau de montage représenté à la figure 10 peut être utilisé dans chacun des deux modes de réalisation décrits ci-dessus, en alternative à l'anneau de montage représenté sur les figures 1 à 9. Cet anneau de montage 60 de la figure 10 est pourvu de deux crevés 70', à la place des languettes 70. Ces crevés 70' sont obtenus par découpage et déformation localisée d'une jupe annulaire à base circulaire 68 de l'anneau 60. Ces crevés font saillie radialement vers l'extérieur par rapport à la jupe 68 et peuvent être engagés dans des encoches 246 d'une douille 24, comme dans le premier mode de réalisation ou dans des encoches 46 d'un bâti 4, comme dans le deuxième mode de réalisation.
Selon une variante non représentée de l'invention, les moyens de blocage en rotation de la bague 26 par rapport au bâti 4 de la machine 2 peuvent être prévus sous la forme d'éléments en creux dans l'anneau de montage 60, alors que des éléments faisant saillie radialement en direction de l'axe X8 sont prévus sur la surface radiale interne de la bague 24 ou du bâti 4 qui définit le logement 242 ou 42 de réception.