Brevet FR3058588A1 — publié le 20180511

MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE INTÉGRANT UN CARTER DE RÉDUCTEUR DE VITESSE La présente invention porte sur une machine électrique tournante intégrant un carter de réducteur de vitesse. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse, mais non exclusive, avec les machines électriques réversibles de forte puissance pouvant fonctionner en mode alternateur et en mode moteur accouplées avec un élément tel qu'un réducteur de boîte de vitesses. De façon connue en soi, les machines électriques tournantes comportent un stator et un rotor solidaire d'un arbre. 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. 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. 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 alors apte à fonctionner dans un mode alternateur pour fournir 3058588 2 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. 5 Suivant une configuration de montage classique, un palier de la machine électrique est fixé sur un carter du réducteur au moyen d'un système de vissage après centrage mécanique des différents éléments. Toutefois, ce mode d'assemblage implique des contraintes mécaniques sévères. La présente invention vise à remédier efficacement à cet inconvénient en 10 proposant une machine électrique tournante, notamment pour véhicule automobile, comportant: - un stator, - un rotor monté sur un arbre, - un palier avant et un palier arrière agencés chacun pour supporter un 15 roulement, chaque roulement portant à rotation l'arbre de la machine électrique tournante, - une première chambre de refroidissement agencée pour permettre la circulation d'un liquide de refroidissement pour assurer un refroidissement du stator, 20 caractérisée en ce que - la première chambre de refroidissement est délimitée par une face interne d'un des paliers et une face externe de l'autre palier, - et en ce que l'un des paliers se prolonge par un carter d'un réducteur de vitesse, ledit carter du réducteur de vitesse comportant au moins un 25 logement agencé pour recevoir au moins un pignon du réducteur de vitesse destiné à engrener avec un pignon correspondant de l'arbre de la machine électrique tournante. L'invention permet ainsi, en intégrant la fonction de carter du réducteur de boîte de vitesses à un des paliers de la machine électrique, de faciliter le 30 montage de l'ensemble sur la boîte de vitesses et de réduire les contraintes mécaniques sur l'ensemble. Selon une réalisation, le carter du réducteur de vitesse comporte des moyens de fixation agencés pour permettre la fixation de la machine 3058588 3 électrique tournante avec un deuxième carter correspondant du réducteur de vitesse. Selon une réalisation, le logement recevant le pignon est décalé axialement par rapport à une ouverture réalisée dans le palier pour le passage de 5 l'arbre. Selon une réalisation, le stator est monté fretté dans l'un des paliers. Selon une réalisation, le palier avant porte le carter du réducteur de vitesse. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un module électrique de commande de la machine électrique tournante. 10 Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte un dissipateur thermique associé au module électrique de commande. Selon une réalisation, le dissipateur thermique est fixé sur le palier arrière. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte une deuxième chambre de refroidissement agencée pour permettre la circulation 15 d'un liquide de refroidissement pour le refroidissement du dissipateur thermique. Selon une réalisation, la deuxième chambre de refroidissement est réalisée à l'intérieur du dissipateur thermique. Selon une réalisation, la deuxième chambre de refroidissement est délimitée 20 par une face d'extrémité axiale du dissipateur thermique et une face en regard du palier arrière. Selon une réalisation, ladite machine électrique tournante comporte des joints positionnés entre les deux paliers pour assurer l'étanchéité de la première chambre de refroidissement. 25 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. 305 85 88 4 La figure 1 est une vue en perspective d'une machine électrique tournante selon la présente invention et du réducteur de vitesse associé; La figure 2 est une vue en coupe longitudinale de la machine électrique tournante selon l'invention sans la partie avant du palier avant; 5 La figure 3 est une vue en perspective montrant le stator et l'interconnecteur de la machine électrique tournante selon l'invention; La figure 4 est une vue en perspective de la partie arrière de la machine électrique tournante selon la présente invention; La figure 5 est une vue en coupe longitudinale de la partie arrière de la 10 machine électrique tournante selon la présente invention; Les figures 6a et 6b sont des vues en perspective de l'avant et de l'arrière du palier avant de la machine électrique tournante selon la présente invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. Dans la suite de la description, on considère 15 une orientation d'avant en arrière, une orientation allant de gauche à droite sur la figure 2. Ainsi, on entend par un élément "avant", un élément situé du côté du roulement avant 77 et par élément "arrière" un élément situé du côté opposé, c'est-à-dire du côté du module électrique de commande 40. Les figures 1 et 2 montrent une machine électrique tournante 10 comportant 20 un stator 11 polyphasé entourant un rotor 12 monté sur un arbre 13 d'axe X correspondant à l'axe de la machine électrique. Le stator 11 entoure le rotor 12 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du stator 11 et la périphérie externe du rotor 12. Le stator 11 est monté dans un carter muni d'un palier avant 16 et d'un palier arrière 17. 25 Cette machine électrique 10 est destinée à être accouplée à un réducteur de vitesse 99 situé en amont de la de boîte de vitesses. La machine 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 du véhicule, mais 30 également pour participer à la traction du véhicule seule ou en combinaison 3058588 5 avec le moteur thermique. La puissance de la machine pourra par exemple être comprise entre 15kW et 50kW. Plus précisément, le rotor 12 comporte un corps 22 sous la forme d'un paquet de tôles. Des aimants permanents 23 sont implantés dans des 5 cavités du corps 22. Les aimants 23 pourront être en terre rare ou en ferrite selon les applications et la puissance recherchée de la machine. En outre, le rotor 12 comporte deux flasques 26 plaqués chacun contre une face d'extrémité axiale du rotor 12. Ces flasques 26 assurent une retenue axiale des aimants 23 et servent également à équilibrer le rotor 12. 10 Par ailleurs, le stator 11 comporte un corps 27 constitué par un paquet de tôles ainsi qu'un bobinage 28. Le corps 27 est formé par un empilement de feuilles de tôles maintenues sous forme de paquet au moyen d'un système de fixation adapté. Le corps de stator 27 montré sur la figure 3 est muni de dents 30 s'étendant 15 depuis une périphérie interne d'une culasse annulaire 31 et délimitant deux à deux des encoches 32 pour le montage du bobinage 28 du stator 11. Ainsi, deux encoches 32 successives sont séparées par une dent 30. Les encoches 32 débouchent axialement dans les faces d'extrémité axiale et radialement vers l'intérieur du corps de stator 27. 20 Le bobinage 28 comporte un ensemble d'enroulements de phase 33 traversant les encoches 32 et formant des chignons 36 s'étendant en saillie de part et d'autre du corps de stator 27. Les enroulements de phase 33 sont obtenus ici à partir d'éléments conducteurs en forme d'épingles reliés entre eux par exemple par soudage. Ces enroulements 33 sont par exemple des 25 enroulements doubles triphasés connectés en étoile. A cette fin, une extrémité des enroulements de phase 33 est reliée au point neutre au moyen de barres de neutre 38 assurant une liaison entre les points neutre des différents enroulements de phase 33. Les autres extrémités 37 de ces enroulements 33, dites sorties de phase, sont destinées à être reliées à 30 un module électrique de commande 40 via un interconnecteur 41. 3058588 6 Comme on peut le voir sur la figure 5, le module électrique de commande 40 comporte un dissipateur thermique 44 sur lequel sont fixés notamment des modules de puissance 45, par exemple par vissage. Ces modules de puissance 45 intègrent de façon connue en soi des interrupteurs, prenant par 5 exemple la forme de transistors de type MOS, permettant d'assurer une commande de la machine électrique tournante 10 en mode moteur ou en mode alternateur. Le module électrique de commande 40 est monté plaqué, via le dissipateur thermique 44, contre la face arrière de la paroi transversale 46 du palier arrière 17. 10 A cet effet, comme montré sur la figure 3, l'interconnecteur 41, ici de forme globalement annulaire, comporte des bornes 48 destinées à être reliées aux sorties de phase 37 et des terminaux de connexion 49 destinés à être connectés électriquement à des pattes 50 des modules de puissance 45. L'interconnecteur 41 permet ainsi d'établir une correspondance entre les 15 sorties de phase 37 et les pattes 50 des modules de puissance 45 qui sont décalées angulairement par rapport aux sorties de phase 37. A cet effet, les bornes 48 sont reliées électriquement aux terminaux de connexion 49 via des traces 52 (cf. figure 5) sur lesquelles est surmoulé un corps 53 réalisé dans un matériau isolant, tel que du plastique. Les parties 20 surmoulées 54 desquelles sont issues les terminaux de connexion 49 s'étendent en saillie axiale par rapport la portion annulaire de l'interconnecteur 41. L'interconnecteur 41 est fixé à la face avant de la paroi transversale 46 du palier arrière 17 au moyen d'inserts 57 destinés à recevoir des organes de 25 fixation correspondants, par exemple des vis. L'interconnecteur 41 est ainsi positionné à distance du corps de stator 11, ce qui limite grandement son échauffement. Par ailleurs, afin de permettre le positionnement des terminaux 49 de l'interconnecteur 41 en face des pattes 50 des modules de puissance 45, le 30 palier arrière 17 comporte des ouvertures 61 ménagées dans sa paroi transversale 46 pour le passage des terminaux de connexion 49, tel que cela est montré sur la figure 5. Ces ouvertures 61 sont positionnées en regard 3058588 7 d'ouvertures 63 correspondantes ménagées dans le dissipateur thermique 44 du module électrique de commande 40. Comme on peut le voir sur la figure 1, l'arbre de sortie du réducteur de vitesse 99 pourra comporter une extrémité cannelée 73 destinée à venir en 5 prise avec une périphérie interne cannelée de forme correspondante d'un manchon situé dans la boîte de vitesses. Cela permet ainsi de lier en rotation l'arbre 13 avec le manchon muni de dents en périphérie externe coopérant avec les dents d'un pignon de la boîte de vitesses. Afin d'assurer un montage à rotation de l'arbre 13 par rapport au palier avant 10 16, un roulement 77 est intercalé radialement entre l'arbre 13 de la machine électrique 10 et le palier avant 16. Le roulement 77 pourra être par exemple un roulement à billes ou à aiguilles. Par ailleurs, comme cela est illustré par la figure 2, le roulement arrière 103 est monté dans un logement 104 correspondant du palier arrière 17. 15 Avantageusement, la machine électrique 10 est refroidie au moyen d'un circuit de refroidissement 109 permettant l'écoulement d'un liquide de refroidissement, tel qu'un liquide à base d'eau ou d'huile, à l'intérieur de la machine. Comme on peut le voir sur la figure 5, ce circuit 109 comporte une entrée 111 ménagée dans le dissipateur thermique 44 et débouchant dans 20 une chambre de refroidissement 112 pour la circulation d'un liquide de refroidissement pour le refroidissement du dissipateur thermique 44 afin d'évacuer les calories générées par le module électrique de commande 40. La chambre 112 pourra être intégrée dans le dissipateur thermique 44, c'est-à-dire que la chambre 112 pourra être réalisée lors du moulage ou de 25 l'usinage du dissipateur thermique 44 pour définir un volume creux à l'intérieur du dissipateur thermique 44. La chambre 112 est ainsi délimitée par des faces internes du dissipateur 44. En variante, la chambre de refroidissement 112 est délimitée par une face d'extrémité axiale du dissipateur thermique 44 et une face en regard du 30 palier arrière 17. Une des deux pièces pourra comporter une creusure pour délimiter le volume interne de la chambre 112. L'étanchéité de la chambre 112 est alors assurer par un joint. 3058588 8 Une fois que le liquide de refroidissement a circulé dans la chambre 112 du dissipateur thermique 44, le liquide s'écoule vers une chambre 114 délimitée par les paliers avant 16 et arrière 17. A cet effet, le canal 115 débouche d'une part dans la chambre 112 du dissipateur 44 et d'autre part dans la 5 chambre 114 définie par les paliers avant 16 et arrière 17. Plus précisément, comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, la chambre de refroidissement 114 est délimitée par la périphérie externe de la paroi latérale 125 du palier avant 16 et la périphérie interne de la paroi latérale 117 du palier arrière 17. Cette chambre de refroidissement 114 est fermée à ses 10 extrémités axiales par deux joints 128 de type torique. Le stator 11 est monté fretté à l'intérieur du palier avant 16 de manière à établir un contact intime entre la périphérie externe du corps de stator 11 et la périphérie interne de la paroi latérale du palier avant 16. Le canal 115 est réalisé dans la paroi latérale 117 du palier arrière 17, c'est- 15 à-dire que les parois délimitant le canal 115 sont monobloc avec la paroi latérale 117 du palier arrière 17. Le canal 115 pourra par exemple être obtenu par moulage ou par usinage de la paroi latérale 117 du palier arrière 17. Après avoir circulé dans la chambre 114 qui s'étend autour du stator 11 pour 20 assurer son refroidissement sur environ 360 degrés, le liquide est évacué via une sortie de liquide 121 visible sur la figure 1. Plus précisément, comme cela est illustré par les figures 6a et 6b, le palier avant 16 comporte la paroi latérale 125 de forme cylindrique ouverte du côté de son extrémité avant et munie d'un fond 101 du côté de son extrémité 25 avant. Ce fond 101 présente une ouverture centrale 102 pour le passage de l'arbre 13 de la machine électrique. Le fond 101 du palier avant 16 se prolonge par un carter 107 du réducteur de vitesse 99. Le carter 107 du réducteur de vitesse 99 est ainsi monobloc avec le palier 16 avant. La pièce correspondante pourra être obtenue par exemple 30 par moulage ou usinage. 3058588 9 Ce carter 107 comporte une paroi 108 réalisée en surépaisseur par rapport au fond 101 et un logement 110 agencé pour recevoir un pignon du réducteur de vitesse 99 destiné à engrener avec un pignon correspondant lié en rotation avec l'arbre 13 de la machine électrique. Le pignon lié en rotation 5 avec l'arbre 13 est reçu dans un deuxième logement 113 coaxial avec l'ouverture 102. Ce pignon pourra être constitué par un tronçon cannelé de l'arbre 13 ou un pignon rapporté monté solidaire en rotation sur l'arbre 13. Le pignon du réducteur de vitesse 99 pourra être monté sur un arbre 116 comportant l'extrémité cannelée 73 destinée à engrener avec un manchon 10 denté de la boîte de vitesses, tel que montré sur la figure 1. Le logement 110 est décalé axialement par rapport à l'ouverture 102 réalisée dans le palier avant 16 pour le passage de l'arbre 13. Autrement dit, l'axe du logement 110 est décalé par rapport à l'axe X de l'arbre 13. Le décalage est tel qu'une portion de la paroi transversale 108 du carter 107 dépasse 15 radialement par rapport au fond 101 du palier 16 avant, comme on peut le voir sur la figure 6b. Les logements 110, 113 pourront présenter une périphérie interne de diamètre étagé. Les logements 110, 113 présentent ainsi des épaulements 118 pour le calage des pignons reçus. 20 Le carter 107 comporte des moyens de fixation 119 agencés pour permettre la fixation de la machine 10 avec un deuxième carter 122 correspondant du réducteur de vitesse 99, tel que cela est montré sur la figure 1. Le deuxième carter 122 permet ainsi de fermer le volume ouvert du carter 107 délimitant les logements 110, 113. Ces moyens de fixation 119 sont constitués par des 25 oreilles saillantes trouées issues d'une périphérie externe de la paroi 108 du carter 107. Ces oreilles 119 autorisent le passage d'organes de fixation 124, tels que des vis, traversant des oreilles trouées correspondantes du deuxième carter 122. Le deuxième carter 122 comporte également des oreilles trouées saillantes 30 126 munies d'ouvertures pour le passage d'organes de fixation 127, tels que des vis, permettant la fixation du deuxième carter 122 avec un élément de la boîte de vitesses. 3058588 10 Des nervures 129 pourront être prévues autour de la paroi 108 du carter 107 afin de rigidifier l'ensemble, comme cela est visible sur la figure 6a. 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 5 en remplaçant les différents éléments par tous autres équivalents. L'invention pourra être mise en oeuvre avec un carter simple de machine électrique tournante muni uniquement d'un support de roulement et ne formant pas une partie d'une chambre de refroidissement. En outre, les différentes caractéristiques, variantes, et/ou formes de 10 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. REVENDICATIONS1. Machine électrique tournante (10), notamment pour véhicule automobile, comportant: - un stator (11), - un rotor (12) monté sur un arbre (13), - un palier avant (16) et un palier arrière (17) agencés chacun pour supporter un roulement (77, 103), chaque roulement (77, 103) portant à rotation l'arbre (13) de la machine électrique tournante (10), - une première chambre de refroidissement (114) agencée pour permettre la io circulation d'un liquide de refroidissement pour assurer un refroidissement du stator (11), caractérisée en ce que - la première chambre de refroidissement (114) est délimitée par une face interne d'un des paliers (17) et une face externe de l'autre palier (16), 15 - et en ce que l'un des paliers (16) se prolonge par un carter (107) d'un réducteur de vitesse (99), ledit carter (107) du réducteur de vitesse (99) comportant au moins un logement (110) agencé pour recevoir au moins un pignon du réducteur de vitesse (99) destiné à engrener avec un pignon correspondant de l'arbre (13) de la machine électrique tournante (10). 20 2. Machine électrique tournante selon la revendication 1, caractérisée en ce que le carter (107) du réducteur de vitesse (99) comporte des moyens de fixation (119) agencés pour permettre la fixation de la machine électrique tournante avec un deuxième carter (122) correspondant du réducteur de vitesse (99). 25 3. Machine électrique tournante selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le logement (110) recevant le pignon est décalé axialement par rapport à une ouverture (102) réalisée dans le palier (16) pour le passage de l'arbre (13). 4. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 30 à 3, caractérisée en ce que le stator (11) est monté fretté dans l'un des paliers (16). 3058588 12 5. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que le palier avant (16) porte le carter (107) du réducteur de vitesse (99). 6. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 5 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte un module électrique de commande (40) de la machine électrique tournante (10). 7. Machine électrique tournante selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un dissipateur thermique (44) associé au module électrique de commande (40). 8. Machine électrique tournante selon la revendication 7, caractérisée en ce que le dissipateur thermique (44) est fixé sur le palier arrière (17). 9. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte une deuxième chambre de refroidissement (112) agencée pour permettre la circulation d'un liquide de refroidissement pour le refroidissement du dissipateur thermique (44). 10. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la deuxième chambre de refroidissement (112) est réalisée à l'intérieur du dissipateur thermique (44). 11. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 20 7 à 9, caractérisée en ce que la deuxième chambre de refroidissement (112) est délimitée par une face d'extrémité axiale du dissipateur thermique (44) et une face en regard du palier arrière (17). 12. Machine électrique tournante selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisée en ce qu'elle comporte des joints (128) positionnés entre 25 les deux paliers (16, 17) pour assurer l'étanchéité de la première chambre de refroidissement (114).