Fiabilité et longs intervalles de maintenance sont essentiels pour les moteurs de traction modernes. SKF a mis au point des solutions d’ensembles-roulements spécifiques.

Les conditions de fonctionnement des roulements de moteurs de traction sont très différentes de celles normalement rencontrées dans les moteurs électriques. La réduction du coût de cycle de vie dépend de la conception. C’est ainsi que de plus en plus d’ensembles-roulements étanches et graissés à vie sont employés dans les applications ferroviaires. L’ensemble-roulement pour moteur de traction TMBU de SKF prélubrifié avec joints est un sous-système prêt à monter et se fixe directement sur le moteur de traction.

Le concept du TMBU
En s’appuyant sur son expertise en matière de roulements, services, solutions d’étanchéité, systèmes de lubrification et composants mécatroniques, SKF a mis au point des solutions haute fiabilité uniques comme les ensembles-roulements équipés de capteurs étanches et prélubrifiés pour les montages de paliers libres et de paliers fixes.

L’ensemble-roulement pour moteurs de traction SKF est un modèle robuste, fiable, léger et compact. Il est en outre capable de supporter des environnements difficiles pouvant inclure des degrés élevés de contamination et d’humidité, ainsi que des variations de la vitesse, la température et la charge, des vibrations et des charges de choc.

Le concept du TMBU offre de nouvelles opportunités en termes de réduction de l’encombrement, facilité de montage, allongement des intervalles de maintenance et amélioration des performances. Il est possible d’éviter les dommages causés aux roulements par le passage du courant électrique soit en les isolant avec un revêtement céramique, soit en utilisant des roulements hybrides avec des éléments roulants en céramique.

Applications dans les tramways à plancher surbaissé
Aujourd’hui, la plupart des tramways sont conçus avec un plancher surbaissé qui facilite l’accès des passagers. Compte tenu des contraintes d’encombrement qui en découlent, ces véhicules doivent être équipés de moteurs de traction et systèmes de transmission adaptés. La dernière innovation dans ce domaine (se bild . 1) repose sur un arbre creux à cardan intégré qui entraîne directement la roue indépendante. De chaque côté, un TMBU hybride est utilisé dans un souci de gain de place axial. Un capteur de position intégré, incluant la détection de la vitesse, contribue également à cette approche de réduction de l’encombrement. Le TMBU en position libre est basé sur un roulement à rouleaux cylindriques et le TMBU en position fixe, sur un roulement rigide à billes.

La graisse utilisée a été sélectionnée pour offrir une durée de service accrue, y compris à des températures de fonctionnement élevées. L’ensemble-roulement est équipé de joints à chicane sans contact.

Pour plus de fiabilité, l’isolation électrique est obtenue en utilisant soit un roulement INSOCOAT, soit un roulement hybride doté d’éléments roulants en céramique.

Le concept du TMBU offre des opportunités de réduction de l’encombrement axial. Les TMBU permettent, en outre, d’atteindre une puissance de traction supérieure pour une taille de moteur donnée.

Conception de l’ensemble-roulement
Le concept de TMBU monté en paliers fixes repose sur un modèle de roulement rigide à billes (se bild . 2). Cet ensemble-roulement étanche et prélubrifié dispose d’une collerette intégrée à la bague extérieure qui se fixe sur le carter du moteur de traction. L’isolation électrique est obtenue soit en recourant à un modèle hybride intégrant des billes en céramique, soit par le biais d’un revêtement isolant INSOCOAT sur l’alésage de la bague intérieure. Ce concept d’unité à encombrement réduit, constituée d’un plus petit nombre d’éléments, offre un montage simplifié.

Le concept de TMBU pour montages sur paliers libres repose sur un modèle de roulement rigide à billes (se bild . 3). Cet ensemble-roulement étanche et prélubrifié dispose d’une collerette intégrée à la bague extérieure qui se fixe sur le carter du moteur de traction. L’isolation électrique est obtenue soit en appliquant un revêtement isolant INSOCOAT sur l’alésage de la bague intérieure, soit en utilisant un roulement hybride doté de rouleaux en céramique.

Les roulements hybrides offrent des propriétés d’isolation électrique supérieures, en particulier pour les applications avec variateurs hautes fréquences modernes. Ces roulements sont équipés d’éléments roulants en nitrure de silicium de qualité roulement. Ce matériau leur confère des propriétés d’isolation électrique supérieures, y compris en présence de fréquences très élevées. Par rapport aux roulements avec éléments roulants en acier, les ensembles-roulements hybrides permettent de réaliser des économies d’énergie à travers un frottement plus faible et une précision accrue. Il en résulte une température de fonctionnement inférieure, une durée de service accrue de la graisse et, par conséquent, des intervalles de maintenance plus longs.

Caractéristiques des capteurs
Le concept de capteur intégré (se bild . 4 et 5) offre diverses possibilités de détection et de mesure : détection de position absolue pour dispositifs de système de contrôle, détection de la direction et mesure de la vitesse de rotation pour systèmes de freinage et, si besoin, mesure de la température pour optimiser la maintenance et améliorer la sécurité.

Les capteurs sont tous deux intégrés dans le dispositif d’étanchéité de la bague extérieure de l’ensemble-roulement.

Les systèmes de propulsion CA pour moteurs de traction plus sophistiqués exigent une détection de la position absolue du rotor la plus précise possible. SKF a développé une toute nouvelle technologie de capteurs qui permet de bénéficier d’une précision de ±0,075 % sur 360° et d’une résolution de 5 632 impulsions par tour. Ce système de capteur peut être utilisé aussi bien pour les applications d’arbres traversants que pour les montages en bout d’arbre. La plage de températures de service s’étend de –30°C à 105°C. Le capteur complet est soumis à des essais conformément à la norme ferroviaire EN 61373 pour garantir sa tenue aux chocs et aux vibrations. La compatibilité électromagnétique est conforme aux normes internationales. Les capteurs bénéficient du marquage CE attestant leur conformité aux exigences essentielles de santé et de sécurité énoncées dans les directives européennes.

Tramway 15T à plancher surbaissé Škoda
La marque Škoda est réputée depuis 140 ans pour tous types de véhicules et machines. La division Škoda Trakcní Motory (Moteurs de traction Škoda) représente les principales activités de Škoda Electric, basée à Plzeň, en République tchèque, qui se bild ure parmi les leaders des moteurs électriques de traction. Škoda fournit des systèmes de transmission pour l’industrie ferroviaire partout dans le monde. L’entreprise possède un solide portefeuille de produits en lien avec les moteurs de traction pour applications de transports en commun. Škoda Trakcní Motory a mené des recherches approfondies sur la manière de simplifier les montages de roulements et d’allonger les intervalles de maintenance. Les premiers essais de TMBU ont été effectués en 1996. Aujourd’hui, ce concept est appliqué à la plupart des nouveaux modèles de moteurs de traction.

Le dernier modèle de véhicule Škoda en date est un tramway à plancher entièrement surbaissé (se bild . 6) baptisé ForCity. La société d’exploitation du tramway de la ville de Prague a déjà passé commande de 250 voitures de tramway en trois sections. Le premier prototype a été construit en 2008 et présenté lors du salon InnoTrans de Berlin. Les premières livraisons auront lieu en 2009. Ce tramway présente une conception unique basée sur des bogies qui pivotent complètement pour un véhicule au plancher entièrement surbaissé. Pour minimiser le niveau sonore, le tramway ForCity ne comporte aucun réducteur. Le moteur de traction est refroidi à l’eau et entraîne les roues directement par le biais d’un cardan. Le tramway à trois sections mesure 31,4 mètres de long et 2,46 mètres de large. Ce véhicule à adhérence totale est conçu pour les lignes modernes de Prague. Il est équipé de quatre bogies moteurs de très faible hauteur de construction. Chaque roue est entraînée par un moteur synchrone à aimants permanents piloté par un onduleur Skiip particulier constitué de modules IGBT (transistors bipolaires isolés) intelligents. Le tramway est équipé de 16 moteurs de traction HLU 3436 P/44-VA. Le système de commande individuel pour chaque roue et bogie pivotant procure au véhicule l’entraînement optimal dans les courbes, minimisant ainsi l’usure des roues et le niveau sonore.

Description du moteur de traction
Le moteur de traction HLU 3436 P/44-VA est principalement constitué d’un bâti, d’un stator avec bobinage, d’un rotor et des ensembles-roulements flasqués. Le bâti du moteur est soudé et doté de canaux utilisés pour l’évacuation du fluide de refroidissement. Un ensemble de lames de circuit magnétique est inséré dans le bâti et inclut des bobines d’induit. Les cosses de bobines sont reliées au connecteur d’alimentation. Le rotor est constitué de lames de circuits magnétiques entourées de plaques dans le sens axial. Les pôles de la machine, des aimants permanents, sont reliés au circuit. La fixation des aimants est assurée par une armature. De chaque côté du bâti se trouve un flasque servant de support à un ensemble-roulement. Le bâti est pourvu de pattes de fixation au bogie. Les éléments roulants des ensembles-roulements sont en céramique. L’ensemble-roulement à billes est muni de deux capteurs : l’un pour la commande du moteur et l’autre destiné au système de freinage.

Les travaux de recherche et développement consacrés au moteur synchrone à aimants permanents à faible vitesse de rotation ont été réalisés dans le cadre d’une collaboration étroite entre spécialistes de ŠKODA ELECTRIC, VUES Brno et SKF.

En conclusion, le concept d’ensemble-roulement pour moteurs de traction, TMBU, offre de nouvelles opportunités de réduction du coût du cycle de vie à travers un allongement des intervalles de maintenance. Sa conception se caractérise par un faible encombrement et un nombre d’éléments réduit, associés à une grande facilité de montage. L’expérience confirme jusqu’ici les attentes en termes d’allongement significatif des intervalles de maintenance.

INSOCOAT et NOWEAR sont deux marques déposées du Groupe SKF.