Brevet FR3058366A1 — publié le 20180511

INTERFACE MÉCANIQUE ENTRE UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE ET UNE BOÎTE DE VITESSES La présente invention porte sur une interface mécanique entre une machine électrique tournante et une boîte de vitesses. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les chaînes de traction hybride intégrant une machine électrique de forte puissance fonctionnant notamment sur le réseau 48 Volts du véhicule automobile. 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 électrique est 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. La présente invention vise à proposer une solution permettant de réaliser une interface mécanique entre l'arbre de la machine électrique et un arbre de sortie de la boîte de vitesse, en particulier dans le cas où la machine électrique est située à l'extérieur de la boîte de vitesses. Plus précisément, l'invention a pour objet un ensemble pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte: - une machine électrique tournante, et - un réducteur mécanique ayant un axe d'entrée et un axe de sortie, - l'axe d'entrée du réducteur mécanique étant connecté à la machine électrique tournante, - l'axe de sortie du réducteur mécanique étant destiné à être connecté à une boîte de vitesses. L'invention permet ainsi, dans une architecture hybride, d'assurer un couplage entre la machine électrique tournante et la boîte de vitesses, tout 3058366 2 en appliquant un rapport de réduction de vitesse adapté entre les arbres de ces deux éléments. Le réducteur mécanique est configuré pour permettre une synchronisation de vitesse tout en évitant les chocs au cours d'un changement de rapport. 5 Le réducteur mécanique est également configuré pour éviter un effet de résonnance lorsque le véhicule fonctionne dans un mode de traction électrique. Le réducteur mécanique assure également une transmission de couple sans à-coup lors d'une phase de transition d'un mode à l'autre. lo Selon une réalisation, l'axe d'entrée et l'axe de sortie du réducteur mécanique sont coaxiaux l'un par rapport à l'autre. Selon une réalisation, l'axe d'entrée et l'axe de sortie du réducteur mécanique sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre. Selon une réalisation, le réducteur mécanique comporte au moins un train 15 épicycloïdal et/ou un ensemble de pignons. Selon une réalisation, la machine électrique tournante et le réducteur mécanique sont implantés dans une architecture moteur longitudinale du véhicule automobile. Selon une réalisation, la machine électrique tournante et le réducteur 20 mécanique sont implantés dans une architecture moteur transverse du véhicule automobile. Selon une réalisation, ledit ensemble comporte un module électrique de commande de la machine électrique tournante. Selon une réalisation, le module électrique de commande est disposé en 25 partie arrière de la machine électrique tournante. Selon une réalisation, le module électrique de commande est disposé en périphérie de la machine électrique tournante. 3058366 3 Selon une réalisation, le module électrique de commande est déporté par rapport à la machine électrique tournante. Selon une réalisation, le réducteur mécanique est intégré à un palier de la machine électrique tournante. 5 Selon une réalisation, la machine électrique tournante est alimentée sous une tension de 48 Volts. 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 titre illustratif mais nullement limitatif de l'invention. 10 La figure 1 est une représentation schématique illustrant l'implantation de l'interface mécanique selon la présente invention dans une architecture moteur de type longitudinale; La figure 2 est une représentation schématique illustrant l'implantation de l'interface mécanique selon la présente invention dans une architecture 15 moteur de type transversale; La figure 3 est une représentation schématique illustrant un décalage axial entre l'arbre de la machine électrique et un arbre de sortie correspondant de la boîte de vitesses; La figure 4a est une vue en perspective illustrant l'intégration d'un réducteur 20 mécanique dans un palier d'une machine électrique tournante selon l'invention; La figure 4b est une vue en perspective montrant en détails les éléments formant le réducteur mécanique de la figure 4a; Les figures 5a à 5c sont des représentations schématiques illustrant 25 différentes configurations d'un réducteur mécanique formé par un train épicycloïdal. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. 3058366 4 La figure 1 montre une architecture moteur 10 de véhicule automobile de type longitudinale comportant un moteur thermique 11 ayant un vilebrequin orienté suivant une direction d'allongement longitudinale du véhicule. Une machine électrique tournante 12 est destinée à être accouplée à une 5 boîte de vitesses 13, par exemple de type DCT (acronyme pour "Dual Clutch Transmission" en anglais), laquelle est reliée aux roues 14 via un axe de sortie 15 visible sur la figure 3 connecté à une descente de pont (non représentée). La machine électrique 12 est apte à fonctionner dans un mode alternateur 10 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 11, mais également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison avec le moteur thermique 11. La machine électrique 12 est destinée à être connectée à un réseau 48 Volts 15 du véhicule automobile. La puissance de la machine électrique 12 pourra être comprise entre 15kW et 50kW. Cette machine électrique 12 comporte un stator polyphasé et un rotor qui pourra comporter des pôles formés par exemple par des aimants permanents en ferrites ou en terres rares. Alternativement, dans une 20 architecture dite à pôles "saillants", les pôles sont formés par des bobines enroulées autour de bras du rotor. La machine électrique 12 est pilotée grâce à un module électrique de commande 16 intégrant un onduleur connecté aux phases du stator. Ce module électrique de commande 16 pourra être disposé en périphérie de la 25 machine électrique 12, tel que cela est représenté sur la figure 1. En variante, le module électrique de commande 16 est positionné en partie arrière de la machine électrique 12, tel que cela est représenté en pointillés sur la figure 1. Le module électrique de commande 16 pourra également être déporté par rapport à la machine électrique 12. 30 Si besoin, la machine électrique 12 pourra être refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement à base d'eau ou d'huile. 3058366 5 Un réducteur mécanique 20 est interposé entre la machine électrique 12 et la boîte de vitesses 13. A cet effet, le réducteur mécanique 20 comporte un axe d'entrée 21 connecté à la machine électrique 12, et un axe de sortie 22 connecté à la boîte de vitesses 13. Ce réducteur mécanique 20 est apte à 5 supporter des contraintes mécaniques sévères en fonctionnement. En outre, ce réducteur mécanique 20 pourra être configuré de façon étanche pour isoler la machine électrique 12 par rapport à son environnement extérieur. La figure 2 illustre l'application de l'invention dans le cas d'une architecture moteur 10 transverse du véhicule automobile suivant laquelle le vilebrequin 10 du moteur thermique 11 est orienté suivant une direction perpendiculaire à la direction longitudinale du véhicule, c'est-à-dire suivant une direction parallèle à l'axe des roues 14. Quel que soit le mode de réalisation de l'invention, il est possible que des contraintes d'encombrement sous capot ne permettent pas une connexion 15 axiale directe entre l'arbre 25 de la machine électrique 12 et un arbre de sortie 26 de la boîte de vitesses 13, tel que cela est montré sur la figure 3. Dans ce cas, l'axe d'entrée 21 et l'axe de sortie 22 du réducteur mécanique 20 sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre pour être compatibles avec l'architecture moteur 10. 20 Dans l'exemple de réalisation de la figure 4a, le palier avant 28 de la machine électrique portant à rotation l'arbre 25 intègre le réducteur mécanique 20. Comme cela est illustré par la figure 4b, le réducteur mécanique 20 comporte un premier pignon 29 lié en rotation avec l'axe d'entrée 21 et un deuxième pignon 30 lié en rotation avec l'axe de sortie 22. 25 Du côté opposé à celle du pignon 30, l'axe de sortie 22 pourra comporter une extrémité cannelée 33 destinée à engrener avec un manchon denté de forme correspondante de la boîte de vitesses (non representé). Ce système mécanique pourra comporter plusieurs étages en intégrant des axes intermédiaires entre l'axe d'entrée 21 et l'axe de sortie 22 du réducteur 30 mécanique 20. Une telle configuration permet d'adapter aisément, en fonction de l'application, le rapport de réduction entre la machine électrique 3058366 6 12 et la boîte de vitesses 13, ainsi que l'écart entre l'arbre 25 de la machine électrique 12 et l'arbre de sortie 26 de la boîte de vitesses 13. Le fait d'intégrer le réducteur mécanique 20 dans le palier avant 28 de la machine électrique 12 permet de réduire les tolérances d'alignement des 5 différents arbres, ainsi que les jeux dans la chaîne de transmission de couple. Cela permet également de réduire le bruit et les vibrations de l'ensemble. Le palier avant 28 pourra comporter une chambre de refroidissement. Dans les modes de réalisation des figures 5a à 5c, l'axe d'entrée 21 et l'axe 10 de sortie 22 du réducteur mécanique 20 pourront être coaxiaux l'un par rapport à l'autre. Dans le mode de réalisation de la figure 5a, l'axe d'entrée 21 du réducteur 20 correspondant à l'arbre 25 de la machine électrique 12 est lié en rotation avec le pignon solaire 36 d'un train épicycloïdal 37, tandis que l'axe de sortie 15 22 correspondant à l'arbre 26 de la boîte de vitesses 13 est lié en rotation avec un plateau 38 portant des satellites 39 engrenant d'une part avec une couronne 40 et d'autre part avec le pignon solaire 36. La couronne 40 est maintenue fixe. Dans le mode de réalisation de la figure 5b, l'axe d'entrée 21 est lié en 20 rotation avec le pignon solaire 36 et l'axe de sortie 22 est lié en rotation avec la couronne 40. Le plateau porte-satellite 38 est maintenu fixe. Le mode de réalisation de la figure 5c correspond à une architecture coaxiale dans laquelle l'arbre de sortie 26 de la boîte de vitesses 13 est coaxial à l'arbre 25 de la machine électrique 12 et au train épicycloïdal 37. La 25 couronne 40 étant fixe, l'arbre 25 de la machine électrique 12 est creux pour autoriser le passage de l'arbre 26 de la boîte de vitesses 13 ou de l'arbre des roues du véhicule. Bien entendu, le réducteur mécanique 20 pourra également être formé par deux trains épicycloïdaux 37 ou plus. Le réducteur mécanique 20 pourra 30 également comporter une combinaison d'au moins un train épicycloïdal 37 et de pignons. 3058366 7 Suivant une variante d'architecture, la machine électrique 12 et le réducteur mécanique 20 correspondant pourront être implantés sur un essieu avant ou arrière du véhicule automobile. Le réducteur mécanique 20 réalise la fonction d'application d'un rapport de 5 réduction de vitesse adapté comme précédemment, mai également une fonction différentielle en répartissant le couple entre les roues de l'essieu sur lequel est implantée la machine électrique 12. Bien entendu, la description qui précède a été donnée à titre d'exemple uniquement et ne limite pas le domaine de l'invention dont on ne sortirait pas 10 en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de réalisation de la présente invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. 15 REVENDICATIONS1. Ensemble pour véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte: - une machine électrique tournante (12), et - un réducteur mécanique (20) ayant un axe d'entrée (21) et un axe de sortie (22), - l'axe d'entrée (21) du réducteur mécanique (20) étant connecté à la machine électrique tournante (20), - l'axe de sortie (22) du réducteur mécanique (20) étant destiné à être connecté à une boîte de vitesses (13). 2. Ensemble selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'axe d'entrée (21) et l'axe de sortie (22) du réducteur mécanique (20) sont coaxiaux l'un par rapport à l'autre. 3. Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe d'entrée (21) et l'axe de sortie (22) du réducteur mécanique (20) sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre. 4. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réducteur mécanique (20) comporte au moins un train épicycloïdal (37) et/ou un ensemble de pignons (29, 30). 5. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (12) et le réducteur mécanique (20) sont implantés dans une architecture moteur longitudinale du véhicule automobile. 6. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (12) et le réducteur mécanique (20) sont implantés dans une architecture moteur transverse du véhicule automobile. 7. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un module électrique de commande (16) de la machine électrique tournante (12). 3058366 9 8. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module électrique de commande (16) est disposé en partie arrière de la machine électrique tournante (12). 9. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module 5 électrique de commande (16) est disposé en périphérie de la machine électrique tournante (12). 10. Ensemble selon la revendication 7, caractérisé en ce que le module électrique de commande (16) est déporté par rapport à la machine électrique tournante (12). 10 11. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le réducteur mécanique (20) est intégré à un palier (28) de la machine électrique tournante (12). 12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la machine électrique tournante (12) est alimentée 15 sous une tension de 48 Volts.