Brevet FR3034586A1 — publié le 20161007

MACHINE ELECTRIQUE TOURNANTE MUNIE D'UN DEGAGEMENT POUR FACILITER SON MONTAGE AVEC UN DISPOSITIF ANNEXE La présente invention porte sur une machine électrique tournante munie d'un dégagement pour faciliter son montage avec un dispositif annexe. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance, par exemple du type fonctionnant sous des tensions allant de 48 V à 300 V, pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec une boîte de vitesses. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. Le rotor pourra être solidaire d'un arbre menant et/ou mené et pourra appartenir à une machine électrique tournante sous la forme d'un alternateur, d'un moteur électrique, ou d'une machine réversible pouvant fonctionner dans les deux modes. Le stator est monté dans un carter configuré pour porter à rotation l'arbre sur des paliers par l'intermédiaire de roulements. Le rotor comporte un corps formé par un empilage de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le rotor comporte des pôles formés par exemple par des aimants permanents logés dans des cavités ménagées dans la masse magnétique du rotor. Alternativement, dans une architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. Par ailleurs, le stator comporte un corps constitué par un empilage de tôles minces formant une couronne, dont la face intérieure est pourvue d'encoches ouvertes vers l'intérieur pour recevoir des enroulements de phase. Ces enroulements traversent les encoches du corps du stator et forment des chignons faisant saillie de part et d'autre du corps du stator. Les enroulements de phase sont obtenus par exemple à partir d'un fil continu recouvert d'émail ou à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par soudage. Ces enroulements sont des enroulements polyphasés connectés en étoile ou en triangle dont les sorties sont reliées à un module électrique de commande. 3034586 2 Dans certains types de chaînes de traction de véhicule automobile assurant la transmission de la puissance mécanique du moteur thermique vers les roues du véhicule, une machine électrique tournante réversible de forte puissance est accouplée à la boîte de vitesses du véhicule. La machine 5 électrique est alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. 10 Dans certaines configurations compactes, la machine est positionnée à l'intérieur du volume délimité par le carter de la boîte de vitesses de telle façon qu'un pignon porté par l'arbre de la machine coopère avec un pignon correspondant de la boîte de vitesses. Un palier associé à un roulement est prévu dans le carter de la boîte de vitesses pour porter une extrémité de 15 l'arbre de la machine afin de supporter les efforts subis par l'ensemble. Compte tenu de la configuration classique de la machine électrique dont l'arbre est monté sur deux paliers du carter par l'intermédiaire de deux roulements correspondants, un tel assemblage présente toutefois des risques d'hyperstatisme. 20 L'invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en proposant une machine électrique tournante, notamment de type alterno-démarreur, comportant: - un rotor monté sur un arbre, - un carter comportant au moins une ouverture pour autoriser le passage 25 dudit arbre, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante comporte un dégagement laissé libre entre ledit arbre et un bord délimitant ladite ouverture réalisée dans ledit carter. L'invention permet ainsi de réaliser, du fait du dégagement, un montage de la 30 machine électrique à l'intérieur d'un dispositif, tel qu'une boîte de vitesses, en évitant tout risque d'hyperstatisme. L'invention permet également de diminuer l'épaisseur d'une paroi latérale du carter dans laquelle est prévu le dégagement, dans la mesure où cette paroi n'a plus de fonction mécanique 3034586 3 de support de l'arbre, notamment via un roulement. En outre, compte tenu de la configuration de l'arbre de la machine, il est possible de réaliser aisément des tests de la machine électrique sur un banc d'essai avant son assemblage avec le dispositif de type boîte de vitesses. 5 Selon une réalisation, une largeur maximale dudit dégagement est inférieure à une largeur d'un entrefer entre ledit rotor et un stator de ladite machine électrique tournante. Cela permet d'empêcher le collage magnétique du rotor avec le stator lors d'un transport de la machine avant son montage avec le dispositif de type boîte de vitesses. 10 Selon une réalisation, ledit dégagement s'étend axialement au moins suivant toute l'épaisseur dudit carter. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante est dépourvue de roulement. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un 15 roulement unique coopérant avec une extrémité dudit arbre située d'un côté opposé audit dégagement. Selon une réalisation, ledit arbre est plus long du côté dudit dégagement que du côté du roulement. Selon une réalisation, ledit arbre est agencé pour porter un pignon. 20 Selon une réalisation, la machine électrique est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement agencé pour permettre notamment l'écoulement d'un liquide de refroidissement, notamment unique. Le liquide de refroidissement peut être une huile ou de l'eau. Selon une réalisation, ledit dégagement est formé par une creusure annulaire 25 réalisée dans ledit arbre. Ceci permet, lorsque la machine électrique est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement, de permettre un meilleur refroidissement des différentes parties de la machine, l'huile circulant à l'intérieur de l'arbre pour atteindre des parties de la machines situées de chaque côté de l'arbre. 3034586 4 Selon une réalisation, ledit arbre comporte un alésage axial et des conduits issus dudit alésage ayant une orientation radiale par rapport à l'axe dudit arbre et débouchant vers une périphérie externe dudit arbre. Selon une réalisation, ledit rotor est un rotor à aimants permanents. 5 Selon une réalisation, la machine électrique tournante peut être du type asynchrone. L'invention a également pour objet un ensemble, notamment pour véhicule hybride, caractérisé en ce que ledit ensemble comporte ladite machine électrique tournante telle que précédemment définie et un dispositif, tel 10 qu'une boîte de vitesses, par exemple un embrayage, ladite machine électrique tournante comportant un pignon destiné à coopérer avec un pignon correspondant de ladite boîte de vitesses. Selon une réalisation, un deuxième roulement destiné à coopérer avec ledit arbre de ladite machine électrique est monté sur un palier d'un carter de 15 ladite boîte de vitesses. Selon une réalisation, ledit pignon porté par ledit arbre est positionné entre ledit carter et ledit deuxième roulement. L'invention concerne en outre un procédé de montage d'un ensemble tel que précédemment défini, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: 20 - une étape d'insertion de ladite machine électrique tournante à l'intérieur d'un volume délimité par un carter de ladite boîte de vitesses, - une étape de positionnement d'un arbre de ladite machine électrique tournante en sorte qu'un pignon porté par ledit arbre coopère avec un pignon correspondant de ladite boîte de vitesses, et qu'une extrémité libre dudit 25 arbre dépassant d'un carter de ladite machine électrique tournante coopère avec un roulement monté dans un palier ménagé dans ledit carter de ladite boîte de vitesses, et - une étape de fermeture dudit carter de ladite boîte de vitesses. Selon une mise en oeuvre, ledit procédé comporte en outre une étape de test 30 de ladite machine électrique tournante réalisée préalablement à l'étape 3034586 5 d'insertion de ladite machine électrique tournante à l'intérieur du volume délimité par ledit carter de ladite boîte de vitesses. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit et à l'examen des figures qui l'accompagnent. Ces figures ne sont données qu'à 5 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe longitudinale partielle d'une machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 2 est une représentation schématique d'un assemblage de la machine électrique tournante de la figure 1 avec une boîte de vitesses; 10 La figure 3 est une vue en perspective de l'arbre de la machine électrique tournante de la figure 1; La figure 4 est un diagramme des étapes du procédé de montage de l'ensemble selon la présente invention formé par la machine électrique tournante de la figure 1 et une boîte de vitesses. 15 Les éléments identiques, similaires, ou analogues conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 montre une machine électrique tournante 10 comportant un stator 11 polyphasé entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 d'axe X. Le stator 11 est porté par un carter 14. Le stator 11 de la machine 10 entoure le rotor 20 12 avec présence d'un entrefer 15 entre la périphérie interne du stator 11 et la périphérie externe du rotor 12. Cette machine électrique 10 est destinée à être accouplée à une boîte de vitesses 16 bien visible en figure 2 appartenant à une chaîne de traction de véhicule automobile. La machine 10 est apte à fonctionner dans un mode 25 alternateur pour fournir notamment de l'énergie à la batterie et au réseau de bord du véhicule mais également pour permettre de récupérer de l'énergie mécanique, et dans un mode moteur, non seulement pour assurer le démarrage du moteur thermique du véhicule, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique. 3034586 6 La puissance de la machine 10 pourra être comprise entre 10kW et 60kW, notamment entre 18kW et 50kW. Plus précisément, le rotor 12 comporte un corps 19 sous la forme d'un paquet de tôles. Des aimants permanents 20 sont implantés dans des 5 cavités 21 du corps 19. Les aimants 20 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine 10. Alternativement, les pôles du rotor 12 pourront être formés par des bobines ou former une cage d'écureuil pour une machine électrique du type synchrone. 10 Par ailleurs, le stator 11 comporte un corps 23 en forme de paquet de tôles doté d'encoches, par exemple du type semi-fermées, équipées d'isolant d'encoches pour le montage du bobinage 24 du stator 11. Le bobinage 24 comporte un ensemble d'enroulements de phase traversant les encoches du corps 23 du stator 11 et formant des chignons 25 s'étendant en saillie de part 15 et d'autre du corps 23 du stator 11. Les enroulements de phase sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliées entre elles par exemple par soudage. Ces enroulements sont par exemple des enroulements triphasés ou multiphasés connectés en étoile ou en triangle. Les sorties des enroulements de phase sont reliées à un module électrique 20 de commande. La machine électrique 10 est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement 28 agencé pour permettre notamment l'écoulement d'un liquide de refroidissement, en l'occurrence de l'huile, entre le carter 14 et le corps 23 du stator 11, dans la direction de l'axe X. A cet effet, le circuit de 25 refroidissement 28 comporte une pompe 29 permettant d'acheminer l'huile, dans une chambre de distribution 30 ménagée dans le carter 14, laquelle permet de faire circuler l'huile à l'intérieur de rainures 31 s'étendant axialement le long du stator 11 et répartis angulairement de manière régulière sur la circonférence du stator 11. 30 L'huile circule également dans un alésage axial 32 réalisé dans l'arbre 13 et dans des conduits 33 issus dudit alésage 32 ayant une orientation radiale et débouchant vers une périphérie externe de l'arbre 13. Une telle configuration permet ainsi d'acheminer le liquide de refroidissement vers les deux faces 3034586 7 d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Le circuit de refroidissement 28 fonctionne en boucle fermée, de telle façon que l'huile est prélevée par la pompe 29 dans un réservoir 39 et est récupérée après circulation dans la machine 10 dans ce réservoir 39. 5 En outre, le rotor 12 comporte deux flasques 41 plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale 36 du rotor 12. Ces flasques 41 assurent une retenue axiale des aimants 22 à l'intérieur des cavités 21 et servent également à équilibrer le rotor. Chaque flasque 41 pourra être muni avantageusement d'au moins un organe de projection 43, constitué par une pale, agencé pour 10 projeter par centrifugation le liquide de refroidissement arrivant sur la face d'extrémité 36 correspondante vers les chignons 25 du bobinage 24. Comme cela est mieux visible sur la figure 2, deux ouvertures 51, 52 sont réalisées dans des parois latérales 141, 142 du carter 14 s'étendant perpendiculairement par rapport à l'axe X pour autoriser le passage de 15 l'arbre 13. Du côté de l'extrémité 131, l'arbre 13 est monté sur un palier 55 par l'intermédiaire d'un roulement 56, tel qu'un roulement à billes ou à aiguilles. Le palier 55 forme une surface d'appui annulaire pour le roulement 56 correspondant. Du côté de l'extrémité opposée 132, un dégagement 61 laissé libre est prévu 20 entre l'arbre 13 et un bord délimitant l'ouverture 52. Le dégagement 61 s'étend suivant toute une circonférence de l'arbre 13 et axialement au moins suivant toute l'épaisseur de la paroi 142 du carter 14. Le dégagement 61 est tel qu'il n'existe aucun élément entre l'arbre 13 et le bord de l'ouverture 52 réalisée dans la paroi 142. Une largeur maximale L2 du dégagement 61 est 25 de préférence inférieure à une largeur L1 de l'entrefer 15. Cela permet d'empêcher le collage magnétique du rotor 12 avec le stator 11 lors d'un transport de la machine 10 avant de réaliser son montage sur la boîte de vitesses 16 comme cela est expliqué plus en détails ci-après. Comme cela est visible sur les figures 1 et 3, le dégagement 61 est formé de 30 préférence par une creusure annulaire 62 réalisée dans l'arbre 13. La creusure 62 et située sensiblement dans le plan de la paroi radiale 142 du carter 14. En l'occurrence, la creusure 62 est positionnée sur l'arbre 13 entre un épaulement 65 dans lequel sont réalisés des conduits 33 et un tronçon 3034586 8 cannelé 66 destiné à recevoir une périphérie interne cannelée correspondante d'un pignon 67. La coopération des cannelures longitudinales du tronçon 66 et du pignon 67 permet de lier en rotation le pignon 67 avec l'arbre 13. En variante, dans le cas où l'arbre 13 est 5 dépourvu de creusure 62, le dégagement 61 est obtenu en augmentant le diamètre de l'ouverture 52 par rapport au diamètre externe de l'arbre 13. L'arbre 13 est plus long du côté du dégagement 61 que du côté du roulement 56, c'est-à-dire que la portion de l'arbre 13 s'étendant axialement entre la face d'extrémité axiale 46 du rotor 12 tournée vers le dégagement 61 et 10 l'extrémité libre 132 est plus longue que la portion de l'arbre 13 s'étendant axialement entre la face d'extrémité axiale 46 opposée du rotor 12 et l'extrémité 131 située du côté du roulement 56. Du côté de l'ouverture 52, l'arbre 13 présente une partie qui traverse la paroi 142 et dépasse axialement du carter 14 par rapport à la paroi 142. 15 Comme on peut le voir sur la figure 2, la machine 10 est positionnée à l'intérieur d'un volume délimité par un carter 71 de la boîte de vitesses 16 rempli en partie d'un liquide, en l'occurrence de l'huile utilisé pour la lubrification des différents composants mécaniques de la boîte de vitesses et pour réaliser le refroidissement de la machine électrique 10, comme cela a 20 été décrit précédemment. La machine électrique 10 est disposée dans ce volume, de telle façon que le pignon 67 porté par l'arbre 13 coopère avec un pignon 73 correspondant de la boîte de vitesses 16. En outre, l'extrémité libre 132 de l'arbre 13 dépassant du carter 14 de la machine électrique 10 est montée sur un palier 76 du 25 carter 71 de la boîte de vitesses 16 par l'intermédiaire d'un deuxième roulement 77. Le palier 76 forme une surface d'appui annulaire pour le roulement 77 correspondant. Le pignon 67 porté par l'arbre 13 est alors positionné entre le carter 71 de la boîte de vitesses 16 et le roulement 77. La configuration de la machine électrique 10 autorise à réaliser une étape de 30 test (cf. étape 100 de la figure 4) préalablement à l'étape de positionnement de la machine 10 à l'intérieur de la boîte de vitesses 16. En effet, il est possible d'installer la machine électrique 10, via l'extrémité libre 132 de l'arbre 13, sur un banc d'essai (non représenté) afin de vérifier la tenue 3034586 9 mécanique des différents composants, les tests en court-circuit de la machine, ainsi que les paramètres de fonctionnement de la machine électrique 10 (tension, courant, couple délivré, etc...). Une fois le test validé, la machine électrique 10 est insérée suivant l'étape 5 101 à l'intérieur d'un volume délimité par le carter 71 de la boîte de vitesses 16. Puis, suivant une étape 102, l'arbre 13 est positionné en sorte que le pignon 67 monté sur l'arbre 13 coopère avec le pignon 73 correspondant de la boîte de vitesses 16. En outre, le positionnement de l'arbre 13 est effectué de façon que l'extrémité libre 132 de l'arbre 13 dépassant du carter 14 de la 10 machine 10 coopère avec le roulement 77 monté dans le palier 76 du carter 71 de la boîte de vitesses 16. Le carter 71 de la boîte de vitesses 16 est ensuite fermé dans une étape 103. Dans une variante de réalisation, la machine 10 est dépourvue de roulement 56 et de palier 55 correspondant. Dans ce cas, la machine 10 présente deux 15 extrémités d'arbre 13 dépassant de part et d'autre du carter 14. Ces deux extrémités sont montées sur deux paliers réalisés dans le carter 71 de la boîte de vitesse 16 par l'intermédiaire de deux roulements correspondants. Des dégagements 61 sont alors prévus dans les deux parois d'extrémité 141, 142 du carter 14 afin de disposer d'un jeu de montage de l'arbre 13 avec les 20 roulements portés par le carter 71. Comme indiqué précédemment, la largeur L2 maximale de chacun des dégagements 61 est de préférence inférieure à la largeur L1 de l'entrefer 15 de la machine 10 pour éviter un collage magnétique entre le rotor 12 monté sur l'arbre 13 et le stator 11. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple 25 uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10), notamment de type alternodémarreur, comportant: - un rotor (12) monté sur un arbre (13), - un carter (14) comportant au moins une ouverture (52) pour autoriser le passage dudit arbre (13), caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) comporte un dégagement (61) laissé libre entre ledit arbre (13) et un bord délimitant ladite ouverture (52) réalisée dans ledit carter (14). 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une largeur maximale (L2) dudit dégagement (61) est inférieure à une largeur (L1) d'un entrefer (15) entre ledit rotor (12) et un stator (11) de ladite machine électrique tournante (10). 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit dégagement (61) s'étend axialement au moins suivant toute l'épaisseur dudit carter (14). 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) est dépourvue de roulement. 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que ladite machine électrique tournante (10) comporte un roulement unique (56) coopérant avec une extrémité dudit arbre (13) située d'un côté opposé audit dégagement (61). 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ledit arbre (13) est plus long du côté dudit dégagement (61) que du côté du roulement (56). 7. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ledit arbre (13) est agencé pour porter un pignon (67). 3034586 11 8. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ledit dégagement (61) est formé par une creusure annulaire réalisée dans ledit arbre (13). 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des 5 revendications 1 à 8, caractérisée en ce que ledit arbre (13) comporte un alésage axial (32) et des conduits (33) issus dudit alésage (32) ayant une orientation radiale par rapport à l'axe dudit arbre (13) et débouchant vers une périphérie externe dudit arbre (13). 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 9, caractérisée en ce que ledit rotor (12) est un rotor à aimants permanents. 11. Ensemble, notamment pour véhicule hybride, caractérisé en ce que ledit ensemble comporte ladite machine électrique tournante (10) telle que définie selon l'une quelconque des revendications précédentes et une 15 boîte de vitesses (16), ladite machine électrique tournante (10) comportant un pignon (67) destiné à coopérer avec un pignon (73) correspondant de ladite boîte de vitesses (16). 12. Ensemble selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'un deuxième roulement (77) destiné à coopérer avec ledit arbre (13) de ladite 20 machine électrique tournante (10) est monté sur un palier (76) d'un carter (71) de ladite boîte de vitesses (16). 13. Ensemble selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que ledit pignon (67) porté par ledit arbre (13) est positionné entre ledit carter (71) et ledit deuxième roulement (77). 25 14. Procédé de montage d'un ensemble tel que défini selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que ledit procédé comporte: - une étape (101) d'insertion de ladite machine électrique tournante (10) à l'intérieur d'un volume délimité par un carter (71) de ladite boîte de vitesses (16), - une étape (102) de positionnement d'un arbre (13) de ladite machine 3034586 12 électrique tournante en sorte qu'un pignon (67) porté par ledit arbre (13) coopère avec un pignon (73) correspondant de ladite boîte de vitesses (16), et qu'une extrémité libre dudit arbre (13) dépassant d'un carter (14) de ladite machine électrique tournante (10) coopère avec un roulement (77) monté 5 dans un palier (76) ménagé dans le carter (71) de ladite boîte de vitesses, et - une étape (103) de fermeture dudit carter (71) de ladite boîte de vitesses (16). 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit procédé comporte une étape (100) de test de ladite machine électrique 10 tournante (10) réalisée préalablement à l'étape d'insertion de ladite machine électrique tournante (10) à l'intérieur du volume délimité par ledit carter (71) de ladite boîte de vitesses (16).