Brevet FR2836425A1 — publié le 20030829

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 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 un plateau annulaire solidaire en rotation de l'arbre primaire transversalement à ce dernier et un manchon en forme de soufflet interposé, concentriquement à l'arbre primaire, entre le plateau et un flasque du moyeu parallèle au plateau, le manchon en forme de soufflet présentant une rigidité élevée en torsion et une souplesse radiale de façon à permettre l'accouplement en rotation et des déformations mécaniques relatives éventuelles entre le rotor et l'arbre primaire. Le manchon en forme de soufflet est maintenu comprimé axialement entre le flasque du moyeu et le plateau par un certain nombre d'agrafes fixées au flasque et au plateau de façon à les rapprocher l'un de l'autre. Chaque agrafe comprend une partie rectiligne d'une part en appui sur la face périphérique externe du plateau perpendiculairement à ce dernier et d'autre part traversant le flasque du moyeu, et deux branches d'extrémité recourbées à angle droit élastiquement en appui respectivement sur les faces latérales externes du flasque et du plateau. Chaque branche recourbée d'une agrafe se termine par un crochet s'engageant dans une cavité de réception réalisée dans la paroi latérale correspondante du flasque et du plateau. Le manchon d'accouplement en forme de soufflet est solidaire, à une extrémité, du flasque du moyeu et à l'extrémité opposée d'une couronne extérieurement dentée en engrènement dans le plateau annulaire. Le manchon d'accouplement a son extrémité solidaire par brasage du flasque du moyeu et son extrémité opposée solidaire par brasage de la couronne dentée. Le plateau annulaire est solidaire d'une partie centrale généralement cylindrique coaxiale à l'arbre primaire et solidaire en rotation de cet arbre par l'intermédiaire de cannelures. La partie centrale cylindrique de plateau d'accouplement est logée concentriquement avec jeu radial annulaire dans une partie cylindrique du moyeu à une extrémité de laquelle est solidaire le flasque de ce moyeu. L'invention vise également un système de propulsion hybride pour 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 agrandie d'un manchon en forme de soufflet faisant partie du dispositif d'accouplement de l'invention. 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 à 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 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 des moyens formant butée de débrayage, qui seront définis ultérieurement, 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 un plateau annulaire 20 solidaire en rotation de l'arbre primaire 10 transversalement à celui-ci, un flasque 21 du moyeu 7 s'étendant perpendiculairement à l'arbre primaire 10 et solidaire d'une extrémité d'une partie centrale cylindrique 22 du moyeu 7 concentrique à l'arbre primaire 10. Le flasque 21 constitue ainsi un genre de collerette dont le bord périphérique externe est solidaire d'un tambour 23 sur lequel est fixé le rotor 6. Le dispositif d'accouplement comprend en outre un manchon en forme de soufflet 24 interposé, concentriquement à l'arbre primaire 10, entre le plateau 20 et le flasque 21 parallèle à ce plateau. Le manchon en forme de soufflet 24 sur la figure 2 a l'une de ses extrémités en forme de plaque annulaire 24a solidaire, par exemple par brasage, de la face latérale correspondante du flasque 21 du moyeu 7 et son extrémité opposée en forme de portion de cylindre 24b fixée, par exemple par brasage, dans une couronne extérieurement dentée 25 logée en engrènement dans une partie formant couronne intérieurement dentée réalisée dans le plateau 20. La couronne dentée 25 permet non seulement de lier en rotation le manchon 24 au plateau 20, mais également de permettre le montage du manchon 24 entre ce plateau et le flasque 21 du moyeu 7. Le manchon formant soufflet 24 présente une rigidité élevée en torsion et une certaine souplesse radiale pour permettre l'accouplement en rotation entre le moyeu 7, et donc le rotor 6, et l'arbre primaire 10 et des déformations mécaniques relatives éventuelles entre le rotor 6 et l'arbre primaire 10. Le plateau annulaire 20 est solidaire, par l'intermédiaire d'une paroi tronconique 26, d'une partie centrale généralement cylindrique 27 montée coaxialement sur l'arbre primaire 10 en étant liée à rotation à ce dernier par l'intermédiaire de cannelures 28. La partie centrale cylindrique 27 est logée concentriquement dans la partie centrale cylindrique 22 du moyeu 7 en définissant par rapport à ce dernier un espace ou jeu annulaire. Cette partie cylindrique 27 comprend un manchon interne 29 solidaire en rotation de l'arbre primaire 10 par les cannelures 28 et un manchon externe 30 raccordé d'une part à la paroi tronconique de liaison 26 avec le plateau 20 et d'autre part au manchon interne 29 par l'intermédiaire d'une paroi annulaire 31 traversée par un certain nombre de perçages 32 angulairement espacés les uns des autres de façon équidistante selon une même circonférence et traversés respectivement par des tiges cylindriques 33 s'étendant parallèlement à l'arbre primaire 10 et comportant à l'une de leurs extrémités des moyens formant butée de débrayage 34 agissant sur les moyens d'embrayage. Les tiges 33 sont déplaçables parallèlement à l'arbre primaire 10 entre leurs états d'embrayage et de débrayage des moyens d'embrayage par la fourchette de commande 16 agissant, de façon connue en soi, sur les extrémités des tiges 33 opposées aux moyens d'embrayage et pourvues respectivement de butées 35. Le manchon en forme de soufflet 24 est maintenu comprimé axialement entre le flasque 21 du moyeu 7 et le plateau 20 par un certain nombre d'agrafes 36 fixées au flasque 21 et au plateau 20 de façon à les rapprocher élastiquement l'un de l'autre pour assurer la compression du manchon 24. Chaque agrafe 36 comprend une partie rectiligne 36a d'une part en appui sur la face périphérique externe du plateau 20 perpendiculairement à celui-ci et d'autre part traversant le flasque 21, et deux branches d'extrémité 36b recourbées à angle droit par rapport à la partie rectiligne 36a et élastiquement en appui respectivement sur les faces latérales externes opposées du flasque 21 et du plateau 20. Chaque branche recourbée 36b d'une agrafe 36 est en forme de crochet s'engageant dans une cavité de réception réalisée dans la paroi latérale correspondante du flasque 21 et du plateau 20. Cette cavité peut être constituée par une rainure circulaire à section transversale de forme conjuguée aux crochets des branches 36b de chaque agrafe 36. Les agrafes 36 ont leurs parties rectilignes 36a s'étendant ainsi suivant une même circonférence et sont angulairement espacées de façon équidistante les unes des autres. En position embrayée des moyens d'embrayage, l'arbre vilebrequin 11 entraîne l'arbre primaire 10 qui entraîne en rotation l'ensemble en une seule pièce constitué par la partie centrale cylindrique 27 et le plateau 20 pour entraîner en rotation le flasque 21 du moyeu 7 par l'intermédiaire du manchon d'accouplement en forme de soufflet 24 et, par conséquent, le rotor 6 de la machine électrique 1 qui fonctionne alors en générateur de courant électrique. Lorsque la machine électrique 1 est alimentée en courant électrique en mode de traction électrique du véhicule, le rotor 6 et le moyeu 7 tourne à l'unisson et le plateau 20 est entraîné en rotation par le manchon en forme de soufflet 24 de façon à entraîner en rotation l'arbre primaire 10, les moyens d'embrayage étant bien entendu à l'état débrayé. Le manchon en forme de soufflet 24 permet non seulement l'accouplement en rotation entre rotor 6 et arbre primaire 10, mais également de compenser des excitations et déformations de l'arbre primaire 10 pouvant perturber la machine électrique 1 et réciproquement, grâce à sa souplesse radiale. 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 dentures 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. 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 un plateau annulaire (20) solidaire en rotation de l'arbre primaire (10) transversalement à ce dernier et un manchon (24) en forme de soufflet interposé, concentriquement à l'arbre primaire (10), entre le plateau (20) et un flasque (21) du moyeu (7) parallèle au plateau (20), le manchon en forme de soufflet (24) présentant une rigidité élevée en torsion et une souplesse radiale de façon à permettre l'accouplement en rotation et des déformations mécaniques relatives éventuelles entre le rotor (6) et l'arbre primaire (10). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le manchon en forme de soufflet (24) est maintenu comprimé axialement entre le flasque (21) du moyeu (7) et le plateau (20) par un certain nombre d'agrafes (36) fixées au flasque (21) et au plateau (20) de façon à les rapprocher élastiquement l'un de l'autre. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque agrafe (36) comprend une partie rectiligne (36a) d'une part en appui sur la face périphérique externe du plateau (20) perpendiculairement à ce dernier et d'autre part traversant le flasque (21) du moyeu (7), et deux branches d'extrémités (36b) recourbées à angle droit et élastiquement en appui respectivement sur les faces latérales externes opposées du flasque (21) et du plateau (20). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque branche recourbée (36b) d'une agrafe (36) se termine par un crochet s'engageant dans une cavité de réception réalisée dans la paroi correspondante du flasque (21) et du plateau (20). 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le manchon d'accouplement en forme de soufflet (24) est solidaire, à une extrémité, du flasque (21) du moyeu (7) et à l'extrémité opposée d'une couronne extérieurement dentée (25) en engrènement dans le plateau annulaire (20). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que le manchon d'accouplement (24) a son extrémité solidaire par brasage du flasque (21) du moyeu (7) et son extrémité opposée solidaire par brasage de la couronne dentée (25). 7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plateau annulaire (20) est solidaire d'une partie centrale généralement cylindrique (27) coaxiale à l'arbre primaire (10) et solidaire en rotation de cet arbre par l'intermédiaire de cannelures (28). 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la partie centrale cylindrique (27) du plateau d'accouplement (20) est logée concentriquement avec jeu radial annulaire dans une partie cylindrique (22) du moyeu (7) à une extrémité de laquelle est solidaire le flasque (21) du moyeu. (7). 9. 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 est tel que défini dans l'une des revendications précédentes.