Brevet FR2809880A1 — publié le 20011207

La présente invention concerne un moteur électrique pour un véhicule à propulsion hybride. Elle concerne également un groupe motopropulseur équipé d'un tel moteur. On entend ici par "propulsion hybride" une propulsion qui est realisée à partir d'un moteur thermique et/ou d'un moteur électrique, le véhicule étant équipé de ces deux types de moteur. Ce type de véhicule est actuellement en plein développement en raison des avantages qu'il présente. En effet, le moteur électrique peut être utilisé seul, au démarrage et/ou au moment de l'arrêt, voire à faible vitesse en particulier circulation urbaine. Il peut également servir d'appoint au moteur thermique lors de toute demande de puissance importante. Enfin, il est également possible de mettre en fonctionnement simultanément ces deux moteurs, de telle sorte que les couples qu' développent s'ajoutent. Les carters d'embrayage classiques sont généralement conçus pour un véhicule comportant une boîte de vitesses à un seul arbre primaire entraîné en rotation par un moteur thermique. L'addition d'un moteur électrique dans un groupe motopropulseur a pour conséquence d'augmenter la longueur initiale du carter d'embrayage à l'intérieur duquel il est logé. En outre, dans le but de rationaliser la fabrication boîtes de vitesses, la demanderesse souhaite standardiser les différents types de boîtes de vitesses, à savoir les boîtes de vitesses automatisées, manuelles et hybrides. C'est pourquoi certaines boîtes de vitesses conçues par la demanderesse comportent deux arbres primaires coaxiaux et deux embrayages distincts, ce qui augmente l'encombrement et la taille du carter d'embrayage. Dans les deux cas précités, l'augmentation des dimensions du carter d'embrayage rend difficile le montage du groupe motopropulseur transversalement dans un véhicule. Pour les raisons précédemment évoquées, il serait souhaitable de limiter le plus possible l'augmentation de la taille du carter d'embrayage, même si un moteur électrique est prévu en sus d'un moteur thermique. L'invention a pour objet de pallier cet inconvénient en proposant un moteur électrique dont l'architecture particulière le rend plus compact. L'invention concerne donc un moteur électrique pour véhicule à propulsion hybride, réalisée à partir d'un moteur thermique et/ou d'un moteur électrique, moteur électrique étant logé dans un carter d'embrayage disposé entre ledit moteur thermique et une boîte de vitesses et comprenant - un stator central annulaire, solidaire dudit carter d'embrayage et entourant arbre moteur principal, entraîné en rotation par ledit moteur thermique, et - un rotor annulaire entourant ledit stator et entraînant en rotation un arbre moteur auxiliaire, tubulaire, qui entoure coaxialement l'arbre moteur principal. Selon les caractéristiques de l'invention, le rotor est monté à l'intérieur support de rotor en forme de réceptacle creux dont la partie concave est ouverte vers la boîte de vitesses et dont le centre est coaxial l'arbre moteur principal, support de rotor étant solidaire de l'arbre moteur auxiliaire. De façon avantageuse, le support de rotor comprend - une portion en forme de coupelle dont la partie concave est ouverte vers la boite de vitesses, cette coupelle présentant un fond circulaire percé d'une ouverture centrale pour le passage de l'arbre moteur principal et une paroi cylindrique périphérique sur la face intérieure de laquelle est fixé le rotor, et - une portion tubulaire entourant une partie de l'arbre moteur principal, cette portion tubulaire s'étendant à l'intérieur de la partie concave de la coupelle étant solidaire de l'arbre moteur auxiliaire et du fond de coupelle. Grâce à une telle conception de l'architecture du moteur électrique, le support rotatif du rotor est disposé du côté du moteur thermique, le fond de la portion en forme de coupelle est très proche du volant d'inertie et du nez de vilebrequin. Ceci permet de gagner de la place à l'intérieur du carter d'embrayage pour placer les pièces fixes du moteur électrique du côté de la boîte vitesses. De façon avantageuse, le stator est monté sur un support de stator annulaire, solidaire du carter d'embrayage et présentant sur au moins une partie de sa périphérie une cavité de logement dudit stator en forme de gouttière annulaire, cette cavité étant définie par un fond, une paroi cylindrique intérieure et une paroi cylindrique extérieure, la partie concave de cette cavité étant ouverte vers le moteur thermique. En outre, le stator est fixé sur la face intérieure de ladite paroi cylindrique intérieure et la cavité de logement du stator permet également de recevoir le rotor. Les supports respectifs du stator et du rotor sont donc partiellement imbriqués l'un dans l'autre, ce qui permet un gain de place en direction axiale. Enfin, selon un certain nombre de caractéristiques additionnelles non limitatives de l'invention - le support de stator comprend une portion centrale annulaire entourant la portion tubulaire du support de rotor, un palier de roulement annulaire étant fixé entre ladite portion centrale et ladite portion tubulaire pour assurer coaxialité rotor et du stator, - le support de stator comprend une chambre de refroidissement et tuyaux d'introduction et d'évacuation du liquide de refroidissement du stator sont fixés sur fond de ladite chambre de refroidissement, et - les connexions électriques d'alimentation du stator sont fixées dans le fond de la cavité de logement du stator. Grâce à la place gagnée à l'intérieur du carter d'embrayage disposant support de rotor du côté du moteur thermique, il est possible de libérer de la place du côté de la boîte de vitesses, entre la toile de fond du carter d'embrayage et le support de stator, pour y loger les tuyaux et les connexions électriques. Une telle disposition permet en outre d'éviter d'intercaler, dans le sens axial, des pièces rotatives et des pièces fixes. Les tuyaux assurant le refroidissement du moteur électrique ou les fils électriques sont éloignés du volant d'inertie moteur thermique et ne risquent pas d'être sectionnés. L'architecture particulièrement compacte de ce moteur électrique permet de loger dans un carter d'embrayage standard. L'invention a également pour objet un groupe motopropulseur pour véhicule ' propulsion hybride équipé d'un moteur électrique tel que décrit ' dessus, dans lequel l'arbre moteur principal transmet sont mouvement de rotation à un arbre récepteur de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage ; ce groupe motopropulseur est remarquable en ce que cet embrayage est disposé en bout de l'arbre moteur principal, à son extrémité opposée à celle qui est accouplée à l'arbre de vilebrequin du moteur thermique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante, faite au regard de la figure 1. Cette figure 1 (figure unique) est une vue en coupe axiale du carter d'embrayage et du moteur électrique selon l'invention. On distingue sur la droite de la figure 1, la portion d'extrémité 10 de l'arbre de vilebrequin d'un moteur thermique non représenté. Il s'agit par exemple d'un moteur à quatre temps, à essence ou du type Diesel. On désigne d'une part, par la référence 2, un arbre moteur principal entraîné en rotation le moteur thermique et d'autre part, par la référence 3, un arbre moteur auxiliaire tubulaire, qui entoure l'arbre central, plein, 2. L'arbre auxiliaire 3 est libre en rotation par rapport à l'arbre principal 2. Du côte du vilebrequin, chacun des arbres 2, 3 a une portion d'extrémité libre 20, respectivement 30, qui est cannelée longitudinalement. L'arbre intérieur 2, plus long que l'arbre 3, ressort de ce dernier par sa portion cannelée 20 ainsi que par une partie de sa portion lisse. Les deux arbres 2,3 se trouvent disposés coaxialement dans le prolongement de l'arbre de vilebrequin 1, l'axe commun à ces trois arbres étant référencé XX' sur la figure 1. De manière bien connue, l'extrémité 10 de l'arbre de vilebrequin 1 présente une portion 1 de plus grand diamètre, ou "nez" de vilebrequin, qui comporte une embase 12, à laquelle est fixé un volant d'inertie 4. Celui-ci comprend un flasque discoïde 40 pourvu d'une ouverture centrale 41 par laquelle il est adapté sur le nez 11, en s'appliquant contre l'embase 12. La fixation est assurée par des vis périphériques 100. Le "nez" 11 est également muni d'un trou borgne 110 rainuré longitudinalement, complémentaire de la portion cannelée 20 de l'arbre 2 sur laquelle il est accouplé. L'arbre moteur 2 est donc solidaire en rotation du nez 11 et il tourne en permanence en même temps que le vilebrequin 1. L'arbre moteur principal 2 transmet le mouvement de rotation à un arbre récepteur d'une boîte de vitesses manuelle ou automatique, par l'intermédiaire d'un embrayage et notamment d'un disque d'embrayage (non représenté sur la figure), disposé à l'autre extrémité de l'arbre 2 (côté gauche de la figure), au-delà de la boîte de vitesses (également non représentée). L'arbre auxiliaire 3 est entraîné en rotation par un moteur électrique référencé 5, comportant de façon classique un stator 6 et un rotor 7. Le rotor 7 est annulaire et entoure coaxialement le stator central 6, également annulaire, qui est traversé par les deux arbres 2 et 3 coaxiaux. L'arbre 3 est guidé dans un palier de roulement 300 à rouleaux monté dans un alésage formé dans la paroi d'un carter C. Le moteur électrique 5 et le volant d'inertie 4 sont contenus dans ce carter C, qui est avantageusement un carter d'embrayage standard pour véhicule à moteur thermique. La paroi de carter qui porte le palier 300 s'étend perpendiculairement XX' et sépare les espaces intérieurs du carter et de la boîte de vitesses. Le rotor 7 est monté sur un support de rotor 70 ayant la forme générale d'un réceptacle creux. II comprend une portion en forme de coupelle 71 et portion tubulaire centrale 72. La portion en forme de coupelle comprend un fond 73 circulaire, plat, s'étendant selon un plan transversal perpendiculaire à l'axe XX' et parallèle au volant d'inertie 4, ce fond 73 se prolongeant au niveau de sa périphérie par une paroi cylindrique 74 centrée sur l'axe XX'. La partie concave du support de rotor 70 est orientée vers la boîte vitesses, c'est-à-dire vers la partie gauche de la figure 1. Le rotor annulaire 7 est fixé sur la face intérieure 740 de la paroi périphérique 74. Le fond 73 est percé d'une ouverture centrale circulaire 75, autorisant le passage de l'arbre principal 2. La portion tubulaire 72 constitue un support d'un palier de roulement annulaire 8, tel qu'un roulement à deux rangées de billes. Elle entoure la portion cannelée 30 de l'arbre 3 et une partie de l'arbre principal 2 située entre l'extrémité l'arbre 3 et l'extrémité cannelée 20. Le support 72 de palier de roulement est muni, sur la face intérieure de son extrémité entourant l'arbre auxiliaire 3, de rainures 720 complémentaires la portion cannelée 30 de l'arbre 3 avec laquelle il est accouplé. Il se prolonge outre à son extrémité opposée par une collerette annulaire 721 s'étendant radialement vers l'extérieur par rapport à l'axe XX'. Le fond 73 du support de rotor est fixé sur cette collerette 721 l'intermédiaire d'un dispositif de fixation approprié tel qu'un boulonnage 76. Ainsi, le rotor 7 est solidaire de l'arbre auxiliaire 3, qu'il entraîne rotation. Le stator 6 est monté sur un support de stator 60 présentant une forme générale annulaire. Ce support de stator est constitué successivement, depuis l'intérieur vers l'extérieur, d'une portion centrale annulaire 601 bloquant le palier de roulement 8, d'un flasque 602 en forme de disque s'étendant selon un plan perpendiculaire à l'axe XX', d'une chambre annulaire 603 de refroidissement du stator, d'une cavité 604 de logement du stator et d'une partie fixe 605 semi-annulaire qui est positionnée entre le carter d'embrayage C et le carter du moteur thermique (non représenté sur la figure) et solidaire de ceux-ci. Le palier de roulement 8 assure une parfaite coaxialité entre le stator et le rotor et permet de réaliser ainsi correctement l'entrefer E du moteur électrique. La cavité de logement du stator a la forme d'une gouttière annulaire dont la partie concave, c'est à dire l'ouverture, est orientée en direction du moteur thermique (vers la partie droite de la figure 1). Ladite cavité logement du stator est définie par un fond 606 s'étendant dans un plan sensiblement perpendiculaire à l'axe XX', une paroi cylindrique intérieure 607 paroi cylindrique extérieure 608. Le stator annulaire 6 est fixé dans la cavité de logement du stator, sur la face intérieure 609 de la paroi cylindrique intérieure 607. La cavité logement du stator 604 est suffisamment grande pour recevoir non seulement le stator, mais également le rotor 7 et la paroi périphérique 74 du support de rotor. d'autres termes, le support de stator 60 et le support de rotor 70 sont partiellement imbriqués tête-bêche l'un dans l'autre. Comme peut le voir dans le bas de la figure, la cavité 604 de logement du stator et la partie fixe 605 peuvent ne s'étendre que sur une partie de la périphérie du support de stator pour s'adapter à la forme de la toile de fond du carter d'embrayage au niveau de l'attaque de pont P. Le fond de la chambre de refroidissement 603, orienté vers la boîte de vitesses, est percé d'orifices permettant la fixation et le passage de tuyaux 90 d'introduction et d'évacuation du liquide de refroidissement du stator. Le fond 606 de la cavité de logement du stator est percé d'au moins un orifice permettant le passage des connexions électriques 91 d'alimentation du stator. L'architecture particulière du moteur électrique selon l'invention permet de placer le fond 73 du support rotatif 70 très près du volant d'inertie 4 et de libérer de la place dans le carter d'embrayage, du côté de la toile de fond dudit carter, pour y installer les pièces fixes et notamment le stator, son support, les tuyaux et les fils électriques. On utilise ainsi au mieux l'espace disponible dans le carter d'embrayage. REVENDICATIONS 1. Moteur électrique (5) pour véhicule à propulsion hybride, réalisée à partir d'un moteur thermique et/ou d'un moteur électrique, moteur 'lectrique (5) étant logé dans un carter d'embrayage (C) disposé entre ledit moteur thermique et une boîte de vitesses et comprenant - un stator central annulaire (6), solidaire dudit carter d'embrayage entourant un arbre moteur principal (2) entraîné en rotation par ledit moteur thermique, et - un rotor annulaire (7) entourant ledit stator et entraînant en rotation un arbre moteur auxiliaire (3), tubulaire, qui entoure coaxialement l'arbre moteur principal (2), caractérisé en ce que ledit rotor (7) est monté à l'intérieur d'un support de rotor (70) en forme de réceptacle creux dont la partie concave ouverte vers la boîte de vitesses et dont le centre est coaxial à l'arbre moteur principal (2), ce support de rotor étant solidaire de l'arbre moteur auxiliaire (3). 2. Moteur électrique selon la revendication 1, caractérise ce que le support de rotor (70) comprend - une portion en forme de coupelle (71) dont la partie concave est ouverte vers la boîte de vitesses, cette coupelle présentant un fond circulaire (73) percé d'une ouverture centrale (75) pour le passage de l'arbre moteur principal (2) et une paroi cylindrique périphérique (74) sur la face intérieure (740) de laquelle est fixé le rotor (7), et - une portion tubulaire (72) entourant une partie de l'arbre moteur principal (2), cette portion tubulaire s'étendant à l'intérieur de la partie concave de la coupelle (71) et étant solidaire de l'arbre moteur auxiliaire (3) et du fond (73) de la coupelle. 3. Moteur électrique selon la revendication 1, caractérisé ce que le stator (6) est monté sur un support de stator (60) annulaire, solidaire du carter d'embrayage (C) et présentant sur au moins une partie de sa périphérie une cavité (604) de logement dudit stator, en forme de gouttière annulaire, cette cavité étant définie par un fond (606), une paroi cylindrique intérieure (607) et une paroi cylindrique extérieure (608), la partie concave de cette cavité étant ouverte vers le moteur thermique, en ce que le stator est fixé sur la face intérieure (609) de la paroi cylindrique intérieure (607) et en ce que la cavité (604) de logement du stator permet également de recevoir rotor (7). 4. Moteur électrique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support de stator (60) comprend une portion centrale annulaire (601) entourant la portion tubulaire (72) du support de rotor, un palier de roulement annulaire (8) étant fixé entre ladite portion centrale et ladite portion tubulaire pour assurer la coaxialité du rotor et du stator. 5. Moteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le support de stator (60) comprend une chambre de refroidissement (603) et en ce que les tuyaux (90) d'introduction et d'évacuation du liquide de refroidissement du stator sont fixés sur le fond de ladite chambre de refroidissement. 6. Moteur électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que les connexions électriques (9 d'alimentation du stator sont fixées dans le fond (606) de la cavité (604) de logement du stator. 7. Groupe motopropulseur pour véhicule à propulsion hybride équipé à la fois d'un moteur thermique et d'un moteur électrique conforme à l'une des revendications précédentes dans lequel ledit arbre moteur principal (2) transmet son mouvement de rotation un arbre récepteur de la boîte de vitesses par l'intermédiaire d'un embrayage, caractérisé par le fait que cet embrayage est disposé en bout de l'arbre moteur principal (2), à son extrémité opposée à celle (20) qui est accouplée à l'arbre de vilebrequin (1) du moteur thermique.