Brevet FR2938799A1 — publié le 20100528

REDUCTEUR POUR MACHINE ELECTRIQUE DE VEHICULE HYBRIDE La présente invention concerne un réducteur d'une machine électrique liée aux roues motrices d'un véhicule hybride, pour l'entraînement de ce véhicule, ainsi que le véhicule hybride lui-même. Les véhicules hybrides comportent généralement une machine électrique reliée à un accumulateur électrique, pour en association avec un moteur thermique obtenir différents modes de fonctionnement et réduire la consommation d'énergie ainsi que les émissions polluantes. Suivant les demandes du conducteur et les conditions de circulation, on peut notamment apporter avec la machine électrique un complément de couple moteur appliqué sur les roues motrices, recharger les batteries au freinage du véhicule en délivrant un couple de freinage sur ces roues motrices, ou rouler uniquement avec le moteur électrique sans émettre de gaz polluants. On peut ainsi optimiser le fonctionnement du moteur thermique et réduire sa consommation. Un type connu de véhicule hybride présenté notamment dans le document FR-A1-2884459, comporte un moteur thermique placé transversalement à l'avant du véhicule et entraînant les roues avant par une boîte de vitesses et un différentiel de sortie, ainsi qu'une machine électrique reliée à ce différentiel, suivant un rapport de démultiplication constant. La machine électrique comporte un arbre creux disposé suivant l'axe du différentiel de sortie, qui est traversé par un arbre de roue reliant ce différentiel à une des roues motrices. L'arbre creux de la machine électrique entraîne ce différentiel de différentes manières, soit par une transmission disposée suivant l'axe du différentiel, soit par un pignon latéralement décalé qui engrène avec la couronne dentée du différentiel. Pour un entraînement du différentiel par la machine électrique avec une transmission disposée suivant un même axe, on peut utiliser une liaison directe donnant un rapport de vitesse de 1, ce qui a pour inconvénient de fournir un rapport mal adapté, ne comportant pas de réduction. On peut aussi disposer en série entre la machine électrique et le différentiel, un train planétaire apportant cette réduction, mais cette transmission a pour inconvénient de nécessiter une certaine longueur axiale, surtout si l'on veut obtenir une réduction importante, ce qui réduit la place disponible pour cette machine électrique. Pour un entraînement du différentiel par la machine électrique suivant une liaison par un pignon latéralement décalé qui engrène avec la couronne dentée du différentiel, on peut utiliser à partir de l'arbre creux un réducteur comprenant d'abord un couple de pignon entraînant un arbre parallèle, puis un pignon entraînant cette couronne de différentiel. L'arbre intermédiaire et les pignons peuvent être entièrement intégrés dans le carter de la boîte de vitesses. En variante cet arbre intermédiaire peut sortir du carter du différentiel, pour entrer ensuite dans un carter du réducteur qui est indépendant. Dans ces deux cas on a toujours une modification importante du carter de la boîte de vitesses, ainsi qu'un certain volume dépassant radialement vers l'extérieur par rapport à la couronne du différentiel, qui est pris dans le compartiment moteur. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure, et de proposer un réducteur pour une machine électrique comportant un arbre creux disposé suivant l'axe du différentiel de sortie, qui soit simple et compacte. Elle propose à cet effet un réducteur pour machine électrique de véhicule hybride entraînant un différentiel de sortie disposé transversalement, relié par des arbres de roue à des roues motrices, la machine électrique comportant un arbre creux disposé suivant l'axe du différentiel de sortie et traversé par un des arbres de roue, caractérisé en ce qu'il comporte successivement en partant de l'arbre creux de la machine électrique, un premier couple de pignon qui entraîne un arbre parallèle, puis un deuxième couple de pignon dont le deuxième pignon disposé suivant l'axe du différentiel, est lié au boîtier du différentiel. Un avantage de ce réducteur comportant deux engrenages successifs, le dernier pignon étant lié directement au boîtier du différentiel, est que l'on peut réaliser dans un volume réduit, un rapport de démultiplication élevé qui peut facilement être ajusté suivant les applications. Le réducteur pour machine électrique selon l'invention peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être combinées entre elles. Avantageusement, le réducteur est compris dans un petit volume réalisé directement dans le carter de la machine électrique. L'arbre parallèle peut être supporté par deux roulements situés aux extrémités de cet arbre, qui sont logés dans des cavités réalisées dans les parois latérales du petit volume du carter. Avantageusement, le petit volume contenant le réducteur, est en communication avec le carter contenant le différentiel pour recevoir de l'huile de ce carter. Avantageusement, le deuxième pignon du deuxième couple de pignon est directement relié au boîtier du différentiel. Les deux couples de pignon de ce réducteur peuvent réaliser chacun en partant de la machine électrique, une réduction de vitesse, la réduction totale de vitesse étant comprise entre 7 et 10. Le réducteur peut être relié à un différentiel de sortie d'une boîte de vitesses accouplée à un moteur thermique disposé transversalement entre les roues avant d'un véhicule hybride. Ce réducteur peut aussi être relié à un différentiel disposé transversalement entre les roues arrière d'un véhicule hybride. L'invention comporte de plus un véhicule hybride comprenant une machine électrique reliée par un réducteur à un différentiel entraînant des roues du véhicule, ce réducteur étant caractérisé en ce qu'il est réalisé suivant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. Le véhicule hybride peut comporter deux machines électriques reliées chacune par un réducteur à un différentiel, entraînant pour l'un les roues avant du véhicule, et pour l'autre les roues arrière de ce véhicule. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un dessin en coupe axiale, d'une machine électrique avec son réducteur relié au différentiel d'une boîte de vitesses entraînant les roues avant d'un véhicule ; - la figure 2 est un dessin en coupe axiale, d'une machine électrique avec son réducteur relié à un différentiel entraînant les roues arrière d'un véhicule ; et - les figures 3a, 3b et 3c présentent de manière schématique un véhicule hybride comprenant un moteur thermique disposé transversalement à l'avant, et comportant successivement, une machine électrique entraînant les roues avant, une machine électrique entraînant les roues arrière, et deux machines électriques entraînant à la fois les roues avant et arrière. La figure 1 représente partiellement un carter de boîte de vitesses 4 contenant un boîtier de différentiel 6 supporté par deux roulements 2 suivant un axe transversal du véhicule, ce différentiel répartissant le mouvement venant du moteur thermique et de la boîte de vitesses, vers deux roues motrices entraînées par des arbres de roues. Le différentiel qui est latéralement décalé sur un côté du véhicule, entraîne la roue motrice située de l'autre côté par un arbre de roue long 8, comprenant à son extrémité du côté de la roue, un roulement de centrage 10, puis un joint de liaison articulé 12 permettant de suivre les débattements de cette roue. L'arbre de roue long 8 est entouré par un moteur électrique 20 contenu dans un carter 22 allongé axialement, dont une extrémité est fixée sur le côté du carter de la boîte de vitesses 4. L'autre extrémité du carter 22, contenant le roulement de centrage 10 supportant l'arbre de roue long 8, est fixée au carter du moteur se trouvant à proximité par une fixation non représentée, pour le maintenir et éviter des vibrations. Le carter 22 comprend un petit volume 32 de longueur axiale réduite contenant un réducteur 31, qui est séparé par une cloison transversale 46, d'un grand volume de longueur importante contenant le moteur électrique 20. La cloison de séparation 46 ainsi que la cloison d'extrémité du carter 22 tournée vers la roue, contiennent chacune un roulement 28 qui supporte un arbre creux 26 de la machine électrique 20, portant le rotor 24 de cette machine. Cet arbre creux 26 traversé par l'arbre de roue long 8, est donc disposé suivant un même axe que le différentiel. Le petit volume 32 du carter 22, contient un réducteur 31 reliant par des engrenages et suivant une démultiplication importante, le rotor 24 de la machine électrique 20 au boîtier du différentiel 6 constituant l'élément de sortie de la boîte de vitesses. L'extrémité de l'arbre creux 26 du moteur électrique 20, tournée vers la boîte de vitesses, comporte un pignon de petit diamètre 34 qui engrène avec un pignon de grand diamètre 36, porté par un arbre parallèle 38. Cet arbre parallèle 38 comporte à son tour un pignon de petit diamètre 40, qui engrène avec un pignon de grand diamètre 42 disposé suivant l'axe du différentiel, et directement relié au boîtier 6 de ce différentiel. L'arbre parallèle 38 est supporté par deux roulements 48 situés à ses extrémités, qui viennent se loger dans des cavités réalisées dans les parois latérales du petit volume 32 du carter 22. Ce petit volume 32 peut être en communication avec le volume intérieur de la boîte de vitesses, de manière à recevoir de l'huile de cette boîte de vitesses pour assurer la lubrification du réducteur 31. Un joint d'étanchéité dynamique 44 fixé dans la cloison de séparation 46, comporte une lèvre qui enserre l'arbre creux 26 pour assurer une étanchéité dynamique évitant un passage d'huile vers le moteur électrique 20. On réalise ainsi un réducteur 31 comportant une forte réduction pouvant être comprise notamment entre 7 et 10 ce qui est intéressant pour assurer un bon rendement de la machine électrique, et de longueur axiale courte. Cette longueur axiale courte est importante, pour laisser une longueur importante disponible pour la machine électrique 20. Avec un pignon final 42 disposé suivant l'axe du différentiel, le réducteur 31 dépasse radialement peu du diamètre extérieur de la couronne de ce différentiel. De plus, le rendement de ce réducteur 31 comportant seulement deux engrenages est bon, et il est simple et économique, comportant peu de 10 composants. Dans cette version, le petit volume 32 est intégré dans le carter 22 de la machine électrique. En variante, il pourrait être intégré dans le carter de la boîte de vitesses 4, le carter 22 ne contenant alors que la machine électrique 20. 15 L'arbre auxiliaire 38 portant deux pignons 36, 40, entouré par le petit carter 32, forme un bossage qui dépasse transversalement de la machine électrique 20. On peut choisir la position angulaire de ce bossage autour de l'axe, de manière à utiliser au mieux la place disponible dans le compartiment moteur. 20 On réalise de cette manière une liaison constante entre la machine électrique 20 et les roues du véhicule, suivant un rapport de démultiplication qui est facile à modifier pour s'adapter à différentes gammes de véhicules. La figure 2 présente un moteur électrique 20 contenu dans un carter similaire 22, qui est fixé à son extrémité à un carter de différentiel 64 situé 25 entre des roues arrière d'un véhicule. Comme pour la version présentée ci-dessus, le rotor 24 entraîne par le réducteur 31 le boîtier 6 du différentiel, qui entraîne à son tour les roues arrière d'un côté par l'arbre long 8, et de l'autre côté par un arbre court 62. On place cet ensemble comprenant le moteur électrique 20, son 30 réducteur 31 et le carter 64 du différentiel, sensiblement entre les deux roues arrière du véhicule, qui sont donc entraînées uniquement par ce moteur électrique. On peut ainsi utiliser un module comprenant les mêmes éléments, moteur électrique 20, réducteur 31 et différentiel, ce qui facilite un fabrication industrielle. Différentes applications du module comprenant la machine électrique 20 et son réducteur 31, sont présentées dans les figures suivantes. La figure 3a présente pour un premier véhicule hybride 80, un moteur à combustion interne 70 comprenant 4 cylindres, disposé transversalement entre les roues avant 72 du véhicule, et comportant axialement en bout une boîte de vitesses 76. Le différentiel de sortie 78 de la boîte de vitesses 76, qui est déporté sur le côté gauche du véhicule, entraîne par un arbre long 8 la roue avant droite du véhicule, et par un arbre court 62 la roue avant gauche. La machine électrique 20 avec son réducteur 31 placé en bout, est disposé parallèlement au moteur thermique, et juste en arrière de celui-ci. Le train arrière est conventionnel pour un véhicule avec train avant moteur, les roues arrière 74 étant libres en rotation. On réalise ainsi un premier véhicule hybride 80 aux roues avant motrices, pouvant recevoir la puissance sur les roues avant de l'une ou l'autre des motorisations. La figure 3b présente pour un deuxième véhicule hybride 82, une motorisation conventionnelle des roues avant 72 utilisant seulement le moteur à combustion interne 70 avec sa boîte de vitesses 76. Le train arrière comporte entre ses roues arrières 74, une machine électrique 20 comprenant un réducteur 31 fixé à un carter 64 contenant seulement un différentiel 78, qui entraîne par un arbre long 8 la roue arrière droite, et par un arbre court 62 la roue arrière gauche. On réalise ainsi un deuxième véhicule hybride 82 aux roues avant 72 motorisées par le moteur thermique 70, et aux roues arrière 74 motorisées par la machine électrique 20. Ce dispositif permet de manière simple de réaliser un véhicule avec les quatre roues motrices, sans modifier le groupe motopropulseur comprenant le moteur thermique 70. De plus, un certain nombre d'éléments peuvent être standard, comme le différentiel 78 ou les arbres de roues 8, 62. La figure 3c présente un troisième véhicule hybride 84, comprenant à la fois une première machine électrique 20 reliée par un réducteur 31 au différentiel 78 de la boîte de vitesses 76, pour entraîner les roues avant 72 comme présenté figure 3a, et une deuxième machine électrique 20 reliée à un différentiel 78 entraînant les roues arrière 74 comme présenté figure 3b. On réalise ainsi à partir d'ensembles standard comprenant une machine électrique 20 et un réducteur 31, un troisième véhicule hybride 84 dont la puissance de la motorisation électrique est doublée. Pour ce dernier véhicule 84, la puissance électrique importante permet plus facilement un roulage avec les motorisations électriques seules. Ce type de véhicule s'apparentant aux véhicules électriques, est particulièrement adapté aux hybrides rechargeables de l'extérieur, ou hybride � plug in �. De plus, pour ces deux derniers véhicules 82, 84 disposant de quatre roues motrices, on améliore la motricité de ces véhicules ce qui est intéressant pour une conduite sur des terrains glissants. Avec la machine électrique 20 équipé de son réducteur 31 suivant l'invention, on peut réaliser toutes les fonctions d'un véhicule hybride, en produisant une puissance mécanique à partir de la machine électrique, ou en produisant une énergie électrique stockée dans des accumulateurs électriques, à partir d'une puissance mécanique prélevée sur les roues du véhicule. REVENDICATIONS1 û Réducteur pour machine électrique de véhicule hybride entraînant un différentiel de sortie (78) disposé transversalement, relié par des arbres de roue (8, 62) à des roues motrices (72, 74), la machine électrique (20) comportant un arbre creux (26) disposé suivant l'axe du différentiel de sortie et traversé par un des arbres de roue, caractérisé en ce qu'il comporte successivement en partant de l'arbre creux de la machine électrique, un premier couple de pignon (34, 36) qui entraîne un arbre parallèle (38), puis un deuxième couple de pignon (40, 42) dont le deuxième pignon (42) disposé suivant l'axe du différentiel (78), est lié au boîtier (6) du différentiel (78). 2 û Réducteur pour machine électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est compris dans un petit volume (32) réalisé directement dans le carter (22) de la machine électrique (20). 3 û Réducteur pour machine électrique suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre parallèle (38) est supporté par deux roulements (48) situés aux extrémités de cet arbre, qui sont logés dans des cavités réalisées dans les parois latérales du petit volume (32) du carter (22). 4 - Réducteur pour machine électrique suivant la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le petit volume (32) contenant le réducteur (31), est en communication avec le carter (4) contenant le différentiel (78) pour recevoir de l'huile de ce carter. 5 û Réducteur pour machine électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième pignon (42) du deuxième couple de pignon (40, 42), est directement relié au boîtier (6) du différentiel (78). 6 û Réducteur pour machine électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux couples de pignon de ce réducteur (31) réalisent chacun en partant de la machineélectrique (20), une réduction de vitesse, la réduction totale de vitesse étant comprise entre 7 et 10. 7 ù Réducteur pour machine électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est relié à un différentiel (78) de sortie d'une boîte de vitesses (76) accouplée à un moteur thermique (70) disposé transversalement entre les roues avant (72) d'un véhicule hybride (80, 84). 8 ù Réducteur pour machine électrique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est relié à un différentiel (78) disposé transversalement entre les roues arrière (74) d'un véhicule hybride (82, 84). 9 ù Véhicule hybride (80, 82, 84) comprenant une machine électrique (20) reliée par un réducteur (31) à un différentiel (78) entraînant des roues du véhicule (72, 74), caractérisé en ce que ce réducteur est réalisé suivant l'une quelconque des revendications précédentes. 10 ù Véhicule hybride suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte deux machines électriques (20) reliées chacune par un réducteur (31) à un différentiel (78), entraînant pour l'un les roues avant (72) du véhicule, et pour l'autre les roues arrière (74) de ce véhicule.