Brevet FR2837248A1 — publié le 20030919

La présente invention concerne un dispositif d'accouplement élastique entre le rotor d'une machine électrique tournante réversible et l'arbre primaire de la boîte de vitesses d'un moteur thermique d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile. Les machines électriques tournantes des groupes motopropulseurs hybrides sont généralement implantées dans la boîte de vitesses, dans le carter d'embrayage du véhicule ou dans le carter de convertisseur si la boîte de vitesses est automatique. Cette implantation permet une liaison mécanique directe du rotor de la machine électrique avec l'arbre primaire de la boîte de vitesses. Cependant, si cette liaison est rigide, toutes les excitations et déformations de l'arbre primaire perturbent la machine électrique et, de même, les excitations et déformations de la machine électrique perturbent l'arbre primaire. Le but de la présente invention est de réaliser une liaison entre l'arbre primaire de la boîte de vitesses et le rotor de la machine électrique au moyen d'un dispositif d'accouplement admettant des jeux ou débattements significatifs pour permettre des déformations de l'arbre primaire indépendamment du rotor de la machine électrique. A cet effet, l'invention propose un dispositif d'accouplement élastique entre le rotor d'une machine électrique tournante réversible et l'arbre primaire de la boîte de vitesses d'un moteur thermique d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile, le rotor étant solidaire d'un moyeu monté concentriquement à l'arbre primaire et à rotation relativement à un carter fixe, et qui est caractérisé en ce qu'il comprend une pièce d'accouplement du moyeu à l'arbre primaire, comprenant un manchon central monté coaxialement à l'arbre primaire en étant lié à rotation à ce dernier, et une roue solidaire du manchon, comportant sur sa périphérie externe deux ou plusieurs billes angulairement espacées de façon équidistante en faisant radialement saillie extérieurement pour s'engager, à l'encontre de la force de rappel d'organes élastiques, respectivement dans deux ou plusieurs cavités réalisées dans une paroi annulaire du moyeu entourant concentriquement la roue, de façon à permettre l'accouplement en rotation et le pivotement relatif éventuel entre le rotor et l'arbre primaire. De préférence, chaque bille est logée dans un trou borgne radial de la roue d'accouplement et l'organe élastique de rappel de la bille est constitué par un ressort hélicoïdal de compression monté précontraint dans le trou borgne entre la bille et le fond du trou borgne. Les trous borgnes de logement des billes sont réalisés dans une paroi annulaire externe de plus grande épaisseur de la roue engagée dans un logement annulaire du moyeu. Chaque bille est retenue axialement dans son trou borgne de logement en faisant saillie de celui-ci par une paroi d'extrémité annulaire ayant un perçage central d'un diamètre inférieur à celui de la bille. Chaque cavité de réception d'une bille est formée par une rainure axiale de section par exemple triangulaire de la paroi annulaire du moyeu. Le manchon de la pièce d'accouplement est solidaire en rotation de l'arbre primaire par des cannelures. L'invention vise également un système de propulsion hybride pour un véhicule automobile, comprenant un moteur thermique, dont l'arbre moteur entraîne en rotation un volant d'inertie ; une boîte de vitesses ; une machine électrique tournante réversible comprenant un stator solidaire d'un carter fixe et un rotor solidaire d'un moyeu monté concentriquement à l'arbre moteur et à l'arbre primaire .de la boîte de vitesses en étant monté à rotation relativement au carter fixe ; et des moyens d'embrayage pouvant être commandés pour notamment accoupler le volant d'inertie à l'arbre primaire de la boîte de vitesses, le rotor de la machine électrique tournante étant accouplé à l'arbre primaire par un dispositif d'accouplement pour faire fonctionner la machine électrique tournante notamment en mode de générateur de courant électrique de recharge des batteries de puissance et d'alimentation de l'appareillage du véhicule, et qui est caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement est tel que défini précédemment. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est une vue en coupe longitudinale représentant une machine électrique tournante réversible faisant partie d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile, et comportant un dispositif d'accouplement de l'invention pour accoupler l'arbre primaire de la boîte de vitesses au rotor de la machine électrique ; et - la figure 2 est une vue partielle en perspective du dispositif d'accouplement. En se reportant à la figure 1, la référence 1 désigne une machine électrique tournante réversible ou alternateur-démarreur, logée dans un carter d'embrayage 2 qui est fixé entre le carter 3 de la boîte de vitesses et le carter 4 du moteur thermique d'un véhicule automobile. La machine électrique 1 fait ainsi partie d'un groupe motopropulseur hybride. Cette machine comprend essentiellement un stator annulaire 5 qui est fixé relativement au carter d'embrayage 2 et un rotor annulaire 6 logé dans le stator fixe 5 en définissant par rapport à ce dernier un entrefer. Le rotor 6 est monté de façon solidaire sur un moyeu de support 7 qui est monté à rotation relativement à un carter indépendant 8 par l'intermédiaire d'un palier 9, par exemple du type roulement à billes. L'ensemble constitué par le stator 5, le rotor 6, le moyeu 7 et le palier 9 est logé dans le carter indépendant 8 qui est fixé au carter d'embrayage 2 par des vis de fixation (non représentées) de façon que le carter 8 soit logé dans le carter d'embrayage 2 en étant espacé de ce dernier. Le moyeu de support 7 est disposé concentriquement autour d'un arbre primaire ou arbre d'entrée 10 de la boîte de vitesses 3. L'arbre primaire 10 est monté à rotation, à son extrémité opposée à la boîte de vitesses 3, dans un alésage borgne lia réalisé en bout de l'arbre vilebrequin 11 du moteur thermique. L'arbre primaire 10 peut être repris dans le nez du vilebrequin au moyen du roulement llb. Un volant d'inertie 12 est fixé à l'arbre vilebrequin 11 par des vis de fixation 13 et comporte une face dressée 12a perpendiculaire à l'arbre vilebrequin 11 sur laquelle peut venir en engagement par friction un disque d'embrayage de friction 14 à déplacement axial commandé par un plateau 15. Le plateau d'embrayage 15 est commandé par une butée de débrayage (non représentée) à déplacement commandé par une fourchette de commande 16 montée sur le carter d'embrayage 2 par une articulation à rotule 17. Le disque d'embrayage 14 est relié par un accouplement flexible 18 à un moyeu 19 solidaire en rotation de l'arbre primaire 10 de la boîte de vitesses 3, par exemple par des cannelures. En position embrayée de l'embrayage constitué par le disque 14 et le plateau 15, la rotation de l'arbre vilebrequin 11 est transmise à l'arbre primaire 10 par l'accouplement flexible 18 et le moyeu 19, tandis qu'en position débrayée de cet embrayage, lors du passage d'un rapport de vitesse ou en mode électrique, l'arbre vilebrequin 11 est désaccouplé de l'arbre primaire 10. Selon l'invention, un dispositif est prévu pour accoupler le rotor 6 de la machine électrique 1 à l'arbre primaire 10 de la boîte de vitesses 3. Ce dispositif comprend une pièce d'accouplement 20 du moyeu 7 à l'arbre primaire 10 et comportant un manchon central 21 disposé concentriquement entre le moyeu 7 et l'arbre primaire 10 en étant monté à rotation sur ce dernier par l'intermédiaire de cannelures, et une roue 22 solidaire du manchon 21 perpendiculairement à celui-ci au voisinage de la partie médiane du manchon 21. La roue d'accouplement 22 comporte sur sa périphérie externe deux ou plusieurs billes 23 angulairement espacées de façon équidistante en faisant radialement saillie extérieurement de la roue pour s'engager, à l'encontre de la force de rappel d'organes élastiques 24, respectivement dans deux ou plusieurs cavités 25 réalisées dans la paroi annulaire interne 7a du moyeu 7 entourant concentriquement sans la contacter la roue d'accouplement 22, de façon à permettre l'accouplement en rotation entre le rotor 6 et l'arbre primaire 10. De préférence, chaque cavité 25 est formée par une rainure axiale parallèle à l'arbre 10 et de section transversale par exemple en triangle à sommet éloigné de cet arbre. Comme il est visible sur la figure 2, chaque bille 23 est logée dans un trou borgne radial 26 de la roue d'accouplement 22 débouchant à la face périphérique externe circulaire de la roue et l'organe élastique de rappel de la bille 23 est constitué par un ressort hélicoïdal de compression 24 monté précontraint dans le trou borgne 26 entre la bille 23 et le fond du trou borgne 26. Plus précisément, le ressort 24 est monté coaxialement autour d'une tige de piston 27 de façon que sa spire extrême opposée au fond du trou borgne 26 soit en appui sur la tête de piston 28 solidaire de la tige 27 et contactant la bille 23. Les trous borgnes radiaux 26 de logement des billes 23 sont réalisés dans une paroi annulaire radialement externe 22a de la roue 22 et d'une épaisseur supérieure à l'épaisseur du flasque central 22b de raccordement de la roue 22 au manchon 21. La paroi annulaire de plus grande épaisseur 22a est engagée dans un logement annulaire 7b du moyeu 7. Chaque bille 23 peut être retenue axialement dans son trou borgne de logement 26, en faisant saillie de celui-ci, par une paroi d'extrémité annulaire 22c ayant un perçage central d'un diamètre inférieur au diamètre de la bille. En pratique, l'ensemble constitué par le ressort 24, le piston 27,28 et la bille 23 peut être logé de façon imperdable dans un fourreau fixé dans le trou borgne correspondant 26. En position embrayée des moyens d'embrayage, l'arbre vilebrequin 11 entraîne l'arbre primaire 10 qui entraîne en rotation la pièce d'accouplement 20 dont le volant 22 entraîne en rotation, par les billes 23 engagées dans leurs cavités respectives de logement 25, le moyeu 7 et donc le rotor 6 pour faire fonctionner la machine électrique 1 en générateur de courant électrique. Lorsque la machine électrique 1 est alimentée en courant en mode de traction du véhicule, le rotor 6 et le moyeu 7 tournent à l'unisson et la roue d'accouplement 22 est entraînée à rotation par les billes 23 pour entraîner en rotation à son tour l'arbre primaire 10, les moyens d'embrayage étant bien entendu à l'état débrayé. Les billes 23 assurent non seulement l'accouplement en rotation entre rotor 6 et arbre primaire 10, mais permettent également le pivotement l'un par rapport à l'autre de ces deux éléments, autorisant ainsi des déformations en cours de fonctionnement de l'arbre primaire 10 indépendamment du rotor 6 de la machine électrique 1, et réciproquement. La figure 1 représente également les moyens permettant de commander l'embrayage. Ces moyens comprennent des tiges cylindriques 30 traversant le manchon 21 en s'étendant concentriquement à l'arbre primaire 10 et pouvant coulisser conjointement relativement au manchon suivant leur direction longitudinale parallèle à l'arbre 10 par la fourchette de commande 16 entre les états embrayé et débrayé des éléments d'embrayage. Les tiges 30 portent à l'une de leurs extrémités des butées à billes de débrayage 31 agissant sur les éléments d'embrayage et à leurs extrémités opposées des butées à billes 32 sur au moins l'une desquelles peut agir la fourchette 16. Des moyens élastiques 33, pouvant être constitués par un diaphragme, sont interposés entre le plateau 15 et les butées de débrayage 31 et peuvent être en appui, en position débrayée des éléments d'embrayage correspondant à la position de la fourchette 16 symbolisée en 35, sur une butée fixe 34. Les moyens élastiques 33 sont accouplés par des éléments de fixation 36 au plateau d'embrayage 15. L'embrayage est représenté en partie inférieure de la figure 1 en position débrayée à laquelle la partie active de la fourchette 16 est en appui sur la couronne de la butée 32 et les moyens élastiques 33 sont en appui sur la butée fixe 34 de façon à exercer un effort permettant de décoller le plateau d'embrayage 15 du disque d'embrayage 14 et, par conséquent, de désaccoupler l'arbre vilebrequin 11 de l'arbre primaire 10. L'embrayage est représenté en partie supérieure de la figure 1 en position embrayée à laquelle la fourchette 16 est en appui, à sa position symbolisée en 37 située à gauche de sa position 35, sur la couronne de la butée à bille 32 et les moyens élastiques sont relâchés pour qu'ils amènent le plateau d'embrayage 15 en appui sur le disque d'embrayage 14 de façon à assurer l'accouplement par friction du moteur thermique à la boîte de vitesses. Le dispositif d'accouplement de l'invention permet de filtrer efficacement les excitations et déformations de l'arbre primaire de la boîte de viteses pouvant perturber la machine électrique ainsi que les excitations et déformations de la machine électrique pouvant perturber l'arbre primaire, c'est-à-dire qu'il permet de découpler le rotor de la machine électrique de l'arbre primaire du point de vue acoustique et vibration. Le dispositif d'accouplement, en ne perturbant pas la flexion de l'arbre primaire de la boîte de vitesses, ne charge donc pas les angles d'attaque des dents de pignons de la boîte de vitesses et par conséquent permet de ne pas engendrer de phénomène de bruits de boîte de la boîte de vitesses. Ce dispositif évite de surdimensionner les roulements de la boîte de vitesses et de la machine électrique. Enfin, le dispositif d'accouplement procure une facilité d'assemblage de la machine électrique et de la boîte de vitesses. Le dispositif d'accouplement de l'invention permet donc de filtrer efficacement les excitations et déformations de l'arbre primaire de la boîte de vitesses pouvant perturber la machine électrique ainsi que les excitations et déformations de la machine électrique pouvant perturber l'arbre primaire, c'est-à-dire qu'il permet de découpler le rotor de la machine électrique de l'arbre primaire du point de vue acoustique et vibration. Le dispositif d'accouplement, en ne perturbant pas la flexion de l'arbre primaire de la boîte de vitesses, ne charge donc pas les angles d'attaque des dents de pignons de la boîte de vitesses et par conséquent permet de ne pas engendrer de phénomène de bruits de boîte de la boîte de vitesses. Ce dispositif évite de surdimensionner les roulements de la boîte de vitesses et de la machine électrique. Enfin, le dispositif d'accouplement procure une facilité d'assemblage de la machine électrique et de la boîte de vitesses puisqu'il suffit d'engager latéralement le dispositif d'accouplement 20 dans le moyeu 7 du rotor 6 de façon que les billes 23 s'engagent par glissement dans leurs cavités axiales respectives 25. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'accouplement élastique entre le rotor (6) d'une machine électrique tournante réversible (1) et l'arbre primaire (10) de la boîte de vitesses d'un moteur thermique d'un groupe motopropulseur hybride d'un véhicule automobile, le rotor (6) étant solidaire d'un moyeu (7) monté concentriquement à l'arbre primaire (10) et à rotation relativement à un carter fixe (8), caractérisé en ce qu'il comprend une pièce d'accouplement (20) du moyeu (7) à l'arbre primaire (10), comprenant un manchon central (21) monté coaxialement à l'arbre primaire (10) en étant lié à rotation à ce dernier, et une roue (22) solidaire du manchon (21), comportant sur sa périphérie externe deux ou plusieurs billes (23) angulairement espacées de façon équidistante en faisant radialement saillie extérieurement pour s'engager, à l'encontre de la force de rappel d'organes élastiques (24), respectivement dans deux ou plusieurs cavités (25) réalisées dans une paroi annulaire (7a) du moyeu (7) entourant concentriquement la roue (22), de façon à permettre l'accouplement en rotation et le pivotement relatif éventuel entre le rotor (6) et l'arbre primaire (10) . 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque bille (23) est logée dans un trou borgne radial (26) de la roue d'accouplement (22) et l'organe élastique (24) de rappel de la bille (23) est constitué par un ressort hélicoïdal de compression monté précontraint dans le trou borgne (26) entre la bille (23) et le fond du trou borgne (26) . 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les trous borgnes (26) de logement des billes (23) sont réalisés dans une paroi annulaire externe (22a) de plus grande épaisseur de la roue (22) engagée dans un logement annulaire (7b) du moyeu (7) . 4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque bille (23) est retenue axialement dans son trou borgne de logement (26) en faisant saillie de celui-ci par une paroi d'extrémité annulaire (22c) ayant un perçage central d'un diamètre inférieur à celui de la bille (23). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque cavité (25) est formée par une rainure axiale de section par exemple triangulaire. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon (21) de la pièce d'accouplement (20) est solidaire en rotation de l'arbre primaire (10) par des cannelures. 7.Système de propulsion hybride pour un véhicule automobile, comprenant un moteur thermique, dont l'arbre moteur (11) entraîne en rotation un volant d'inertie (12) ; une boîte de vitesses (3) ; une machine électrique tournante réversible (1) comprenant un stator (5) solidaire d'un carter fixe (8) et un rotor (6) solidaire d'un moyeu (7) monté concentriquement à l'arbre moteur (11) et à l'arbre primaire (10) de la boîte de vitesses en étant monté à rotation relativement au carter fixe (8) ; et des moyens d'embrayage (14, 15) pouvant être commandés pour notamment accoupler le volant d'inertie (12) à l'arbre primaire (10) de la boîte de vitesses, le rotor (6) de la machine électrique tournante (1) étant accouplé à l'arbre primaire (10) par un dispositif d'accouplement pour faire fonctionner la machine électrique tournante (1) notamment en mode de générateur de courant électrique d'alimentation de l'appareillage du véhicule, caractérisé en ce que le dispositif d'accouplement (20) est tel que défini dans l'une des revendications précédentes.