Brevet FR2942923A1 — publié le 20100910

Groupe motopropulseur pour véhicule électrique à deux moteurs et transmission infiniment variable L'invention concerne un groupe moto propulseur pour véhicule à propulsion électrique comprenant deux machines électriques agissant sur une transmission assurant la liaison avec les roues. Les groupes motopropulseurs actuels pour véhicules électriques sont constitués d'un unique moteur électrique et d'une transmission simple du type réducteur de vitesses. La liaison entre le moteur et la transmission est directe, sans embrayage car la particularité des moteurs électriques est de pouvoir délivrer leur couple maximal sur une certaine plage de régime dont la borne inférieure est la vitesse nulle. Le rapport unique du réducteur est en prise en permanence, par conséquent, à l'arrêt du véhicule, le moteur est à l'arrêt. Cette situation est bien différente de celle d'un véhicule équipé d'un moteur thermique car le moteur continue d'entraîner des accessoires comme une pompe de circulation du fluide de refroidissement, un compresseur de climatisation, ou une pompe à vide pour le circuit de freinage, puisqu'il est maintenu à un régime de ralenti lorsque le véhicule est à l'arrêt. Comme le moteur électrique du groupe moto propulseur d'un véhicule électrique est arrêté à l'arrêt du véhicule, il faut alors songer à faire fonctionner les accessoires, entraînés classiquement par le moteur thermique, par des moteurs électriques auxiliaires ou bien s'en passer. Cela multiplie les moteurs d'entraînement et les dispositifs de pilotage correspondants. Par ailleurs, tout comme les moteurs thermiques, les moteurs électriques ont des zones de fonctionnement optimales et cela à partir d'un certain couple et d'une certaine vitesse. Ainsi pour améliorer l'efficacité du groupe moto propulseur électrique, ce qui signifie réduction de la consommation électrique, et pour simplifier l'entraînement des accessoires, l'invention propose un groupe moto propulseur électrique composé de deux machines électriques, et d'une transmission à variation continue constituée d'un train épicycloïdal simple. Selon une première caractéristique, la première machine 1 est reliée à un des éléments du train épicycloïdal. La seconde machine électrique 2 est reliée au deuxième élément du train épicycloïdal. Le troisième élément du train épicycloïdal transmet le mouvement vers les roues du véhicule. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la première machine 1 est reliée au porte-satellite du train épicycloïdal. La seconde machine électrique 2 est reliée au planétaire. La couronne, troisième élément du train épicycloïdal, transmet le mouvement vers les roues du véhicule. Selon une deuxième caractéristique la première machine électrique 1 est un moteur électrique et, la seconde machine électrique 2 est un générateur. Le moteur électrique constitue l'élément principal d'entraînement du véhicule. Le générateur constitue l'élément de prélèvement de puissance permettant la variation continue et infinie de la transmission. Selon une autre caractéristique, la transmission est constituée d'un train épicycloïdal, élément principal du variateur de vitesse, et d'un arbre parallèle intermédiaire réalisant un étage de réduction de vitesse et transmettant le couple et le mouvement à une couronne de différentiel classique. La première caractéristique permet, à l'arrêt du véhicule, soit de garder le moteur 1 à l'arrêt soit de le maintenir à un régime que l'on peut qualifier de ralenti pendant que le générateur 2 est maintenu à un autre régime régit par la raison du train. Selon la première caractéristique, dans le cas où le moteur est maintenu à un régime de rotation dit de ralenti, il peut être utilisé pour l'entraînement de divers accessoires et notamment une pompe de circulation du fluide de refroidissement, un compresseur de climatisation, etc. Selon une autre caractéristique, l'arbre du moteur électrique, à l'extrémité opposée de la transmission variable, porte des moyens d'entraînement de ces accessoires, par exemple des poulies. Dans la mesure où le générateur est également en rotation, son arbre peut également être utilisé pour l'entraînement d'accessoires. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation non limitatif de celle-ci, en se reportant aux dessins annexés, sur lesquels : • La figure 1 est une vue schématique en coupe du groupe motopropulseur avec des accessoires et le système d'entraînement. • La figure 2 est la courbe des pourcentages de puissance transmis par la couronne et prélevé par le planétaire selon le rapport de démultiplication de la transmission. • La figure 3 est un diagramme des vitesses des constituants du train planétaire en situation de véhicule à l'arrêt. • La figure 4 est un diagramme des vitesses des constituants du train planétaire en situation de véhicule roulant en marche avant à allure réduite sur le mode rapport variable du variateur de vitesses. 2942923 -3- • La figure 5 est un diagramme des vitesses des constituants du train planétaire en situation de véhicule roulant en marche avant vers sur le mode de réduction minimal du variateur de vitesses. • La figure 6 est un diagramme des vitesses des constituants du train 5 planétaire en situation de véhicule roulant en marche arrière. Le groupe motopropulseur 10 de la figure 1 possède une première machine électrique 11 qui joue le rôle de moteur et une seconde machine électrique 12 qui joue le rôle de générateur. Entre ces deux machines 10 positionnées sur le même axe, est intercalée une transmission 20. Cette transmission est un train épicycloïdal simple dont l'élément d'entrée et le porte-satellite 21. La machine électrique 11 lui est reliée directement et de manière permanente. Les éléments de sortie sont d'une part le planétaire 22 d'entraînement de la machine électrique 12 et la couronne 23 15 d'entraînement du véhicule. Par conséquent, la puissance entrante fournie par le moteur 11 transite par la transmission 20 qui la transmet et la répartie entre le planétaire 22 vers le générateur 12 et la couronne 23 vers le véhicule. La transmission 20 donne un ratio variable et le ratio final est 20 supérieur à 1 (surmultiplié). Pour obtenir un rapport global de la transmission donnant un ratio correct entre les vitesses du moteur et des roues avec le rapport final du train épicycloïdal, il est nécessaire d'ajouter un étage de réduction supplémentaire constitué d'un arbre 30 et d'un pignon d'entrée 31 entraîné par le pignon 24 lié à la couronne 23, et un pignon de sortie 32 25 d'entraînement de la couronne 40 du différentiel 41. Sur cette figure 1 sont également représentés deux accessoires 50 et 51, par exemple une pompe de circulation du fluide de refroidissement et un compresseur de climatisation. Ils sont entraînés par le moteur 11 comportant les poulies 60 et 61 et par l'intermédiaire, par exemple, des 30 courroies 70 et 71. Le ratio variable de cette transmission est obtenu par un prélèvement de puissance sur l'un des éléments de sortie du train épicycloïdal. Dans notre cas le prélèvement de puissance est réalisé par le générateur 12 lié au planétaire. La relation entre ce prélèvement de 35 puissance et la démultiplication est montré sur la courbe de la figure 2. On voit sur cette figure deux courbes : l'une représentant la puissance sortant vers le planétaire et l'autre la puissance sortant vers la couronne. L'obtention d'une forte réduction par le train planétaire se traduit par un fort prélèvement de puissance par le générateur. Cette puissance est retournée à la batterie. 40 Le fort prélèvement de puissance par le générateur correspond au démarrage du véhicule. Il s'agit d'une situation fugace où le ratio de la transmission varie sur une plage très étendue de l'infini à une valeur de l'ordre de 1,5. Pour cette valeur environ 50% de la puissance est retournée par le générateur à la batterie. Il faut aussi préciser que pour des prélèvements de puissance différents, la force tangentielle sur la denture est 2942923 -4- la même. Par conséquent, le couple à la couronne n'est pas impacté et à un niveau proportionnel à celui du moteur 11. Ainsi pour obtenir une vitesse nulle à la couronne et donc du véhicule, il faut une réduction infinie et un prélèvement total par la 5 générateur. Dans ce cas, la puissance totale circulant dans la transmission est très faible et au juste nécessaire pour vaincre les frottements. Nous voyons sur la figure 3 un exemple de situation ou les deux machines 11 et 12 sont en rotation pour une vitesse nulle de la couronne. Le rapport de vitesses de rotation des deux machines est déterminé par la raison du train 10 20. Le moteur électrique 11 est en mesure à l'arrêt du véhicule d'entraîner par les poulies 60, 61 et les courroies 70, 71 des accessoires nécessaires au fonctionnement du groupe moto propulseur ou important pour le confort des occupants du véhicule. Dans les représentations graphiques des figures 3 à 6, nous plaçons 15 en ordonnée les vitesses de rotation des composants de la transmission 20. Pour un train épicycloïdal simple la vitesse du porte-satellites est toujours encadrée par les vitesses du planétaire et de la couronne. Le placement en abscisse est déterminé par les nombres de dents du planétaire et de la couronne. La distance de C à P-S est le nombre de dent du planétaire et la 20 distance de P à P-S est le nombre de dents de la couronne. En utilisant cette représentation et le théorème de Thalès, on démontre rapidement et aisément la formule de Willis qui régit les vitesses de rotation relatives des éléments du train épicycloïdal simple. La figure 4 est une représentation graphique d'une situation 25 quelconque de roulage du véhicule en marche avant et à faible vitesse. Dans cet exemple, les deux machines montent simultanément en vitesse. La figure 5 est une représentation graphique d'une situation où le véhicule passe progressivement à haute vitesse. La vitesse du porte-satellites augmente alors que celle du planétaire diminue. Si nous nos 30 référons alors à la figure 1, la situation de vitesse élevée du véhicule correspond à une faible démultiplication de la transmission 20, et effectivement à une part principale de la puissance, supérieure à 95%, prise par la couronne et à une part faible de la puissance absorbée par le générateur. 35 Enfin la figure 6 est une représentation graphique d'une situation où le véhicule se déplace en marche arrière. Dans cet exemple, la vitesse du moteur principal reste très modérée alors que celle de générateur monte pour obtenir en définitive l'inversion de vitesse de la couronne. Dans la mesure où les machines électriques fonctionnent indifféremment dans les 40 deux sens de rotation il est possible d'obtenir une rotation inverse de la couronne de manière différente et notamment avec une machine électrique principale 11 tournants en sens inverse. Mais dans la mesure où cette machine électrique 11 entraîne des accessoires dont le sens de rotation de fonctionnement est défini, on retiendra toujours une stratégie du type 45 représentée sur la figure 6. REVENDICATIONS1- Groupe motopropulseur pour véhicule à propulsion électrique composé de deux machines électriques 11 et 12, et d'une transmission à variation continue 20 constituée d'un train épicycloïdal simple. 2- Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon la revendication 1 caractérisée par le fait que la première machine électrique 11 est reliée à un des éléments du train épicycloïdal 20. La seconde machine électrique 12 est reliée au deuxième élément du train épicycloïdal. Le troisième élément du train épicycloïdal transmet le mouvement vers les roues du véhicule. 3- Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon la revendication 2 caractérisée par le fait que selon un mode de réalisation préféré de l'invention, la première machine 11 est reliée au porte-satellite 21 du train épicycloïdal 20. La seconde machine électrique 12 est reliée au planétaire 22. La couronne 23, troisième élément, du train épicycloïdal transmet le mouvement vers les roues du véhicule. 4- Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon les revendications 2 ou 3 caractérisée par le fait que la première machine électrique 11 est un moteur électrique et, la seconde machine électrique 12 est un générateur. 5- Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon la revendication 4 caractérisée par le fait que Le moteur électrique 11 constitue l'élément principal d'entraînement du véhicule. Le générateur 12 constitue l'élément de prélèvement de puissance permettant la variation continue et infinie de la transmission 20. 6- Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon l'une des revendications précédentes caractérisée par le fait que la couronne 23 transmet son mouvement à un arbre parallèle intermédiaire 30 réalisant par la paire de pignons 24, lié à la couronne, et 31, lié à l'arbre 30, un étage de réduction de vitesse et transmettant à la couronne 40 d'un différentiel classique 41 le couple et le mouvement, par l'intermédiaire du pignon de sortie 32. 7- Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon la revendication 1 caractérisée par le fait que le moteur électrique 11 peut être maintenu à un régime de rotation dit de ralenti lorsque le véhicule est maintenu à l'arrêt. 8- Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon l'une des revendications précédentes caractérisée par le fait que le moteur 2942923 -6- électrique 11 porte sur son axe des poulies 60 et 61 d'entraînement d'accessoires. 9- Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon la revendication 8 caractérisée par le fait que le moteur 11 entraîne par 5 exemple une pompe de circulation du fluide de refroidissement 50 et un compresseur de climatisation 51 par l'intermédiaire, par exemple, des courroies 70 et 71. 10-Groupe motopropulseur pour véhicule électrique selon l'une des revendications précédentes caractérisée par le fait que le générateur 10 électrique 12 porte sur son axe des moyens d'entraînement d'accessoires.