Brevet FR3080963A1 — publié le 20191108

- 1 - « Boîtier de moteur électrique de traction, moteur et véhicule électrique ainsi équipé, et procédé de fabrication et d'adaptation » La présente invention concerne la réalisation d'un moteur électrique, en particulier un moteur électrique de puissance et par exemple pour l'entraînement d'une chaîne de traction dans un véhicule à propulsion électrique. - Elle propose un procédé de fabrication d'un moteur électrique de puissance, tel qu'un moteur de traction à refroidissement liquide pour véhicule électrique. L'invention concerne en outre un boîtier moteur comprenant ce carter, ainsi qu'un moteur électrique assemblé l'utilisant. Etat de la technique La conception des moteurs électriques de puissance, par exemple pour la motorisation d'un véhicule, est soumise à de nombreuses contraintes. Pour une technologie donnée, la conception et la fabrication doivent faire cohabiter des paramètres contradictoires entre eux : la recherche d'une plus grande puissance tend à augmenter l'encombrement et le poids, ainsi que la production de chaleur, alors que la recherche de compacité rend plus difficile l'évacuation de cette chaleur. Le document KR100446791 décrit par exemple un moteur électrique à refroidissement liquide. Il est de forme cylindrique, muni d'une chambre de refroidissement ménagée dans l'épaisseur de la paroi périphérique qui entoure l'ensemble rotor-stator. Cette paroi forme un tube ouvert aux deux extrémités, qui est refermé par deux flasques d'extrémités. L'une des flasques vient étancher la chambre de refroidissement, tandis que l'autre flasque est traversée par l'arbre moteur et par les conduits d'entrée et sortie menant à la chambre de refroidissement. Un but de l'invention est de pallier en tout ou partie les inconvénients de l'art antérieur. En particulier, il est recherché de permettre une bonne compacité combinée à une bonne évacuation de chaleur, tout en optimisant les processus d'industrialisation et de fabrication, par exemple en matière de coûts, simplicité, rapidité et souplesse de mise en oeuvre. I -2 - Exposé de l'invention L'invention propose un procédé de fabrication d'un moteur électrique, notamment d'un moteur de traction pour véhicule, par exemple routier, 5 comprenant un arbre moteur entouré et entraîné par au moins un ensemble stator-rotor définissant un axe longitudinal. Un tel moteur comprend un boîtier incluant : - d'une part un carter dit principal, qui entoure ledit ensemble stator-rotor par exemple sur toute sa longueur, et 10 - d'autre part au moins un capot formant une flasque rapportée qui referme une extrémité dudit carter principal. Selon l'invention, ce procédé comprend les étapes suivantes : - réalisation, d'un carter principal d'un premier type d'une première longueur, selon une direction longitudinale à l'axe de rotation de l'arbre 15 moteur, présentant une face d'extrémité selon une première section prise transversalement à l'axe longitudinal. Celle-ci est d'une forme agencée pour recevoir avec un capot d'un type déterminé pour réaliser un moteur d'un premier type en recevant un ensemble rotor-stator d'un premier type ; 20 - découpe dudit carter principal, typiquement par tronçonnage ou par usinage par enlèvement de matière, pour obtenir un carter principal d'un deuxième type, en réduisant sa longueur initiale à une deuxième longueur, à laquelle ledit carter présente une deuxième section, laquelle devient ainsi une face d'extrémité d'un carter d'un deuxième type. Ce 25 carter du premier type est agencé pour que cette deuxième section donne à sa face d'extrémité une forme qui est fonctionnellement compatible avec le même capot pour réaliser un moteur d'un deuxième type, typiquement en utilisant un ensemble rotor-stator d'un deuxième type. 30 De préférence, un tel procédé de fabrication l'invention intervient dans le cadre d'un processus de fabrication alternée ou à la demande d'une pluralité de modèles de moteurs, et comprend alors les étapes de : - réalisation d'un carter principal de la première longueur ; I - 3 - - sélection d'un type de moteur à réaliser, parmi le premier et le deuxième type de moteur, et - dans le cas d'un deuxième type de moteur : o découpe de ce carter principal à la deuxième longueur, 5 o assemblage carter principal ainsi réduit avec au moins un ensemble rotor-stator d'un deuxième type choisis pour réaliser un moteur dudit deuxième type, par exemple d'une puissance inférieure, et d'un encombrement moindre ; et o assemblage du boîtier de moteur par fixation du capot 10 d'extrémité. Typiquement, le carter est réalisé en alliage léger à base d'aluminium. Selon une particularité, l'étape de réalisation du carter principal à la première longueur comprend un procédé de moulage, en particulier à 15 modèle perdu. Selon une autre particularité, l'ensemble rotor-stator du deuxième type présente des dimensions radiales extérieures identiques à celles de l'ensemble rotor-stator du premier type. L'invention permet ainsi de mieux exploiter les investissements 20 réalisés pour la production d'un modèle déterminé d'un tel carter, tout en produisant d'autres modèles de carter de longueurs différentes sans investissement supplémentaire ou à moindre coût. Par exemple, en réduisant la diversité des noyaux de moulage, ce qui permet de réduire les investissements et ainsi le coût par pièce. 25 Elle permet ainsi d'avoir un seul outillage de réalisation des modèles perdus pour obtenir le carter principal de plusieurs variantes de moteur électrique de puissances et/ou encombrements différents. L'invention propose en outre un procédé d'assemblage d'un véhicule ou d'un sous-ensemble de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un 30 assemblage d'une chaîne de traction électrique incluant une fabrication d'un moteur électrique de traction par un procédé tel qu'exposé ici. Selon un autre aspect, l'invention propose un boîtier de moteur électrique, notamment pour un moteur électrique de traction au sein d'un I - 4 - véhicule, par exemple routier. Ce moteur est d'un type comprenant un arbre moteur entouré et entraîné par au moins un ensemble stator-rotor, ledit boîtier incluant d'une part un carter dit principal et d'autre part au moins un capot de fermeture. Selon l'invention : 5 - d'une part un carter dit principal comprend une paroi périphérique, de préférence cylindrique, et par exemple de révolution sur tout ou partie de sa périphérie, qui entoure ledit ensemble stator-rotor par exemple sur toute sa longueur, selon une direction longitudinale à l'axe de rotation de l'arbre moteur. En outre : 10 o ce carter est fermé, partiellement voire totalement, à une extrémité dite fermée par une partie formant une flasque intégrée qui est solidaire avec la paroi périphérique, typiquement venue de matière avec elle, et o ce carter présente une première longueur à laquelle il se termine, 15 à une extrémité dite ouverte située du côté opposé à la flasque intégrée, par une première section d'une forme déterminée (prise transversalement à l'axe longitudinal) ; et - d'autre part au moins un capot formant une flasque rapportée qui est agencée pour refermer l'extrémité ouverte dudit carter principal pour 20 former un boîtier d'un premier type, agencé pour réaliser un moteur d'un premier type. En outre, le carter principal présente, à une deuxième longueur(plus courte que la première longueur), un profil qui peut être découpé transversalement à un axe longitudinal de l'arbre moteur pour former une 25 deuxième section d'une forme fonctionnellement compatible avec le même capot, pour former un boîtier d'un deuxième type, agencé pour réaliser un moteur d'un deuxième type. Cette deuxième section forme de préférence une face plane, voire en plusieurs parties planes décalées selon l'axe longitudinal et parallèles entre elles. 30 Typiquement, le flasque intégré est traversé par une sortie de l'arbre moteur, et porte par exemple un palier de support de cet arbre. De préférence, le carter principal est réalisé d'une seule pièce sur toute sa longueur, c'est à dire sur l'intégralité de la première longueur. I - 5 - Selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, la paroi périphérique du carter principal présente dans son épaisseur, en tout ou partie de sa périphérie, un volume libre agencé pour recevoir un liquide de refroidissement, dit volume de refroidissement. Un tel volume peut ainsi 5 former un échangeur de chaleur au sein d'un circuit de refroidissement du moteur électrique, agencé par exemple d'une façon connue. Selon une particularité de ce mode de réalisation, le carter principal est agencé pour que la deuxième section présente une forme différente de la première section, tout en étant fonctionnellement compatible avec le 10 même capot au sein du deuxième type de moteur. Plus particulièrement, le boîtier présente les caractéristiques suivantes : du côté de l'extrémité ouverte du carter principal le volume de refroidissement dans l'épaisseur de la paroi périphérique s'interrompt avant 15 l'extrémité ouverte du carter, de façon à ne pas déboucher longitudinalement au sein de la première section. Pour sa part, la deuxième section est située en une position longitudinale qui intersecte le volume de refroidissement ; une découpe du carter formant ainsi un carter réduit dans lequel le 20 volume de refroidissement débouche longitudinalement au travers de la deuxième section par une ouverture d'extrémité (typiquement une ouverture annulaire, angulairement totale ou partielle) ; et le capot présente une forme d'étanchéité agencée pour refermer ladite ouverture d'extrémité lors de l'assemblage dudit capot, en venant 25 coopérer avec son pourtour par approche longitudinale, par exemple directement, ou indirectement par l'intermédiaire d'un joint. Ainsi, le capot assure l'étanchéité avec la chambre de refroidissement dans l'utilisation du capot réduit, tandis que le capot initial ne nécessite pas d'étanchéité de la part du capot. Typiquement, cette forme d'étanchéité du 30 capot vient en appui contre la tranche de la paroi périphérique lorsque ce capot est utilisé avec un carter resté à la première longueur. Selon une autre particularité de l'invention, pouvant être combinée ou non avec les précédentes, la paroi périphérique du carter principal présente dans son épaisseur, en tout ou partie de sa périphérie, un volume libre, dit - 6 - volume d'isolation, agencé autour du volume de refroidissement. Ce volume d'isolation est par exemple intégré à un circuit de refroidissement par air. On obtient ainsi une surface extérieure de la paroi périphérique qui reste d'une température plus basse que la partie en contact avec le liquide de 5 refroidissement. L'invention propose en outre un moteur électrique comprenant au moins un ensemble rotor-stator, qui est enfermé dans un boîtier tel qu'exposé ici ; ainsi qu'un véhicule électrique comprenant un tel moteur électrique, en particulier en tant que moteur de propulsion. 10 Des modes de réalisation variés de l'invention sont prévus, intégrant selon l'ensemble de leurs combinaisons possibles les différentes caractéristiques optionnelles exposées ici. Liste des figures 15 D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée d'un mode de mise en oeuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : la FIGURE 1 est une vue en coupe à l'échelle qui illustre le carter principal d'un boîtier selon un exemple de mode de réalisation de 20 l'invention, sans découpe ou avant l'étape de découpe ; - la FIGURE 2 est une vue en coupe à l'échelle qui illustre le carter principal de la FIGURE 1, après l'étape de découpe ; - la FIGURE 3 est une vue en coupe à l'échelle qui illustre le capot de fermeture compatible avec les carters des FIGURE 1 et FIGURE 2 ; 25 - la FIGURE 4 est une vue en coupe à l'échelle qui illustre un moteur réalisé à l'aide du carter de la FIGURE 1 et du capot de la FIGURE 3 ; et la FIGURE 5 est une vue en coupe à l'échelle qui illustre un moteur réalisé à l'aide du carter réduit de la FIGURE 2 et du capot de la 30 FIGURE 3. I - 7 - Description d'un exemple de mode de réalisation La FIGURE 1 illustre le carter principal la d'un boîtier selon un exemple de mode de réalisation de l'invention, dans sa version non découpée dite version "initiale". 5 Ce carter la présente une forme de tube, ici cylindrique et par exemple de révolution, formé par une paroi périphérique lla autour d'un axe longitudinal Al. A son extrémité dite fermée, ici à gauche, ce tube se termine par une paroi transversale formant une flasque intégrée 12, qui est venue de matière avec la paroi périphérique 11a. Dans cet exemple, la 10 flasque intégrée 12 présent une ouverture 120 qui reçoit un palier de support de l'arbre moteur. Dans son épaisseur, la paroi périphérique lla forme une paroi intérieure 111 entourée par une paroi intermédiaire 112, lesquelles délimitent entre elle un espace vide 19a, agencé pour recevoir une 15 circulation d'un fluide de refroidissement et réalisant ainsi une chambre ou volume de refroidissement. Cette chambre de refroidissement permet d'assurer une évacuation de la chaleur générée par le moteur, par exemple par un circuit de refroidissement d'un type connu. La paroi intermédiaire 112 est en outre entourée par une paroi 20 extérieure 113, et qui délimite avec elle un espace vide 18 formant un volume d'isolation. Ce volume, rempli d'air ou d'un isolant thermique, réalise une isolation thermique vis-à-vis de l'extérieur, et une protection thermique de l'environnement extérieur en même temps qu'une protection mécanique de la paroi intermédiaire 112. Dans cet exemple, paroi 25 extérieure 113 est intégrée et venue de matière au sein de la paroi périphérique la. Typiquement, ce carter principal est fabriqué par moulage d'un alliage léger, en général à base d'aluminium, à l'aide d'un procédé à "modèle perdu" par exemple d'un type connu. Ce type de procédé utilise un moule 30 destructible qui est formé autour d'un modèle, lequel sera "perdu" c'est à dire qui détruit par le métal liquide lors de la coulée. Il peut être délicat à mettre en oeuvre, et parfois plus coûteux qu'avec un moule permanent ou coquille, mais il permet une qualité de finition qui le rend globalement plus intéressant pour des pièces complexes, lorsqu'il est bien maîtrisé. I - 8 - Comme illustré en FIGURE 4, le carter initial la, en version longue, permet d'assembler Et2a un moteur électrique 9a. Pour cela, on y insère un arbre moteur 3a d'une longueur adaptée, lequel porte un rotor 41a entouré par un stator 42a formant un ensemble 4a d'une longueur adaptée. Cet 5 ensemble comprend par exemple un rotor 41a à aimants permanents et un stator 42a bobiné, et est piloté de façon vectorielle par électronique. Le capot 2 vient ensuite fermer l'extrémité ouverte du tube du carter la et porte ici un autre palier de support de l'arbre moteur3a. L'ensemble est par exemple monté dans un logement ou une paroi de protection 5a adaptée à 10 la dimension du moteur 9a ainsi obtenu. Comme illustré en FIGURE 1, le carter initial la présente une longueur initiale Ll, et se termine à son extrémité ouverte par une face ouverte, par exemple plane mais non obligatoirement, pouvant être assimilée à une section transversale Sl. 15 Comme illustré en FIGURE 2, quand le besoin se présente de réaliser un moteur plus court, par exemple pour gagner de la place en économisant sur la puissance du moteur et/ou son poids ou sa longévité, le carter initial la peut être découpé (flèche ET1) en lui ôtant une portion de tube (ici en pointillés) pour le réduire à une longueur plus courte L2. Une fois découpé, 20 ce carter réduit lb présente alors une nouvelle face ouverte, de préférence plane, assimilée à une deuxième section S2. Comme illustré en FIGURE 5, ce carter réduit lb, permet d'assembler Et2b un moteur électrique 9b d'un deuxième type, d'encombrement plus réduit. Pour cela, on y insère un arbre moteur 3b d'une longueur adaptée, 25 lequel porte un rotor 41b entouré par un stator 42b formant un ensemble 4b d'un deuxième type 4b d'une longueur adaptée, par exemple plus court et moins puissant que l'ensemble du premier type 4a. Le carter réduit lb est alors fermé par un capot 2 du même type illustré en FIGURE 3. L'ensemble est par exemple monté dans un logement ou une paroi de 30 protection 5b adaptée à la dimension du moteur. Dans cet exemple, le volume de refroidissement 19a du carter initial la est fermé du côté de l'extrémité ouverte, ici sur la droite de la figure, et ne débouche pas de la section Sl. I - 9 - Dans le présent exemple, la section S2 déterminée par la longueur L2 intersecte la paroi périphérique en une position longitudinale qui rencontre le volume de refroidissement 19a. Comme on le voit en FIGURE 2, la découpe Et1 crée pour le volume de refroidissement résultant 19b une 5 ouverture d'extrémité 190 qui débouche vers la droite au travers de la section S2. Comme illustré en FIGURE 3 et FIGURE 5, le capot 2 présente une portée transversale 211, par exemple annulaire, qui est agencée pour venir obturer l'ouverture d'extrémité 190 et réaliser une étanchéité au liquide, lorsque ce capot 2 est utilisé avec un carter réduit lb. Avec le carter 10 long la, dans se version à volume 19a non débouchant, cette portée 211 vient simplement en appui sur l'extrémité pleine de la paroi périphérique 11a, et réalise par exemple une étanchéité à la poussière. De préférence, les conduits de raccordement du volume de refroidissement 19a avec l'extérieur sont par exemple prévus dans la 15 flasque intégrée 12, ou dans une partie de la surface périphérique extérieure situé en dessous de la longueur L2. A titre d'exemple, un même carter principal initial d'un diamètre de partie active de 190mm permet de réaliser deux moteurs électriques de 20 traction automobile de puissances différentes : - un moteur électrique d'un premier type, d'une puissance de 150kW, obtenue avec un ensemble rotor-stator d'une longueur de 245mm, avec le carter principal en version initiale et sans modification ; ou - un moteur électrique d'un deuxième type, d'une puissance de 100kW, 25 obtenue avec un ensemble rotor-stator d'une longueur de 160mm, après reprise du carter initial pour en diminuer la longueur éviter un encombrement inutile. Dans cet exemple, la paroi périphérique lla du carter initial la est strictement cylindrique dans sa forme extérieure et intérieure. La deuxième 30 section S2 est ainsi identique dans sa forme à la première section Sl, au moins dans les dimensions externes de la paroi périphérique c'est à dire sans tenir compte de l'ouverture 190 du volume de refroidissement 19b, quelle que soit la valeur de la deuxième longueur L2 au sein de la plage de cylindricité du carter la. I - 10 - Alternativement, cette paroi périphérique lia peut aussi présenter une forme non réglée dans son profil longitudinal, tout en étant spécifiquement formé pour présenter une deuxième section S2 identique à la première section Si en au moins une position longitudinale L2, voire 5 plusieurs. Ainsi, on comprend que l'exemple décrit ici pour une unique "deuxième longueur" L2 est tout à fait applicable à un procédé et/ou un carter qui présente plus de deux longueurs de compatibilité et permet de réaliser plus de deux types de moteurs, par exemple trois ou quatre types 10 présentant respectivement trois ou quatre longueurs différentes, avec un même carter initial la et un même capot de fermeture 2. Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces 15 exemples sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un moteur électrique (9a, 9b), notamment d'un moteur de traction pour véhicule, comprenant un arbre moteur entouré et entraîné par au moins un ensemble stator-rotor définissant un axe longitudinal (A1), ledit moteur comprenant un boîtier incluant : - d'une part un carter dit principal, qui entoure ledit ensemble stator- rotor, et - d'autre part au moins un capot formant une flasque rapportée qui referme une extrémité dudit carter principal, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - réalisation, d'un carter principal d'un premier type (1a) d'une première longueur (L1) présentant une face d'extrémité selon une première section (Si) d'une forme agencée pour recevoir avec un capot (2) d'un type déterminé pour réaliser un moteur d'un premier type (9a) en recevant un ensemble rotor-stator d'un premier type (4a) ; - sélection d'un type de moteur à réaliser, parmi ledit premier type (9a) de moteur et un deuxième type (9b) de moteur, et - dans le cas d'un deuxième type de moteur (9b) : o découpe dudit carter principal (1a) pour obtenir un carter principal d'un deuxième type (lb), en réduisant sa longueur initiale (L1) à une deuxième longueur (L2), à laquelle ledit carter (1a) présente une deuxième section (S2), laquelle devient ainsi une face d'extrémité d'un carter d'un deuxième type (1b,) dont la forme est fonctionnellement compatible (211) avec le même capot (2) pour réaliser un moteur du deuxième type (9b). o assemblage du carter principal ainsi réduit (lb) avec au moins un ensemble rotor-stator d'un deuxième type (4b) choisis pour réaliser un moteur dudit deuxième type (9b), o assemblage du boîtier de moteur par fixation du capot d'extrémité (2). I - 12 - 2. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de réalisation du carter principal (1a) à la première longueur (L1) comprend un procédé de moulage à modèle perdu. 3. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que 5 l'ensemble rotor-stator du deuxième type (4b) présente des dimensions radiales extérieures identiques à celles de l'ensemble rotor-stator du premier type (4a). 4. Procédé d'assemblage d'un véhicule ou d'un sous-ensemble de véhicule, caractérisé en ce qu'il comprend un assemblage d'une chaîne de 10 traction incluant une fabrication d'un moteur électrique de traction (9a, 9b) par un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes. 5. Boîtier de moteur électrique, notamment pour un moteur électrique de traction (9a) au sein d'un véhicule, ledit moteur comprenant un arbre moteur (3a) entouré et entraîné par au moins un ensemble stator-rotor, 15 ledit boîtier incluant : - d'une part un carter dit principal (1a) comprenant une paroi périphérique (11a) qui entoure ledit ensemble stator-rotor (3a), o ledit carter (1a) étant fermé à une extrémité dite fermée par une partie formant une flasque intégrée (12) qui est solidaire avec la 20 paroi périphérique (11a), o ledit carter présentant une première longueur (L1) à laquelle il se termine, à une extrémité dite ouverte située du côté opposé à la flasque intégrée (12), par une première section (S1) d'une forme déterminée ; et 25 - d'autre part au moins un capot (2) formant une flasque rapportée qui est agencée pour refermer l'extrémité ouverte dudit carter principal (1a) pour former un boîtier d'un premier type, agencé pour réaliser un moteur d'un premier type (9a), ledit boîtier étant caractérisé en ce que le carter principal (1a) 30 présente, à une deuxième longueur (L2), un profil qui peut être découpé transversalement à un axe longitudinal (Al) de l'arbre moteur pour former une deuxième section (S2) d'une forme fonctionnellement compatible avec le même capot (2) pour former un boîtier d'un deuxième type, agencé pour réaliser un moteur d'un deuxième type (9b). I - 13 - 6. Boîtier selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la première section (Si) et la deuxième section (S2) présentent des formes différentes entre elles, et en ce que le capot (2) présente une forme agencée pour être compatible à la fois compatible fonctionnellement avec la 5 première section (Si) et compatible fonctionnellement avec la deuxième section (S2). 7. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que la paroi périphérique (11a) du carter principal (1a) présente, dans son épaisseur et en tout ou partie de sa périphérie, un volume libre 10 (19a) agencé pour recevoir un liquide de refroidissement, dit volume de refroidissement. 8. Boîtier selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, du côté de l'extrémité ouverte du carter principal (1a) : le volume de refroidissement (19a) dans l'épaisseur de la paroi 15 périphérique (11a) s'interrompt avant l'extrémité ouverte du carter, de façon à ne pas déboucher longitudinalement au sein de la première section (Si), et la deuxième section (S2) est située en une position longitudinale (L2) qui intersecte le volume de refroidissement (19a), 20 une découpe du carter (1a) formant ainsi un carter réduit (lb) dans lequel le volume de refroidissement (19b) débouche longitudinalement au travers de la deuxième section (S2) par une ouverture d'extrémité (190), et en ce que le capot (2) présente une forme d'étanchéité agencée pour refermer ladite ouverture d'extrémité (190) lors de l'assemblage dudit 25 capot, en venant coopérer avec son pourtour par approche longitudinale. 9. Boîtier selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la paroi périphérique (11a, 11b) du carter principal (1a, lb) présente dans son épaisseur, en tout ou partie de sa périphérie, un volume libre, dit volume d'isolation (18), agencé autour du volume de 30 refroidissement (19a, 19b). 10. Moteur électrique (9a, 9b) comprenant au moins un ensemble rotor- stator (4a, 4b) enfermé dans un boîtier (1a-2, lb-2) selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, ou véhicule électrique comprenant un tel moteur électrique. I