FR2889678A1 - Essieu moteur comportant un convertisseur electrique - Google Patents

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Abstract

Essieu moteur de machine de travail, notamment de chariot transporteur, comportant au moins un moteur électrique (1, 2) et une seconde machine électrique. Le moteur (1, 2) est installé dans la direction de l'essieu. Pour étendre la plage d'application de l'essieu moteur, l'invention prévoit de relier la seconde machine électrique au moteur de déplacement (1, 2) pour constituer un convertisseur électrique. La seconde machine électrique coopère avec un moteur à combustion (12) et fonctionne comme générateur (11) du convertisseur électrique.

Description

Domaine de l'invention
La présente invention concerne un essieu moteur de ma-chine de travail, notamment chariot élévateur comportant au moins un moteur électrique de déplacement et une seconde machine électrique, le moteur de déplacement étant installé dans la direction de l'essieu. Etat de la technique Selon le document DE 102 11 193 Al on connaît un essieu moteur du type défini ci-dessus. Selon ce document, l'essieu moteur loge un moteur de déplacement, installé coaxialement à l'axe géométrique de l'essieu, c'està-dire dans la direction axiale. Le moteur de déplacement est couplé à un différentiel dont les deux sorties sont reliées chacune à un moyeu de roue prévu à chaque extrémité de l'essieu. Une transmission de dérivation est prévue dans la ligne de force entre les sorties du différentiel et chaque moyeu de roue pour dériver le flux de force et créer, au niveau de la transmission de contournement, dans l'axe de l'essieu, de la place pour une seconde machine électrique, à savoir un moteur électrique avec une pompe hydraulique.
En outre, selon le document DE 103 25 127 Al on connaît un essieu moteur du type défini ci-dessus qui selon un exemple de réali- sation préférentiel comporte deux moteurs de déplacement installés dans l'essieu moteur, avec axialement entre ceux-ci un moteur électrique d'une pompe hydraulique.
Ces essieux moteurs connus selon l'état de la technique conviennent pour des chariots transporteurs à alimentation électrique. 25 But de l'invention La présente invention a pour but de développer un essieu moteur du type défini ci-dessus permettant d'augmenter sa plage d'utilisation.
Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un essieu moteur du type défini ci-dessus, caractérisé en ce que la seconde machine électrique est reliée électriquement au moteur de déplacement et constitue avec celui-ci un convertisseur électrique, la seconde machine électrique coopérant dans le sens de l'entraînement avec un moteur à combustion et le générateur est un convertisseur électrique.
En d'autres termes, la seconde machine électrique est reliée au moteur de déplacement par une liaison électrique et forme avec celui-ci un convertisseur électrique; la seconde machine électrique est elle-même reliée au moteur à combustion pour fonctionner comme générateur du convertisseur électrique.
La caractéristique essentielle de l'invention consiste ainsi à former un convertisseur électrique au niveau de l'essieu moteur, électri-que, d'un entraînement électrique de déplacement et d'un entraînement électrique complémentaire, c'est-à-dire un essieu électrique compact avec conversion de couple et de vitesse de rotation. Le moteur électrique connu selon l'état de la technique et qui correspond à l'entraînement complémentaire, est utilisé comme générateur entraîné par un moteur à corn- bustion et qui alimente en énergie électrique au moins un moteur de déplacement.
Ainsi, un essieu d'entraînement prévu pour une machine de travail électrique alimentée par batterie peut être appliqué de manière surprenante comme entraînement de déplacement d'une machine de tra- vail électrique/diesel. Cela se traduit par un effet de rationalisation très important, par exemple dans le cas des chariots élévateurs car à la fois pour des chariots élévateurs électriques alimentés par batterie et aussi pour des chariots élévateurs électriques entraînés par un moteur diesel, on utilise en principe le même essieu moteur. La fixation de l'essieu au châssis du véhicule, la largeur de l'essieu et le cas échéant le montage du mât et d'autres paramètres sont alors identiques.
L'essieu moteur selon l'invention est compact et de plus sa construction intégrée dont tous les composants principaux sont logés de manière protégée est robuste et peut également s'appliquer sans limite à des conditions d'utilisation très défavorables.
Dans la mesure où selon un développement de l'invention, le générateur est installé coaxialement au moteur à combustion et fait avec celui-ci un angle droit par rapport à un segment transversal de l'essieu moteur, on arrive à une construction optimale du point de vue de l'encombrement pour des véhicules équipés d'un moteur à combustion installé dans la direction longitudinale.
Selon un développement avantageux de l'invention, deux moteurs de déplacement installés l'un derrière l'autre sont associés chacun à une roue et le générateur se trouve dans la zone de voisinage des deux moteurs de déplacement. Cela aboutit à un essieu électrique compact, en forme de T, à structure très largement symétrique.
Le générateur peut être installé au moins en partie, axiale-ment entre les deux moteurs de déplacement, ce qui a l'avantage d'une économie de place dans la direction longitudinale du véhicule.
Dans les deux cas le générateur peut avoir un arbre d'entraînement traversant dont l'extrémité éloignée de celle du moteur à combustion coopère dans le sens de l'entraînement avec une pompe. Ain-si, le moteur à combustion peut entraîner un autre utilisateur en plus de l'entraînement de déplacement.
La pompe peut être installée au moins en partie, axialement 10 entre les moteurs de déplacement.
De façon avantageuse, la pompe est raccordée à un circuit hydraulique de travail.
Dans la mesure où le moteur de déplacement et le générateur sont reliés à un circuit de liquide de refroidissement, tous les compo- sants de l'essieu compact, sensibles à la température, ceux des commandes de puissance par lesquels les machines électriques et leur palier ainsi que leur joint d'arbre jusqu'au niveau des transmissions, des paliers de roue, etc...peuvent être refroidis de manière optimale. Le convertisseur électrique permet ainsi de transmettre une puissance plus éle- vée que celle que peuvent fournir les unités motrices refroidies par de l'air.
Grâce au circuit de refroidissement par liquide, l'abaissement de température dans les machines électriques permet une amélioration du rendement.
Un meilleur refroidissement permet également de travailler avec une densité de courant plus élevée et ainsi une plus faible intensité de courant. Cela permet d'utiliser des commandes de puissance des ma-chines électriques qui chauffent moins, sont plus petites et ainsi plus économiques.
Le circuit de liquide de refroidissement est relié avantageu-sement à un circuit hydraulique de travail de la machine de travail. On utilise dans ces conditions le circuit de liquide hydraulique existant déjà dans la machine de travail y compris l'installation de refroidissement en général prévue.
Il est particulièrement avantageux que le convertisseur électrique selon l'invention travaille à une tension de fonctionnement su- périeure à 100 volts notamment supérieur à 200 volts. Cette tension de fonctionnement plus élevée que celle des moteurs électriques connus des machines de travail permet d'augmenter de manière significative le couple fourni par le ou les moteurs électriques de déplacement. Cela permet de réduire la vitesse de rotation. Le refroidissement du liquide est plus simple car les pertes par barbotage produites aux vitesses de rotation élevées et en particulier lorsque les rotors des machines électriques tournent dans le liquide de refroidissement sont ainsi réduites de manière considérable.
La réduction de la vitesse de rotation, grâce à l'augmentation de la tension de fonctionnement, permet également de simplifier les ensembles reliés au moteur de déplacement (réducteur, pa-lier de roue, frein, boîtier). C'est ainsi que suivant la conception on peut le cas échéant supprimer le réducteur en aval ou n'avoir qu'un réducteur à un seul étage.
Comme les composants du convertisseur électrique travaillant à une tension de fonctionnement plus élevée sont logés dans l'essieu compact et sont ainsi protégés, cela garantit le fonctionnement de l'essieu moteur selon l'invention.
Au cas où comme indiqué ci-dessus, l'essieu moteur selon l'invention est également destiné à s'appliquer pour des raisons de rationalisation à des machines de travail électriques alimentées par batterie, le générateur fonctionnant alors comme moteur supplémentaire, on peut re- lever la tension de batterie par un relevage de tension jusqu'à la tension de fonctionnement plus élevée de sorte que dans les deux cas d'application de l'essieu moteur on pourra utiliser les mêmes machines électriques et les mêmes commandes de puissance.
Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation représenté schématiquement dans l'unique figure annexée qui est une coupe axiale d'un essieu selon l'invention.
Description du mode de réalisation
L'essieu moteur selon l'invention dispose dans le présent exemple de réalisation de deux moteurs électriques de déplacement 1, 2 installés axialement l'un derrière l'autre dans la direction de l'axe géométrique; ces deux moteurs sont écartés l'un de l'autre. Les deux moteurs de déplacement 1, 2 constitués de préférence par des moteurs à courant alternatif, synchrones, ou comme moteurs asynchrones à courant alternatif, sont chaque fois suivis d'un frein à lamelles 3, 4 et d'un réducteur 5, 6; le réducteur est constitué par une transmission planétaire à un étage. Les extrémités des essieux sont équipées chacune d'un palier de roue 7, 8 et d'un moyeu de roue 9, 10.
Les moteurs de déplacement 1, 2 ainsi que les composants en aval sont coaxiaux à l'axe géométrique A. Une autre disposition est également possible selon laquelle l'axe géométrique A serait décalé par rapport aux arbres d'entraînement des moteurs de déplacement 1, 2, par exemple si à la place de transmissions planétaires comme transmissions de démultiplication 5, 6 on utilisait des transmissions à pignons droits. Il est clair qu'à la place de deux moteurs électriques de déplacement 1, 2 on peut également n'utiliser qu'un seul moteur de déplacement installé dans l'essieu d'entraînement et le faire suivre d'un différentiel dont les deux sorties sont reliées chaque fois à un moyeu de roue 9, 10.
L'essieu d'entraînement dispose d'une autre machine électrique installée au milieu de l'axe, perpendiculairement au moteur de dé-placement, 2. Il s'agit d'une machine électrique fonctionnant comme générateur 11, reliée électriquement aux deux moteurs de déplacement 1, 2 en constituant avec ceux-ci un convertisseur électrique. Le générateur 11 est installé coaxialement au moteur à combustion 12 avec lequel il coopère.
L'essieu moteur a ainsi une forme en T et se compose principalement des moteurs de déplacement 1, 2 ainsi que des composants en aval formant le segment transversal Q et le segment longitudinal L, à sa-voir le générateur 11. Etant donné l'intégration du convertisseur électrique dans l'entraînement de déplacement, cette construction peut également être appelée essieu compact électrique; cet essieu surtout pour des moteurs à combustion 12 de construction longue. Il est clair qu'on peut en principe également envisager d'autres constructions dans lesquelles le générateur 11 serait par exemple installé parallèlement aux moteurs de dé-placement. On peut également envisager une variante de réalisation avec seulement un moteur de déplacement et un générateur coaxial à celui-ci.
L'arbre d'entraînement 11 a du générateur 11 est traversant; il est relié à une pompe 13 installée coaxialement entre les deux moteurs de déplacement 1, 2 dans l'essieu d'entraînement. Il est égale-ment possible d'installer au moins partiellement un générateur 11 axiale- ment entre les deux moteurs de déplacement 1, 2; dans ce cas la pompe 13 installée en série peut dépasser du segment transversal de l'essieu d'entraînement comprenant les deux moteurs de déplacement 1, 2. La pompe 13 fait de préférence partie d'un circuit hydraulique de travail d'une machine de travail équipée de l'essieu d'entraînement, par exemple d'un chariot élévateur.
Le circuit hydraulique de travail est utilisé de préférence également pour refroidir l'essieu compact. Un circuit de refroidissement est alors relié au circuit hydraulique de travail alimentant le générateur 11 et les moteurs de déplacement 1, 2 ainsi que les composants en aval avec du liquide hydraulique refroidi provenant du circuit hydraulique de travail. Il est également possible de refroidir directement la machine de travail du fait que les rotors plongent dans le circuit hydraulique ou io indirectement par des canaux de refroidissement dans le boîtier ou dans d'autres zones de la machine. Le refroidissement par liquide produit un abaissement de la température dans les machines électriques et ainsi une amélioration du rendement.
La figure ne montre pas les commandes de puissance (mo- dules de puissance) fixées à l'essieu moteur et commandant la vitesse de rotation et le couple du convertisseur électrique. Les commandes de puissance sont également reliées au circuit hydraulique de refroidissement, par une liaison directe ou indirecte.
Pour le refroidissement, on utilise le circuit de liquide déjà existant dans la machine de travail ainsi que les installations de refroidissement (radiateur d'huile, le cas échéant machine soufflante). Comme re-présenté, le refroidissement peut être favorisé par des nervures prévues sur l'essieu d'entraînement.
En combinaison avec le refroidissement par du liquide, il est particulièrement avantageux que le convertisseur électrique fonctionne à une tension de fonctionnement supérieure à 100 volts, notamment supérieure à 200 volts. Cela permet par exemple également une tension de fonctionnement de 400 volts. La tension de fonctionnement ainsi augmentée permet de réduire le couple que doivent fournir les moteurs élec- triques d'entraînement 1, 2 et de diminuer ainsi la vitesse de rotation en sortie. Les pertes par barbotage produites lors du refroidissement par liquide aux vitesses de rotation élevées sont ainsi évitées au niveau de l'essieu moteur ou sont très largement réduites car du fait de la tension de fonctionnement élevée et du couple élevé correspondant, on peut réduire considérablement la vitesse de rotation des machines électriques.
La réduction de la vitesse de rotation, du fait d'une tension de fonctionnement plus élevée, permet également d'utiliser un réducteur qui, comme dans l'exemple de réalisation précédent, ne comporte qu'un étage ou même le cas échéant de supprimer complètement le réducteur. Les pertes par agitation et par frottement dans les freins à lamelles sont réduites d'autant.

Claims (1)

REVENDICATIONS
11 Essieu moteur de machine de travail, notamment chariot élévateur comportant au moins un moteur électrique de déplacement et une seconde machine électrique, le moteur de déplacement étant installé dans la direction de l'essieu, caractérisé en ce que la seconde machine électrique est reliée électriquement au moteur de dé-placement (1, 2) et constitue avec celui-ci un convertisseur électrique, la seconde machine électrique coopérant dans le sens de l'entraînement avec un moteur à combustion (12) et le générateur (11) est un convertisseur électrique.
2 ) Essieu moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur (11) est installé coaxialement au moteur à combustion (12) et avec celui-ci il fait un angle droit par rapport à un segment transversal (Q) de l'essieu moteur.
3 ) Essieu moteur selon la revendication 2, caractérisé par deux moteurs de déplacement (1, 2) installés l'un derrière l'autre et associés chacun à une roue, alors que le générateur (11) se trouve dans la zone dans laquelle les deux moteurs de déplacement (1, 2) sont voisins.
4 ) Essieu moteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le générateur (11) est installé au moins en partie axialement entre les deux moteurs de déplacement (1, 2).
5 ) Essieu moteur selon les revendications 3 ou 4,
caractérisé en ce que le générateur (11) comporte un arbre d'entraînement (11a), traversant, dont l'extrémité éloignée de celle du moteur à combustion (12) coopère en liaison d'entraînement avec une pompe (13).
6 ) Essieu moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la pompe (13) est installée au moins en partie axialement entre les moteurs de déplacement (1, 2).
7 ) Essieu moteur selon les revendications 5 ou 6, 5 caractérisé en ce que la pompe (13) est reliée à un circuit hydraulique de travail.
8 ) Essieu moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moteur de déplacement (1, 2) et le générateur (11) sont reliés à un circuit de liquide de refroidissement.
9 ) Essieu moteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le circuit de liquide de refroidissement est relié au circuit hydraulique de travail de la machine de travail.
10 ) Essieu moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le convertisseur électrique fonctionne à une tension de plus de 100 volts, notamment supérieure à 200 volts.
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