Brevet FR3084622A1 — publié le 20200207

ARCHITECTURE DE TRACTION COMPORTANT DES MACHINES ELECTRIQUES BASSE TENSION INTEGREES DANS LES ROUES D'UN VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention porte sur une architecture de traction comportant des 5 machines électriques basse tension intégrées dans les roues d'un véhicule automobile. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse avec les véhicules électriques ou hybrides. De façon connue en soi, une architecture de traction pour véhicule automobile peut comporter un train portant des roues dans chacune 10 desquelles est intégrée une machine électrique tournante. Ces machines électriques sont aptes à fonctionner en mode moteur pour assurer une traction du véhicule et en mode générateur pour recharger une batterie du véhicule. Les machines électriques sont généralement des machines de forte puissance, de l'ordre de 50kW, connectées sur un réseau 15 électrique présentant une tension de fonctionnement de 300 Volts. Une telle architecture est toutefois coûteuse et présente l'inconvénient d'embarquer des batteries encombrantes occupant beaucoup d'espace sous le plancher du véhicule. Cela rend donc difficile l'intégration des autres fonctions du véhicule. En outre, malgré les formations techniques reçues par 20 les opérateurs pour réparer des pannes électriques du véhicule, il existe un risque sécuritaire d'électrocution compte tenu des tensions élevées utilisées pour alimenter les machines électriques. La présente invention vise à remédier efficacement à ces inconvénients en proposant une architecture de traction pour véhicule automobile comportant: 25 - un train ayant une première roue et une deuxième roue, - une première machine électrique tournante intégrée dans la première roue, et - une deuxième machine électrique tournante intégrée dans la deuxième roue, 2 caractérisée en ce que la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante présentent une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts. L'invention permet ainsi, grâce à l'utilisation des machines électriques basse s tension, d'embarquer des batteries plus compactes, ce qui libère de l'espace sous le plancher et facilite l'intégration d'autres fonctions du véhicule. L'invention permet en outre de réduire le coût de l'architecture de traction du fait de la taille réduite des machines électriques tournantes. L'invention permet en outre de supprimer le risque sécuritaire, dans la mesure où les 10 tensions mises en oeuvre ne sont pas dangereuses pour l'opérateur intervenant sur le véhicule automobile. Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante présentent une tension de fonctionnement de 48 Volts. 15 Selon une réalisation, ladite architecture de traction comporte un onduleur de puissance unique apte à contrôler la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante. Selon une réalisation, ladite architecture de traction comporte un premier onduleur de puissance associé à la première machine électrique tournante et 20 un deuxième onduleur de puissance associé à la deuxième machine électrique tournante. Selon une réalisation, le premier onduleur de puissance et le deuxième onduleur de puissance sont disposés à l'intérieur d'un même boîtier et partagent des composants communs. 25 Selon une réalisation, un superviseur est apte à repartir un couple appliqué par une des machines électriques tournantes entre les deux roues en cas de défaillance de l'autre machine électrique tournante. Selon une réalisation, le train portant des roues directrices du véhicule automobile, le superviseur est apte à adapter une vitesse de rotation et/ou un 30 couple appliqué sur la première roue et sur la deuxième roue en fonction d'un angle de rotation du véhicule automobile. 3 Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont couplées sur un différentiel mécanique apte à répartir le couple d'une des machines électriques tournantes sur les deux roues en cas de défaillance de l'autre machine s électrique tournante. Selon une réalisation, une machine électrique tournante comporte au moins un stator fixe interne et un rotor externe entourant le stator. Selon une réalisation, le stator est solidaire d'un dispositif d'attache sur un axe d'une roue. 10 Selon une réalisation, le rotor est solidaire en rotation de la roue. Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont de type à flux radial. Selon une réalisation, la première machine électrique tournante et la deuxième machine électrique tournante sont de type à flux axial. 15 L'invention a également pour objet un véhicule automobile caractérisé en ce qu'il comporte une architecture de traction telle que précédemment définie. 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. 20 La figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation de l'architecture de traction pour véhicule automobile selon la présente invention; La figure 2 est une représentation schématique d'un deuxième mode de réalisation de l'architecture de traction pour véhicule automobile selon la 25 présente invention; La figure 3 est une représentation schématique d'une variante du mode de réalisation de la figure 2; 4 La figure 4 est une représentation schématique illustrant l'intégration d'une machine électrique tournante dans une roue d'une architecture de traction selon l'invention. Les éléments identiques, similaires, ou analogues, conservent la même référence d'une figure à l'autre. La figure 1 montre une architecture de traction 10 pour véhicule automobile comportant un train 11 ayant une première roue 12.1 et une deuxième roue 12.2. Une première machine électrique tournante 13.1 est intégrée dans la première roue 12.1. Une deuxième machine électrique tournante 13.2 est 10 intégrée dans la deuxième roue 12.2. Les machines électriques 13.1, 13.2 pourront être disposées au moins en partie à l'intérieur d'un volume interne d'un moyeu de la roue 12.1, 12.2 correspondante, notamment en porte-à-faux par rapport à la roue 12.1, 12.2 correspondante. Alternativement, les machines électriques 13.1 et 13.2 sont 15 liées respectivement à la première roue 12.1 et à la deuxième roue 12.2 par un arbre de transmission correspondant. Le train 11 motorisé pourra être le train avant ou le train arrière du véhicule. Il est toutefois préférable d'utiliser deux trains motorisés, soit quatre machines électriques au total, dans la mesure où en cas de défaillance sévère d'une 20 machine condamnant un des trains, l'autre train pourra rester fonctionnel. En outre, cela confère un fonctionnement à quatre roues motrices du véhicule automobile. Dans une application hybride, le véhicule pourra comporter également un moteur thermique. Les machines électriques 13.1, 13.2 sont avantageusement de type 25 réversible, c'est-à-dire qu'elles sont aptes à fonctionner dans un mode moteur pour appliquer un couple moteur aux roues 12.1, 12.2 à partir de l'énergie électrique de la batterie, et dans un mode générateur pour recharger une batterie 15 à partir d'une puissance mécanique prélevée aux roues 12.1, 12.2. 30 Les machines électriques 13.1, 13.2 présentent une tension de fonctionnement inférieure à 60 Volts, et valant de préférence 48 Volts. Typiquement, le couple fourni par une machine électrique 13.1, 13.2 est compris entre 300 et 500Nm. Une machine électrique 13.1, 13.2 présente par exemple une puissance comprise entre 15kW et 30kW. Un onduleur de puissance 17 est relié électriquement à la batterie 15. Cet s onduleur de puissance 17 unique est apte à contrôler la première machine électrique tournante 13.1 et la deuxième machine électrique tournante 13.2. Dans le mode de réalisation de la figure 2, un premier onduleur de puissance 17.1 est associé à la première machine électrique 13.1 et un deuxième onduleur de puissance 17.2 est associé à la deuxième machine électrique 13.2. Les onduleurs 17.1, 17.2 pourront être disposés à l'intérieur d'un même boîtier et partager des composants communs, tels qu'un dissipateur thermique, des composants de filtrage, ou des connecteurs. Il sera possible également d'utiliser un onduleur standard prévu pour une machine à six 15 phases et d'utiliser trois phases avec chacune des machines triphasées. Un superviseur 18 est apte à repartir un couple appliqué par une des machines électriques 13.1, 13.2 entre les deux roues 12.1, 12.2 en cas de défaillance de l'autre machine électrique 13.1, 13.2. Dans le cas où le train 11 porte des roues 12.1, 12.2 directrices du véhicule, 20 le superviseur 18 est apte à adapter une vitesse de rotation et/ou un couple appliqué sur la première roue 12.1 et sur la deuxième roue 12.2 en fonction d'un angle de rotation du véhicule automobile. On assure ainsi une fonction de différentiel lorsque le véhicule tourne. L'angle de rotation du véhicule pourra être fourni par un capteur d'angle rotation du volant et/ou un capteur 25 20 implanté au niveau des roues 12.1, 12.2, tel que cela est montré sur la figure 3. En variante ou en complément, la première machine électrique 13.1 et la deuxième machine électrique 13.2 sont couplées à un différentiel mécanique apte à répartir le couple d'une des machines électriques 13.1, 13.2 30 tournantes sur les deux roues 12.1, 12.2 en cas de défaillance de l'autre machine électrique tournante. 6 Comme on peut le voir sur la figure 4, une machine électrique 13.1, 13.2 pourra comporter un stator 22 fixe interne et un rotor 23 externe entourant le stator 22 avec présence d'un entrefer entre la périphérie interne du rotor 23 et la périphérie externe du stator 22. Le stator 22 est solidaire d'un dispositif s d'attache 24 sur un axe de roue 27, tandis que le rotor 23 est solidaire en rotation de la roue 12.1, 12.2. La machine électrique 13.1, 13.2 est par exemple de type synchrone avec un rotor 23 muni d'aimants permanents 25 formant des pôles interagissant avec des bobines 26 du stator 22 représentées en partie sur la figure. En variante, la machine électrique 13.1, 13.2 est de type asynchrone ou à courant continu. La machine électrique 13.1, 13.2 pourra être du type à flux radial, comme représenté. En variante, la machine électrique 13.1, 13.2 est du type à flux axial. Une machine 13.1, 13.2 de ce type pourra comporter un ou deux rotors et un ou deux stators. 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 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. 5 1. 10 2. 15 3. 20 4. 5. 6. 7