Brevet FR2786136A1 — publié le 20000526

"Groupe motopropulseur comportant une machine électrique interposée entre le moteur thermique et la transmission" L'invention concerne un groupe motopropulseur pour véhicule automobile. L'invention concerne plus particulièrement un groupe motopropulseur pour véhicule automobile, du type qui comporte d'avant en arrière un moteur thermique dont un arbre de sortie est accouplé à un organe d'entrée d'une transmission qui est susceptible de transmettre une puissance motrice à des roues du véhicule, du type dans lequel une machine électrique est interposée entre I'arbre de sortie du moteur thermique et l'organe d'entrée de la transmission pour fonctionner indiffé- remment en moteur ou en générateur, et du type dans lequel la machine électrique comporte un stator qui est fixé rigidement à un bloc du moteur thermique, et un rotor qui est Hé en rotation à l'organe d'entrée de la transmission et à I'arbre de sortie du moteur thermique. On connaît de nombreux exemples de groupe motopropulseur comportant une machine électrique interposée entre un arbre de sortie du moteur thermique et un organe d'entrée d'une transmission. Le document US-5.001.412 décrit et représente un groupe motopropulseur comportant un moteur thermique dont un arbre de sortie, ou vilebrequin, porte un rotor cylindrique d'une machine électrique dont un stator est lié au bloc du moteur thermique. La machine électrique est susceptible de fonctionner indifféremment en générateur pour recharger une batterie d'accumulateurs du véhicule, ou de fonctionner en moteur électrique pour démarrer le moteur thermique ou apporter un surcroît de puissance au moteur thermique lors, par exemple, de fortes accélérations du véhicule. Une paroi transversale du rotor, opposée à la paroi qui est née au vilebrequin du moteur thermique, est liée à en rotation à une roue de turbine d'un convertisseur d'une transmission automatique du véhicule. Un problème se pose au sujet des vibrations que le moteur thermique est susceptible de transmettre au rotor de la machine étectrique. En effet, en fonction des différents régimes de rotation du moteur thermique, le vilebrequin est susceptible d'tre sujet à différents modes de vibration et de se déformer en flexion transversalement par rapport à son axe de rotation. Ceci peut tre particulièrement préjudiciable au fonctionnement de la machine électrique. En effet, le rotor étant situé en bout de vilebrequin, et donc en porte-à-faux, il est susceptible d'amplifier ces déformations de façon significative. II existe donc d'une part un risque de sollicitation en fatigue du vilebrequin, et d'autre part un risque que l'entrefer de la machine électrique, défini par le jeu radial existant entre le rotor et le stator de la machine électrique, ne soit pas constant, ce qui risque de diminuer considérablement le rendement de la machine électrique lors de son fonctionnement. Pour remédier à cet inconvénient, l'invention propose un groupe motopropulseur du type précédemment décrit qui comporte des moyens de maintien de la coaxialité du rotor par rapport à l'arbre de sortie ou vilebrequin du moteur thermique. Dans ce but, I'invention propose un groupe motopropulseur du type décrit ci-dessus, caractérisé en ce que le stator comporte au moins un palier de support en rotation du rotor. Selon d'autres caractéristiques de l'invention : -le stator comporte une plaque de fixation dont une face avant est fixée directement sur le bloc moteur, et dont une face arrière porte une armature de révolution qui est coaxiale à I'arbre de sortie du moteur thermique et qui comporte le palier de support en rotation d'une cage de révolution du rotor, complémentaire de l'armature du stator ; -I'armature de révolution du stator est centrée coaxialement à I'arbre de sortie du moteur thermique par l'intermédiaire d'une collerette cylindrique de centrage, qui est coaxiale à l'arbre de sortie du moteur thermique, et qui s'étend vers l'arrière à partir du bloc du moteur thermique pour tre reçue dans un alésage complémentaire de l'armature de révolution du stator ; -le stator porte à l'arrière de son armature de révolution des moyens inductifs ; -I'armature de révolution du stator comporte une première collerette de palier qui s'étend vers l'arrière, radialement en regard d'une deuxième collerette de palier s'étendant vers !'avant à partir de I'avant de la cage de révolution du rotor, et en ce que des moyens de roulement sont agencés entre les première et deuxième collerette de palier pour former le palier unique de support du rotor ; -des moyens d'étanchéité de palier sont agencés entre les première et deuxième collerette de palier ; -la cage de révolution du rotor est liée à I'arbre de sortie du moteur thermique par l'intermédiaire d'un arbre de liaison dont une extrémité cannelée avant traverse I'armature de révolution du stator et est reçue par des cannelures complémentaires de I'arbre de sortie du moteur thermique ; -I'arbre de liaison est venu de matière avec la cage de révolution du rotor ; -I'arbre de liaison comporte une extrémité cannelée arrière qui est reçue par des cannelures complémentaires d'un alésage de la cage de révolution du rotor ; -la cage de révolution du rotor comporte, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, un corps périphérique cylindrique qui s'étend vers l'avant et dont une paroi intérieure porte des moyens inductifs agencés extérieurement en regard des moyens inductifs de I'armature de révolution du stator, puis la deuxième collerette de palier qui est agencée extérieurement en regard de la première collerette de palier du stator, et enfin I'arbre de liaison en rotation à l'arbre de sortie du moteur thermique ; -le stator comporte au moins une cavité de refroidissement dont au moins deux orifices de circulation débouchent dans la face avant de la plaque de fixation du stator en regard de conduits de circulation associés d'un fluide de refroidissement du bloc du moteur thermique ; -le groupe motopropulseur comporte des moyens d'étanchéité entre la plaque de fixation du stator et le bloc du moteur thermique ; -le corps périphérique cylindrique du rotor comporte des ailettes de refroidissement qui s'étendent radialement vers l'extérieur pour assurer un refroidissement de la machine électrique par circulation d'air ; -la cage de révolution du rotor comporte des lumières permettant l'accès à des vis axiales de fixation de I'armature de révolution du stator ; -les moyens inductifs comportent des aimants permanents du stator, respectivement du rotor, agencés radialement en regard de bobinages du rotor, respectivement du stator ; -la cage de révolution du rotor comporte une paroi transversale arrière qui forme plateau de réaction d'un embrayage couplé à une boîte de vitesse mécanique de la transmission ; -la cage de révolution du rotor comporte une paroi transversale arrière qui est accouplée à une roue de turbine d'un convertisseur d'une boite de vitesse automatique de la transmission. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui suit pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : -la figure 1 est une vue en coupe longitudinale d'une machine électrique pour un groupe motopropulseur conforme à un premier mode de réalisation de l'invention, et -la figure 2 est une vue en coupe longitudinale d'une machine électrique pour un groupe motopropulseur conforme à un second mode de réalisation de l'invention. Dans la description qui va suivre, des chiffres de référence identiques désignent des pièces identiques ou ayant des fonctions similaires. On voit sur la figure 1 I'ensemble d'une machine électrique 10 pour un groupe motopropulseur réalisée conformément à l'invention. De manière connue, la machine électrique 10 comporte un stator 12 qui est fixé rigidement à un bloc moteur 14 du moteur thermique (non représenté), et un rotor 16 qui est tié en rotation à la fois à l'organe d'entrée 18 d'une transmission (non représentée) du véhicule automobile et à un arbre de sortie 20 du moteur thermique. L'organe d'entrée 18 de la transmission est susceptible de transmettre une puissance motrice à des roues du véhicule. Sur les figures 1 et 2, de façon non limitative de l'invention, l'organe d'entrée 18 de la transmission a été représenté préférentiellement sous la forme d'un embrayage à disque de friction. De manière connue, 1'avant du stator 12 comporte une plaque de fixation 22 qui est disposée sensiblement transversalement par rapport à I'axe commun A de rotation de I'arbre de sortie 20 du moteur thermique et de l'organe d'entrée 18 de la transmission. Une face avant 24 transversale plane de la plaque de fixation 22 est fixée directement sur le bloc moteur 14. La plaque de fixation 22 du stator 12 est notamment fixée au bloc moteur 14 par l'intermédiaire de vis 13 qui traversent des perçages 15 pratiqués dans l'épaisseur de la plaque de fixation 22, et qui sont vissés directement dans le bloc moteur 14. Le stator 12 comporte aussi, sur une face arrière 23 de sa plaque de fixation 22 une armature 26 de révolution, sensiblement cylindrique, qui, conformément à l'invention, porte une partie d'un palier 28 de support en rotation du rotor 16, d'axe A. Le détail de la liaison en rotation du rotor 16 par rapport au stator 12 sera décrite ultérieurement. Avantageusement, et de façon non limitative de l'invention, I'armature 26 est venue de matière avec la plaque de fixation 22 du stator 12. L'armature 26 du stator 12 est aussi d'axe A, c'est à dire coaxiale à I'arbre de sortie 20 du moteur thermique. A cet effet, le bloc moteur 14 comporte une collerette 30 cylindrique arrière de centrage d'axe A, coaxiale à I'arbre de sortie 20 du moteur thermique, qui s'étend vers l'arrière, qui est venue de matière avec le bloc moteur 14, et qui est destinée à tre reçue dans un alésage complémentaire 32 aménagé dans la face avant transversale 24 de la plaque de fixation 22 du stator 12. De manière connue, I'armature 26 du stator 12 comporte des moyens inductifs 34, par exemple des bobinages ou des aimants permanents, qui s'étendent en arrière de sa périphérie extérieure de façon à former des moyens inductifs associés du rotor 16, qui seront décrit ultérieurement, pour former la machine électrique 10. De manière connue, le rotor 16 comporte une cage 36 de révolution, sensiblement cylindrique, qui est montée à rotation, par l'intermédiaire du palier 28, sur l'armature 26 du stator 12. Avantageusement la cage 36 du rotor 16 est extérieure à l'armature 26 du stator 12 et comporte un corps périphérique cylindrique 37 de grand diamètre qui permet, lorsque la machine électrique 10 est assemblée, que I'armature 26 du stator 12 soit reçue pratiquement dans son intégralité à l'intérieur du corps cylindrique 37 de la cage 36 du rotor 16. Le corps cylindrique 37 porte extérieurement des ailettes 39 permettant un refroidissement par air du rotor 16. Ainsi, lorsque le machine électrique 10 est assemblée, comme représentée sur les figures, seule la plaque de fixation 22 du stator 16 fait saillie à l'avant du corps cylindrique 37 du rotor 16. Ceci présente davantage de protéger les moyens inductifs et le palier 28 de la machine électrique 10 d'éventuelles projections de poussières ou d'autres matières susceptibles de nuire à son fonctionnement. Conformément à l'invention, la cage 36 du rotor 16 est centrée sur l'armature 26 du stator 12 et est supportée en rotation par le palier 28 d'axe A. A cet effet, I'armature 26 du stator 12 comporte une première collerette 38 de support du palier 28, qui s'étend axialement vers l'arrière intérieurement en regard d'une deuxième collerette 40 qui appartient à la cage 36 du rotor. La deuxième collerette 40 s'étend vers l'avant å partir d'une paroi transversale 44 de la cage 36 du rotor 16. Des moyens de roulement, par exemple des rouleaux cylindriques ou une double rangée de billes sont agencés dans le logement 42 délimité par la première collerette 38 du stator 12 et la deuxième collerette 40 du rotor 16 pour former le palier 28. Avantageusement, le logement 42 est fermé à l'arrière par la paroi transversale 44 de la cage 36 et est ouvert à l'avant. En effet, la première collerette 38 comporte un épaulement 46 agencé en regard de l'extrémité avant de la deuxième collerette 40. Entre l'épaulement 46 avant de la première collerette 38 et la deuxième collerette 40 est agencé un joint annulaire 48 qui réalise t'étanchéité du logement 42 et plus particulièrement des moyens de roulement formant le palier 28. Ainsi, par exemple, le joint annulaire 48 est un joint à tèvre qui est porté par l'épaulement 46 et dont la lèvre glisse en rotation à l'intérieur de l'extrémité avant de la collerette 40. Ainsi, lors de l'assemblage du rotor 16 sur le stator 12, la deuxième collerette 40 qui porte le joint 48 et les moyens de roulement formant le palier 28 est directement enfilée axialement d'arrière en avant sur la première collerette 38 de I'armature 26 du stator 12. L'extrémité avant de la collerette 40 peut comporter à l'intérieur un chanfrein d'introduction (non représenté) pour faciliter le passage de la lèvre du joint 48.0 Avantageusement, la paroi transversale arrière 44 de la cage 36 du rotor comporte des lumières 45 permettant l'accès aux vis de fixation 13 de I'armature 26 du stator, ce qui permet notamment de démonter la machine électrique 10 du bloc moteur 14 sans séparer la cage 36 du rotor de l'armature 26 du stator. Similairement à l'armature 26 du stator 12, le corps cylindrique 37 de la cage 36 du rotor 16 comporte intérieurement des moyens inductifs 50 pour former la machine électrique 10 en coopération avec les moyens inductifs 34 du stator 12 précédemment décrits. Les moyens inductifs 50 peuvent tre réalisés similairement au moyen de bobinages ou d'aimants permanents, et sont agencés en regard des moyens inductifs 34 du stator 12 de façon à définir un entrefer 52 délimité par la différence de diamètre entre le diamètre extérieur des moyens inductifs 34 du stator 12 et le diamètre intérieur des moyens inductifs 50 du rotor 16. L'entrefer 52 permet l'établissement d'un champ magnétique entre les moyens inductifs 34 et 50, qui permet le fonctionnement de la machine électrique 10. La machine électrique 10 peut avantageusement fonctionner indifféremment en moteur ou en générateur en fonction de la façon dont les moyens inductifs 34 et 50 sont commandés. Lorsque la machine électrique 10 fonctionne, celle-ci peut tre sujette à un échauffement car ses bobinages sont parcourus par des courants de forte intensité. A cet effet, la plaque de fixation 22 du stator 12 comporte une cavité (non représentée) qui comporte des orifices de circulation 54 débouchant dans la face avant 24 de la plaque de fixation 22 du stator 12 en regard de conduits 56 de circulation associés d'un fluide de refroidissement du bloc 14 du moteur thermique. Le fluide de refroidissement peut tre l'huile de lubrification du moteur thermique ou le fluide de refroidissement du moteur thermique, par exemple à base de glycol. Des joints toriques 58 sont agencés à la jonction entre les orifices de circulation 54 et les conduits de circulation 56 pour garantir une parfaite étanchéité du système de refroidissement de la machine électrique 10. Conformément à l'invention, la cage 36 du rotor 16 est liée en rotation à l'arbre de sortie 20 du moteur thermique et à l'organe 18 d'entrée de la transmission. La liaison de la cage 36 du rotor à l'arbre de sortie 20 du moteur thermique est réalisée par l'intermédiaire d'un arbre de liaison 60 qui s'étend axialement vers l'avant à partir de la cage 36 du rotor, qui traverse la plaque de fixation 22 du stator 12, et dont l'extrémité avant 62 coopère avec l'arbre de sortie 20 du moteur thermique. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, l'extrémité avant 62 de I'arbre de liaison 60 est cannelée extérieurement et est reçue par un jeu de cannelures complémentaires de I'arbre de sortie 20 du moteur thermique. Cette disposition n'est pas limitative de l'invention et, en variante, une extrémité cannelée de I'arbre de sortie 20 pourra tre reçue à l'intérieur de la cage 36 du rotor 16. Dans le premier mode de réalisation illustré à la figure 1,1'arbre de liaison 60 est un arbre intermédiaire indépendant disposé entre la cage 36 du rotor et I'arbre 20 de sortie du moteur thermique. Ainsi, la cage 36 du rotor 16 comporte un alésage 64 d'axe A qui reçoit une extrémité arrière 66 de I'arbre de liaison 60. L'alésage 64 est cannelé intérieurement et reçoit t'extrémité arrière 66, cannelée extérieurement, de I'arbre de liaison 60. Avantageusement, l'alésage 64 est fermé à son extrémité arrière par un bouchon 68 qui permet de protéger efficacement les cannelures extérieures de I'arbre 60, les cannelures complémentaires de l'alésage 64 de la cage 36 et les cannelures complémentaires de l'arbre de sortie 20 du moteur thermique contre d'éventuelles poussières. Le logement 67 comportant I'arbre de liaison 60 est donc parfaitement étanche et est sujet à une lubrification réalisée par l'huile du moteur. Afin de garantir une pérennité de cette lubrification, des moyens d'étanchéité 70, réalises par exemple sous la forme d'un joint torique de grand diamètre, sont interposés entre la plaque de fixation 22 du stator 12 et le bloc moteur 14 afin d'éviter toute fuite de lubrifiant. On remarquera que ce premier mode de réalisation est plus particulièrement associé à un moteur thermique présentant un faible couple, I'arbre de liaison 60 jouant alors le rôle d'un amortisseur de torsion entre I'arbre de sortie 20 du moteur thermique et la cage 36 du rotor 16. Dans un deuxième mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 2, I'arbre de liaison 60 est réalisé venu de matière avec la cage 36 du rotor 16. A ce titre, il possède une plus grande raideur en torsion qui lui permet avantageusement de transmettre des couples importants générés par exemple par un moteur thermique de puissance supérieure. Dans ce cas, la cage 36 du rotor 16 ne comporte pas d'alésage 64 ni de bouchon 68. Enfin, la cage 36 du rotor 16 est liée à l'organe d'entrée 18 de la transmission du véhicule. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention, la paroi transversale arrière 44 la cage 36 du rotor 16 forme plateau de réaction d'un embrayage 72 à friction qui est couplé à une boîte de vitesses mécanique de la transmission par l'intermédiaire d'un arbre cannelé 74. Cette disposition n'est pas restrictive de l'invention et, en variante (non représentée), la cage 36 du rotor 16 pourrait tre accouplée par l'intermédiaire de sa paroi transversale arrière 44 à une roue de turbine d'un convertisseur de couple d'une boîte automatique de la transmission. Le groupe motopropulseur comportant la machine électrique 10 compacte suivant l'invention est particulièrement avantageux en ce qu'une telle machine électrique 10 est particulièrement bien équilibrée. Elle peut donc remplir ses fonctions de démarrage du moteur thermique, de moteur électrique auxiliaire permettant de fournir un surcroît de puissance au moteur thermique, et d'alternateur, tout en ne transmettant qu'un minimum de vibrations à la transmission, ce qui est un gage de confort et de fiabilité. REVENDICATIONS 1. Groupe motopropulseur pour véhicule automobile, du type qui comporte d'avant en arrière un moteur thermique dont un arbre de sortie (20) est accouplé à un organe d'entrée (18) d'une transmission qui est susceptible de transmettre une puissance motrice à des roues du véhicule, du type dans lequel une machine électrique (10) est interposée entre !'arbre de sortie (20) du moteur thermique et l'organe d'entrée (18) de la transmission pour fonctionner indifféremment en moteur ou en générateur, et du type dans lequel la machine électrique (10) comporte un stator (12) qui est fixé rigidement à un bloc (14) du moteur thermique, et un rotor (16) qui est lié en rotation à l'organe d'entrée (18) de la transmission et à l'arbre de sortie (20) du moteur thermique, caractérise en ce que le stator (12) comporte au moins un palier (28) de support en rotation du rotor (16). 2. Groupe motopropulseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le stator (12) comporte une plaque (22) de fixation dont une face avant (24) est fixée directement sur le bloc moteur (14), et dont une face arrière (23) porte une armature de révolution (26) qui est coaxiale à I'arbre de sortie (20) du moteur thermique et qui comporte le palier (28) de support en rotation d'une cage (36) de révolution du rotor (16), complémentaire de l'armature (26) du stator (12). 3. Groupe motopropulseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'armature de révolution (26) du stator (12) est centrée coaxialement à l'arbre de sortie (20) du moteur thermique par l'intermédiaire d'une collerette (30) cylindrique de centrage, qui est coaxiale à l'arbre de sortie (20) du moteur thermique, et qui s'étend vers l'arrière à partir du bloc (14) du moteur thermique pour tre reçue dans un alésage (32) complémentaire de I'armature (26) de révolution du stator (12). 4. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le stator (12) porte à L'arrière de son armature (26) de révolution des moyens inductifs (34). 5. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'armature (26) de révolution du stator (12) comporte une première collerette (38) du palier qui s'étend vers l'arrière, radialement en regard d'une deuxième collerette (40) de palier s'étendant vers l'avant à partir de t'avant de la cage (36) de révolution du rotor (16), et en ce que des moyens de roulement sont agencés entre les première (38) et deuxième (40) collerette de palier pour former le palier (28) unique de support du rotor (16). 6. Groupe motopropulseur selon la revendication 5, caractérisé en ce que des moyens (48) d'étanchéité de palier sont agencés entre les première (38) et deuxième (40) collerette de palier. 7. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que la cage (36) de révolution du rotor (16) est lieue à l'arbre de sortie (20) du moteur thermique par l'intermédiaire d'un arbre (60) de liaison dont une extrémité cannelée avant traverse I'armature (26) de révolution du stator (12) et est reçue par des cannelures complémentaires de I'arbre de sortie (20) du moteur thermique. 8. Groupe motopropulseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'arbre de liaison (60) est venu de matière avec la cage (36) de révolution du rotor (16). 9. Groupe motopropulseur selon la revendication 7, caractérisé en ce que !'arbre de liaison (60) comporte une extrémité cannelée arrière qui est reçue par des cannelures complémentaires d'un alésage (64) de la cage de révolution du rotor. 10. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, caractérisé en ce que la cage (36) de révolution du rotor (12) comporte, radialement de l'extérieur vers l'intérieur, un corps périphérique cylindrique (37) qui s'étend vers I'avant et dont une paroi intérieure porte des moyens inductifs (50) agences extérieurement en regard des moyens inductifs (34) de l'armature (26) de révolution du stator (12), puis la deuxième collerette (40) de palier qui est agencée extérieurement en regard de la première collerette (38) de palier du stator (12), et enfin l'arbre de liaison (60) en rotation à l'arbre de sortie (20) du moteur thermique. 11. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérise en ce que le stator (12) comporte au moins une cavité de refroidissement dont au moins deux orifices (54) de circulation débouchent dans la face avant (24) de la plaque de fixation (22) du stator (12) en regard de conduits de circulation (56) associés d'un fluide de refroidissement du bloc du moteur thermique. 12. Groupe motopropulseur selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'étanchéité (58, 70) entre la plaque de fixation (22) du stator et le bloc (14) du moteur thermique. 13. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que le corps périphérique cylindrique (37) du rotor (16) comporte des ailettes (39) de refroidissement qui s'étendent radialement vers l'extérieur pour assurer un refroidissement de la machine électrique (10) par circulation d'air. 14. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 13, caractérisé en ce que la cage (36) de révolution du rotor (16) comporte des lumières (45) permettant t'accès à des vis (13) axiales de fixation de I'armature (26) de révolution du stator (12). 15. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens inductifs (34,50) comportent des aimants permanents du stator (12), respectivement du rotor (16), agencés radialement en regard de bobinages du rotor (16), respectivement du stator (12). 16. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 15 caractérisé en ce que la cage (36) de révolution du rotor (16) comporte une paroi (44) transversale arrière qui forme plateau de réaction d'un embrayage (72) à friction couplé à une boîte de vitesse mécanique de la transmission. 17. Groupe motopropulseur selon l'une quelconque des revendications 2 à 15 caractérisé en ce que la cage (36) de révolution du rotor (16) comporte une paroi transversale arrière (44) qui est accouplée à une roue de turbine d'un convertisseur d'une boîte de vitesse automatique de la transmission.