Brevet FR3059754A1 — publié le 20180608

SYSTEME DE BOITE DE VITESSES POUR VEHICULE HYBRIDE COMPORTANT UN ONDULEUR ET UNE MACHINE ELECTRIQUE La présente invention concerne un système de boîte de vitesses pour un véhicule automobile hybride, comportant une machine électrique et un onduleur, ainsi qu'un véhicule hybride équipé d'un tel système de boîte de vitesses. Certains véhicules automobiles hybrides comportent une boîte de vitesses disposée entre un moteur thermique et les roues du véhicule, supportant une machine électrique de traction reliée à un arbre de cette boîte de vitesses, qui est alimentée par des batteries de traction. Suivant les conditions de roulage afin d'optimiser la consommation de carburant, on utilise le moteur thermique, la machine électrique, ou ces deux motorisations. La machine électrique peut fonctionner en moteur, ou en génératrice pour recharger les batteries de traction. Ces boîtes de vitesses peuvent supporter de plus un onduleur relié à la machine électrique pour l'alimenter, qui est directement fixé sur la boîte de vitesses afin d'être disposé au plus près de cette machine électrique. L'onduleur produit à partir du courant électrique continu délivré par la batterie de traction, un courant alternatif adapté pour la machine électrique. Par ailleurs un type de boîte de vitesses automatique largement répandu comporte un convertisseur de couple en entrée et des trains planétaires reliés par des embrayages et des freins, qui sont commandés par une pression d'huile venant d'une pompe à huile assurant un débit important. Le fonctionnement des différents éléments, en particulier du convertisseur de couple, peut générer une énergie thermique importante qu'il faut dissiper. Ces boîtes de vitesses automatiques comportent généralement un échangeur thermique disposé sur le circuit d'huile, qui transfère les calories de l'huile au circuit d'eau de refroidissement du moteur thermique, équipé 3059754 2 d'un échangeur avec l'air disposant de ventilateurs, présentant une capacité de dissipation élevée. Pour ces boîtes de vitesses automatiques utilisées sur un véhicule hybride, il est connu de refroidir la machine électrique fixée dessus par une 5 circulation interne d'huile de cette boîte, et de refroidir l'onduleur par une circulation interne d'eau venant du circuit de refroidissement du moteur thermique. Avec la circulation d'eau on dispose d'une capacité de refroidissement importante de l'onduleur, intéressante pour les machines électriques 10 présentant une puissance élevée et générant beaucoup de calories. Cependant cette disposition pose des problèmes car elle nécessite des raccords entre l'onduleur et le circuit de refroidissement du moteur thermique, qui présentent un encombrement et ajoutent des coûts. Toutefois d'autres types de boîtes de vitesses automatiques, comme les 15 boîtes de vitesses à double embrayage ou les boîtes de vitesses robotisées, comportant des engrenages montés sur des arbres parallèles, engagés par des systèmes de synchronisation, et présentant un bon rendement, posent des problèmes thermiques qui sont différents. Par ailleurs afin d'assurer le refroidissement d'un système électronique 20 de puissance disposé sur une transmission, un type de transmission connu, présenté notamment par le document US-B2-8074753, comporte une plaque supportant sur le dessus des composants électroniques dissipant de la chaleur, présentant en dessous des surfaces métalliques formant des radiateurs. 25 La plaque constitue un couvercle disposé au-dessus du carter de la transmission, recevant par en dessous des projections d'huile de lubrification de cette transmission, venant de la rotation d'arbres et d'engrenages, qui refroidissent les radiateurs. On obtient de cette manière un certain refroidissement du système de 30 puissance. Toutefois ce refroidissement peut poser des problèmes car les projections d'huile sont mal contrôlées, dépendant en particulier fortement 3059754 3 des vitesses de rotation des arbres. De plus il faut une transmission spécifique présentant une grande ouverture sur le dessus pour recevoir la plaque. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes de 5 l'art antérieur. Elle propose à cet effet un système de boîte de vitesses pour véhicule automobile hybride, comprenant une boîte de vitesses, ainsi qu'un onduleur et une machine électrique de traction fixés sur cette boîte de vitesses, l'onduleur alimentant la machine électrique de traction qui est reliée à un 10 arbre de la boîte de vitesses, ce système étant remarquable en ce que la boîte de vitesses comporte un circuit d'huile de lubrification interne comprenant une pompe de circulation, qui alimente en huile l'onduleur et la machine électrique pour les refroidir. Un avantage de ce système de boîte de vitesses est que le circuit 15 d'huile activé par la pompe de circulation, passant dans l'onduleur et dans la machine électrique, constitue grâce à une maîtrise du débit dans ces éléments, un moyen efficace et contrôlé de refroidissement de ces deux éléments. On notera en particulier qu'un type de boîte de vitesses présentant des 20 arbres parallèles, génère grâce à son bon rendement mécanique une énergie thermique faible. Les calories apportées par le refroidissement d'un onduleur relié à une machine électrique présentant une puissance ne dépassant pas une certaine limite, sont facilement absorbées par la masse de la boîte de vitesses, puis dissipées grâce à l'ensemble des surfaces de 25 ses carters qui reçoivent à l'intérieur les projections d'huile répartissant les calories. En réalisant des raccordements directs du circuit d'huile entre la boîte de vitesses, et l'onduleur et la machine électrique fixés dessus, et avec peu de modifications de la boîte de vitesses, on obtient de manière simple et 30 économique, avec un encombrement et une masse réduite, sans utiliser d'échangeur avec le circuit d'eau de refroidissement du moteur thermique, 3059754 4 une certaine capacité de refroidissement de l'onduleur et de sa machine électrique. La boîte de vitesses pour véhicule hybride selon l'invention peut de plus comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, qui peuvent être 5 combinées entre elles. En particulier, la boîte de vitesses peut comporter des arbres parallèles, supportant des engrenages engagés par des manchons de synchronisation pour réaliser différents rapports de vitesse. Avantageusement, le circuit d'huile présente une circulation passant 10 d'abord dans l'onduleur, puis dans la machine électrique. En particulier, la pompe de circulation peut comporter un entraînement électrique. Avantageusement, la machine électrique présente une puissance inférieure à 30kW. 15 En particulier, la machine électrique peut présenter une puissance comprise entre 10 et 20kW. En complément, le circuit d'huile peut comporter un échangeur thermique vers l'air ambiant, ou vers un circuit de refroidissement d'un moteur thermique du véhicule. 20 L'invention a aussi pour objet un véhicule automobile hybride équipé d'un moteur thermique entraînant les roues motrices par une boîte de vitesses à double embrayage, faisant partie d'un système de boîte de vitesses comprenant l'une quelconque des caractéristiques précédentes. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et 25 avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après donnée à titre d'exemple et de manière non limitative, en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un schéma présentant un système de boîte de vitesses selon l'art antérieur, pour un véhicule hybride équipé d'une boîte de vitesses 30 automatique ; et 3059754 5 - la figure 2 est un schéma présentant un système de boîte de vitesses selon l'invention, pour un véhicule hybride équipé d'une boîte de vitesses à double embrayage. La figure 1 présente une boîte de vitesses automatique 4 prévue pour 5 recevoir la puissance du moteur thermique d'un véhicule hybride, comportant en entrée un convertisseur hydrodynamique de couple, et des trains planétaires commandés par des freins et des embrayages. La boîte de vitesses automatique 4 comporte une machine électrique 6 fixée sur cette boîte, alimentée par des batteries de traction du véhicule, qui 10 est reliée à un arbre de la boîte de vitesses afin de délivrer une puissance sur cet arbre en travaillant en moteur, ou de recevoir une puissance en travaillant en génératrice afin de recharger les batteries. Un circuit d'huile 12 de lubrification interne de la boîte de vitesses, comporte une pompe 10 entraînée par le moteur thermique, réalisant une 15 circulation d'huile passant d'abord par un échangeur thermique 14 afin d'être refroidie par l'eau du circuit de refroidissement haute température 16 du moteur thermique. Le circuit de refroidissement haute température 16 du moteur thermique comporte un radiateur d'échange avec l'air extérieur, et des ventilateurs qui 20 activent cet air si nécessaire, afin d'obtenir une capacité de refroidissement importante. Après l'échangeur thermique 14, le circuit d'huile 12 passe par la machine électrique 6, afin de refroidir cette machine avec l'huile présentant une température suffisamment basse. 25 La machine électrique 6 est alimentée par un onduleur 8 fixé aussi sur cette boîte, afin d'obtenir des raccordements électriques très courts. L'onduleur 8 produit à partir du courant continu des batteries, un courant alternatif avec une tension et une fréquence adaptée afin de commander ce moteur. 30 Un circuit d'eau de refroidissement basse température 18 comporte une boucle passant par l'échangeur thermique 14 du circuit haute température 16 305 9 754 6 du moteur thermique pour céder des calories, puis par l'électronique de puissance de l'onduleur 8 pour la refroidir. On notera que l'onduleur 8 développe une énergie thermique dépendant directement de la puissance délivrée par la machine électrique 6. 5 On obtient de cette manière une capacité de refroidissement importante à la fois de la machine électrique 6 et de l'onduleur 8, qui permet d'utiliser des machines électriques présentant des puissances élevées. En pratique on peut utiliser une machine électrique délivrant une puissance supérieure à 20 kW, et notamment supérieure à 30 kW. 10 La figure 2 présente une boîte de vitesses à double embrayage 20, comprenant deux embrayages entraînant des arbres d'entrée disposés suivant un même axe. La boîte de vitesses comporte un circuit d'huile 22 de lubrification interne, comprenant une pompe de circulation 10 destinée à la lubrification 15 des différents éléments en rotation, ainsi qu'à une diffusion de la chaleur sur les parois intérieures de l'ensemble des carters. L'évacuation des calories se fait ensuite par rayonnement et par convection des surfaces des carters vers l'air extérieur. En particulier la pompe de circulation 10 peut être à entraînement 20 mécanique, présentant une liaison avec un arbre de la boîte de vitesses pour assurer sa rotation En variante la pompe de circulation 10 peut être à entraînement électrique, comportant un moteur électrique permettant d'ajuster en permanence sa vitesse et son débit. On notera que la boîte de vitesses à double embrayage 20 génère une 25 faible quantité de calories grâce à sa technologie présentant un bon rendement. La boîte de vitesses à double embrayage 20 supporte l'onduleur 8 alimentant la machine électrique 6, qui est reliée à un arbre de cette boîte. Le circuit d'huile 22 passe d'abord par l'onduleur 8, puis par la machine 30 électrique 6, avant de revenir dans l'intérieur du carter de la boîte de vitesses 20 afin de lubrifier et de refroidir ses différents composants en rotation. 3059754 7 Avantageusement le circuit d'huile 22 comporte des conduits et des raccords reliant le plus directement possible le carter de la boîte de vitesses 20 aux boîtiers de l'onduleur 8 et de la machine électrique 6, de manière à limiter le nombre de raccords et la longueur des conduits afin d'optimiser 5 l'encombrement et la masse du système. Le circuit d'huile 22 peut comporter tout type d'équipement nécessaire pour une optimisation de son fonctionnement, notamment un filtre à huile pour purifier son huile, des capteurs de température, ou des vannes de by-pass permettant de limiter automatiquement la pression dans ce circuit. 10 Le passage en premier dans l'onduleur 8 a pour avantage de présenter dans cet onduleur un flux d'huile comprenant une température plus basse que dans la machine électrique 6, ce qui est préférable pour protéger l'électronique de puissance de l'onduleur. On peut de cette manière utiliser des machines électriques 6 existantes 15 comportant un circuit d'huile intérieur de refroidissement, prévues pour les boîtes de vitesses automatiques 4 présentées figure 1, qui sont produites en série de manière économique. On notera que d'une manière générale les véhicules hybrides utilisant des moteurs thermiques à essence sont moins sollicités pour porter ou 20 tracter des charges lourdes, ce qui est réservé plutôt aux véhicules utilitaires à moteur diesel. De plus ce type de véhicule n'est pas exploité dans les pays présentant des températures très élevées car les batteries de traction supportent mal ces températures, avec un risque d'explosion. Ces conditions d'utilisation font que la transmission étant relativement 25 moins sollicitée, elle génère aussi une énergie thermique limitée. La boîte de vitesses à double embrayage 20 de ces véhicules peut suffire à dissiper l'énergie thermique supplémentaire venant de l'onduleur 8 et de la machine électrique 6, pour une limite de puissance. Le système de boîte de vitesses selon l'invention convient 30 particulièrement pour des machines électriques présentant une puissance inférieure à 30kW, notamment comprise entre 10 et 20kW. En effet pour une 3059754 8 puissance inférieure à 10kW, un refroidissement de la machine électrique et de l'onduleur par air pulsé peut être suffisant. Cette gamme de puissance comprise entre 10 et 20kW convient particulièrement pour des véhicules présentant une hybridation légère, 5 appelée « Mild hybride » en terminologie anglaise, qui ne sont pas rechargeables sur le secteur. En complément si la dissipation naturelle par la boîte de vitesses à double embrayage 20 est insuffisante, on peut ajouter sur le circuit d'huile 22 un échangeur thermique dissipant les calories vers le circuit d'eau de 10 refroidissement du moteur thermique, ou directement vers l'air ambiant. REVENDICATIONS1. Système de boîte de vitesses pour véhicule automobile hybride, comprenant une boîte de vitesses (20), ainsi qu'un onduleur (8) et une machine électrique de traction (6) fixés sur cette boîte de vitesses, l'onduleur (8) alimentant la machine électrique de traction (6) qui est reliée à un arbre de la boîte de vitesses (20), caractérisé en ce que la boîte de vitesses (20) comporte un circuit d'huile (22) de lubrification interne comprenant une pompe de circulation (10), qui alimente en huile l'onduleur (8) et la machine électrique (6) pour les refroidir. 2 - Système de boîte de vitesses selon la revendication 1, caractérisé en ce que la boîte de vitesses (20) comporte des arbres parallèles, supportant des engrenages engagés par des manchons de synchronisation pour réaliser différents rapports de vitesse. 3 - Système de boîte de vitesses selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit d'huile (22) présente une circulation passant d'abord dans l'onduleur (8), puis dans la machine électrique (6). 4 - Système de boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pompe de circulation (10) comporte un entraînement électrique. 5 - Système de boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la machine électrique (6) présente une puissance inférieure à 30kW. 6 - Système de boîte de vitesses selon la revendication 5, caractérisé en ce que la machine électrique (6) présente une puissance comprise entre 10 et 20kW. 7 - Système de boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit d'huile (22) comporte un échangeur thermique vers l'air ambiant, ou vers un circuit de refroidissement d'un moteur thermique du véhicule. 3059754 10 8 - Véhicule automobile hybride équipé d'un moteur thermique entraînant les roues motrices par une boîte de vitesses à double embrayage (20), caractérisé en ce que cette boîte de vitesses (90) fait partie d'un système de boîte de vitesses selon l'une quelconque des revendications 5 précédentes.