Brevet FR3081390A1 — publié le 20191129

"PROCEDE DE MISE EN PLACE D'UNE MOTORISATION POUR UN VEHICULE AUTOMOBILE" [0001] L'invention s'inscrit dans le domaine des moteurs et de la transmission de puissance pour véhicule automobile, dans un contexte d'électrification croissante. [0002] L'invention aborde autant les motorisations hybrides électrique / thermique, que les motorisations purement électriques, sachant qu'il y a un intérêt à développer des modules de transmission pouvant être utilisés de manière variable, dans le cadre des chaînes de production, pour différents modèles équipés de différentes motorisations. [0003] On précise de plus qu'il existe des motorisations hybrides électrique / thermique dans lesquelles le moteur électrique vient à l'appui du moteur thermique qui peut être sollicité à tout moment, la batterie n'étant pas de nature à fournir la puissance ou l'énergie nécessaire pour un trajet significatif sans l'utilisation du moteur thermique. [0004] Il existe aussi des motorisations hybrides électrique / thermique dans lesquelles la batterie de puissance, rechargeable lors d'un arrêt sur une borne de recharge du réseau électrique, est suffisamment dimensionnée pour que des trajets significatifs soient possibles avec le moteur thermique éteint (on parle de véhicules hybrides rechargeables). [0005] Qui plus est, plusieurs schémas d'hybridation électrique / thermique existent. [0006] Dans le schéma hybride série, le moteur électrique entraîne le véhicule et le moteur thermique entraîne une génératrice qui recharge les batteries et n'est par contre pas reliée aux roues. Ce système est mécaniquement simple, mais nécessite la mise en oeuvre de beaucoup de puissance électrique. [0007] Dans le schéma hybride parallèle, les deux moteurs électrique et thermique sont reliés à la transmission. Les mouvements des moteurs thermique et électrique sont raccordés au même arbre, par l'intermédiaire d'un embrayage. L'efficacité est relative, et l'ensemble est pesant. [0008] Dans le schéma hybride à dérivation de puissance deux machines électriques et un moteur thermique fournissent de la puissance sur deux chemins distincts. Cette solution a un coût avantageux, mais l'accélération maximale est limitée. [0009] Dans le schéma hybride à coupleur magnétique, comme décrit dans FR2745243_A1, une machine électrique de traction est placée sur une chaîne de 2 transmission de puissance entre un moteur thermique et un train de roues motrices, mais une deuxième machine électrique, dite de couplage est interposée entre le moteur thermique et la machine électrique de traction. Celle-ci fait l'objet d'une commande par un signal de commande transmis par un onduleur alimenté par la batterie de puissance du 5 véhicule, qui est appliqué sur des collecteurs tournants reliés au rotor de cette machine électrique de couplage. [0010] L'avantage de la solution à coupleur magnétique, qui reste peu industrialisée, est sa simplicité, mais les organes électriques sont finalement de grande taille, et il est nécessaire d'augmenter le rendement énergétique. Il est envisagé que les deux machines 10 électriques sont coaxiales l'une à l'intérieure de l'autre, ou distantes l'une de l'autre avec des axes parallèles l'un à l'autre. [0011] Le problème technique que l'invention vise à résoudre dans ce contexte es d'obtenir une solution modulaire, qui à partir d'un coeur technologique de base, permet de mettre en place une motorisation hybride ou une motorisation purement électrique. 15 [0012] Pour cela il est proposé un procédé de mise en place d'une motorisation pour un véhicule automobile, la motorisation comprenant une première machine électrique tournante formée par un premier et un deuxième bobinages et une deuxième machine électrique tournante formée par un troisième et un quatrième bobinages, un support des deuxième et troisième bobinages les couplant en rotation autour d'un axe commun de 20 rotation, et le quatrième bobinage constituant un stator, le procédé comprenant l'alimentation électrique de la première machine électrique en électricité par le premier bobinage et l'alimentation électrique de la deuxième machine électrique par le quatrième bobinage, et le couplage en rotation du support à un train de roues motrices. [0013] Ainsi, on a un coeur technologique de type coupleur magnétique. 25 [0014] Le procédé est remarquable car on effectue un choix pour savoir si la motorisation doit être uniquement à actionnement électrique ou doit être à actionnement hydride électrique et thermique et en fonction du choix, pour une motorisation à actionnement uniquement électrique on active un moyen de blocage en rotation du premier bobinage, et, pour une motorisation hybride à actionnement électrique et 30 thermique, on couple le premier bobinage en rotation avec un moteur thermique et on l'alimente électriquement par un collecteur tournant. 3 [0015] Ainsi, avec le coeur technologique évoqué ci-dessus, on peut mettre en place plusieurs motorisations différentes, en fonction des besoins de production ou de livraison. [0016] Selon des caractéristiques optionnelles et avantageuses : [0017] - le support comprend un arbre creux dans lequel est inséré un arbre interne 5 constituant un prolongement d'un coeur sur lequel est monté le premier bobinage (qui est donc un bobinage interne vis-à-vis du deuxième bobinage), et auquel, dans la motorisation hybride, on couple en rotation le moteur thermique, à l'opposé du premier bobinage suivant l'axe commun de rotation ; le couplage du support au train de roues motrices est effectué à l'opposé du deuxième bobinage vis-à-vis du troisième bobinage, suivant l'axe 10 commun de rotation ; dans la motorisation hybride, on met en place le collecteur tournant à l'opposé du moteur thermique vis-à-vis du premier bobinage, suivant l'axe commun de rotation, ou dans l'espace interne du premier bobinage ; ainsi le système est compact et s'intègre aisément à différents environnement sous capot moteur ; [0018] - dans la motorisation hybride, on couple le moteur thermique au premier 15 bobinage par un système de surmultiplication de régime qui comprend un train d'engrenages à arbres parallèles, une courroie, une chaîne, ou un train épicycloïdal ; Grâce à cette caractéristique, les machines électriques peuvent être redimensionnées pour réduire l'encombrement et améliorer les prestations. Notamment, le dimensionnement en couple des deux machines électriques (celle de traction et celle de 20 couplage) est réduit, d'où une réduction de la taille et du prix. La réduction du couple réduit les courants nécessaires et donc la taille des collecteurs tournants à mettre en place. [0019] - dans la motorisation hybride, le système de surmultiplication de régime comprend une boîte de vitesses à plusieurs rapports ; cela est avantageux car cela permet d'augmenter le couple transmis aux roues à basse vitesse de progression du véhicule, tout 25 en conservant une vitesse maximale atteignable élevée ; [0020] - dans la motorisation hybride on met en place un frein à tambour à l'intérieur du premier bobinage, pour bloquer la rotation du premier bobinage sur commande ; cela offre un moyen complémentaire d'agir sur les éléments de la motorisation et la transmission de puissance ; 30 [0021] - dans un mode de réalisation, la motorisation hybride est alors une motorisation de type hybride rechargeable, la rotation du premier bobinage étant bloquée sur commande pour un parcours avec moteur thermique éteint ; 4 [0022] - dans la motorisation à actionnement uniquement électrique le moyen de blocage comprend un système doigt et cannelure ; [0023] - dans la motorisation à actionnement uniquement électrique, on met en place une connexion électrique fixe pour alimenter le premier bobinage. 5 [0024] L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - La figure lA représente l'art antérieur ; 10 - la figure 1B représente une variante envisagée à partir de l'art antérieur ; - la figure 2 représente un mode général de réalisation de l'invention ; - la figure 3 représente une mise en oeuvre des principes de l'invention ; - la figure 4 représente une deuxième mise en oeuvre des principes de l'invention ; - la figure 5 représente une troisième mise en oeuvre des principes de l'invention ; 15 - les figures 6 et 7 représentent encore deux autres mises en oeuvre des principes de l'invention. [0025] En figure lA on a représenté un groupe motopropulseur selon l'art antérieur. Il s'agit d'un groupe motopropulseur hybride à moteur thermique et moteur électrique, à transmission par couplage magnétique. On visualise notamment sa chaîne de 20 transmission de puissance. Il est conçu pour un véhicule automobile, et la représentation inclut un train de roues motrices. [0026] Il comprend un moteur thermique 1, équipé d'un frein de moteur 2, ainsi qu'une batterie de puissance 3 dont l'énergie est mise en forme par un onduleur 4. [0027] Le groupe motopropulseur comprend également une machine électrique de 25 couplage 5 couplant le moteur thermique 1 avec un arbre d'entrée (le rotor) d'une machine électrique de traction 6. Le rotor de la machine électrique de traction 6 est relié par l'intermédiaire d'un réducteur 7 à un train de roues motrices 8. Les roues motrices sont impliquées dans la mise en mouvement du véhicule automobile. 5 [0028] La machine électrique de couplage 5 comprend un bobinage externe 5a et un bobinage interne 5b. Le bobinage interne 5b est couplé à l'arbre de sortie du moteur thermique 1, le frein du moteur 2 étant placé en sorte d'agir entre le moteur thermique 1 et la machine électrique de couplage 5, sur l'arbre les reliant. 5 [0029] Le bobinage externe 5a de la machine de couplage est monté sur un support qui se prolonge en un arbre disposé coaxialement avec l'axe de rotation de la machine 5, qui est aussi celui du rotor 6b de la machine de traction et qui de plus porte des bagues d'un collecteur électrique tournant 5c pour la machine de couplage 5. [0030] En effet, le rotor 6b de la machine de traction est couplé directement (sans 10 démultiplication ou surmultiplication) en rotation au bobinage externe 5a de la machine de couplage. Et de plus, de l'espace est utilisé, le long de l'axe entre le moteur thermique 1 et le réducteur 7 entre les bobines de la machine 5 et les bobines de la machine 6 pour disposer le collecteur tournant Sc. [0031] Enfin, la machine électrique de traction 6 comporte un bobinage externe 6a qui 15 est un stator alimenté par l'onduleur 4. [0032] La machine électrique de couplage 5 est commandée par le collecteur électrique tournants 5 (incluant des balais ou charbons reliés au circuit électrique sur la partie fixe et glissants sur des bagues montées sur l'arbre), via également l'onduleur 4. [0033] En figure 1B on a représenté une variante envisagée à partir de l'art antérieur. 20 [0034] On retrouve l'ensemble des éléments de la figure 1A, mais est intercalé entre le bobinage interne 5b de la machine électrique de couplage 5 et l'arbre de sortie du moteur thermique 1, un multiplicateur 100. Il couple le moteur thermique 1 et la machine électrique de couplage 5, et comprend une boîte de vitesses à rapports discrets ou continus, permettant la variation du rapport de surmultiplication. Plus largement, le multiplicateur 25 100 couple le moteur thermique 1 à la machine électrique de traction 6. [0035] Le frein du moteur 2 est présent entre le moteur thermique 1 et le multiplicateur 100. [0036] En figure 2 on a représenté un ensemble de moyens constituant une base pour une mise en place modulaire de plusieurs types de motorisation. 6 [0037] Les positions de la machine électrique de couplage 50 et de la machine électrique de traction 60 sont inversées l'une par rapport à l'autre par rapport au mode de réalisation précédent dans le but de compacter la transmission. [0038] Le bobinage externe 50a de la machine de couplage est monté fixe sur un 5 support 200 dont le prolongement est conformé en sorte de constituer un arbre creux 201 dans lequel est inséré, coaxialement, l'arbre 301 constituant un prolongement d'un autre support 300 (support coeur) portant le bobinage interne 5b de la machine de couplage 50. [0039] Le bobinage interne 60b de la machine de traction est monté fixe sur la partie extérieure dudit arbre creux 201, dans un espace situé entre le réducteur 70 et la machine 10 de couplage 50. [0040] Ce montage est rendu possible car un espace pour une connexion électrique de la machine de couplage 50 est présent sur le support 300 (coeur) permettant une alimentation électrique du bobinage interne 5b de celle-ci. Cet espace est entre le support 300 et, sur le dessin, l'extrémité d'une flèche reliée à l'onduleur 4. 15 [0041] Il n'y a pas cette fois d'alimentation de la machine électrique de couplage par son bobinage externe comme en figure 1A et 1B. [0042] La zone pour alimentation électrique est placée, suivant l'axe de rotation des machines électriques, à l'opposé du réducteur 70 par rapport à la machine électrique de traction 60, contrairement au montage de la figure 1A ou , où la zone correspondante (le 20 collecteur 5c) était, suivant l'axe de rotation des machines électriques, entre la machine de traction 6 et le multiplicateur 100. [0043] Cette zone pour alimentation électrique est à l'opposé, suivant l'axe de rotation des machines électriques, du multiplicateur 100 par rapport aux bobinages externe 50a et interne 5b de la machine électrique de couplage 5, comme en figure 1A et 1B (en figures 25 1A et 1B les bobinages externe et interne étaient référencés 5a et 5b). [0044] Le réducteur 70 couple le train de roues motrices 8 et le bobinage interne 60b de la machine de traction. [0045] En figure 3 on a représenté un mode de mise en place d'une motorisation hybride sur la base de l'ensemble modulaire de la figure 2. 7 [0046] Dans ce mode de réalisation, un multiplicateur 100 est présent entre le moteur thermique 1 et l'arbre 301 qui porte le bobinage interne 5b de la machine de couplage. [0047] Ce montage est rendu possible car les collecteurs tournants 50c de la machine de couplage 50 sont fixés et reliés électriquement au bobinage interne 5b de celle-ci, dans 5 la zone pour alimentation électrique évoquée en commentaire de la figure 2. [0048] L'ensemble de ces éléments est placé dans un environnement dit du "sous-capot". [0049] Le réducteur 70 est placé, en matière d'encombrement, entre le multiplicateur 100 et la machine électrique de traction 60. 10 [0050] En figure 4, on a représenté un autre mode de mise en place d'une motorisation hybride sur la base de l'ensemble modulaire de la figure 2. [0051] Les collecteurs tournants 51c de la machine électrique de couplage 50 sont positionnés à l'intérieur du bobinage interne 5b (rotor) de la machine de couplage 50. [0052] Pour cela, on conserve la configuration présentée en figure précédente, par 15 laquelle la transmission est compactée, la machine électrique de traction 60 étant présente dans l'espace entre le multiplicateur 100 et la machine électrique de couplage 50. [0053] On précise que dans ces deux modes de réalisation, le fait que les collecteurs tournants 50c ou 51c d'excitation du rotor de la machine de couplage soient positionnés à l'extrémité de la transmission facilite leur accès en cas de maintenance. 20 [0054] Et en plus, dans le mode de réalisation de la figure 4, les collecteurs tournants 51c sont positionnés à l'intérieur du bobinage interne 5b afin de gagner en longueur, et donc en encombrement. [0055] Qui plus est, dans cette architecture, comme présenté en figure 5, le frein de moteur positionné entre le multiplicateur 100 et le moteur thermique 1 peut être supprimé 25 et remplacé par un frein à tambour 20 présent dans le volume intérieur du support 300 portant le bobinage interne 5b de la machine de couplage 50. Ce frein est de préférence un frein à mâchoire rétractable, c'est-à-dire qu'en position inactive les mâchoires sont rétractées afin de supprimer les frottements. Le système de retrait des mâchoires peut être un simple ressort ou un asservissement en position via un actionneur hydraulique ou 30 électrique. 8 [0056] Le frein à tambour 20 est utile, lors du fonctionnement du véhicule en mode purement électrique pour utiliser la puissance de la machine de couplage 50 à des fins de traction. En effet, une fois le frein activé, la machine électrique de couplage 50 devient une machine électrique pouvant pleinement participer à la traction, en mode moteur mais 5 également à la récupération d'énergie, en mode générateur. Ainsi, le mode de la figure 5 correspond à un véhicule hybride capable de rouler de longues distances sans utiliser le moteur thermique, ce qui est le cas de véhicules hybrides rechargeables, c'est-à-dire ayant une batterie de traction avec une autonomie qui peut être par exemple de 50 km (valeur non limitative). 10 [0057] En figure 6, on a représenté un mode d'utilisation particulier de la structure représenté en figure 2. Le moteur thermique 1 n'est pas présent, comme le multiplicateur 100, même si un pignon d'entrée peut être présent. Ainsi, le véhicule est configuré pour fonctionner en mode strictement électrique. Pour cela le frein à tambour 20 est bloqué en position freinée afin d'obtenir une transmission par laquelle le bobinage interne 5b est 15 immobile, le bobinage externe 50a est en rotation autour de celui-ci, et le bobinage interne 60b tourne par rapport au stator 6a, tous les deux à une vitesse qui résulte de l'addition de la puissance développée par la machine électrique 50 et par la machine électrique 60. Le bobinage interne 60b, par son support 200 et son arbre creux 201 entraine le train de roues motrices 8, par l'intermédiaire du réducteur 70. 20 [0058] Les collecteurs tournants 51c sont présents mais servent de connexion fixe. Le système de transmission devient un motoréducteur électrique. [0059] En figure 7, on a représenté une autre manière d'utiliser le système de l'invention. [0060] A nouveau le moteur thermique 1 est supprimé, et on supprime également le pignon d'extrémité de l'arbre 301 du support 300 portant le bobinage interne 5b qui 25 précédemment constituait le pignon d'entrée du multiplicateur 100. On reprend en fait l'ensemble de la figure 2, sans aucune adaptation pour coupler un moteur thermique, ni mettre en place un collecteur tournant. [0061] Dans cette variante on met en place une connexion électrique directe et fixe 52, en courant triphasé. Cela est rendu possible par le blocage du bobinage interne Si et de 30 son support 300, qui peut être effectué à l'aide d'un système doigt et cannelure de blocage 21. 9 [0062] Il convient de relever que le bobinage interne 51 de la machine de couplage et son support 300 constituent maintenant un stator puisqu'ils sont immobiles. [0063] Ainsi, sur la base d'un ensemble d'éléments communs constituant le coeur d'une chaine de transmission, compacte, il est possible de réaliser une motorisation hybride 5 thermique et électrique, dans laquelle l'énergie thermique et l'énergie électrique peuvent être mises à contribution en même temps à l'aide du couplage de la machine électrique de couplage, comme en figures 3, 4 et 5. [0064] Il est également possible de réaliser une motorisation hybride thermique et électrique avec rechargement électrique de la batterie, dans lequel le couple et la 10 puissance des deux machines électriques sont cumulés grâce au blocage en rotation du moteur thermique, comme présenté en figure 5, quand on ne souhaite pas démarrer le moteur thermique. [0065] Le système permet également la mise en oeuvre d'un motoréducteur pour véhicule purement électrique, comme présenté en figure 7 ou également en figure 6. 15 [0066] On relève au final que l'invention répond aux différents besoins d'une transmission électrifiée. Il y a en effet une bonne capabilité en termes de consommation d'énergie primaire (TEP ou tonne d'équivalent pétrole), il offre un démarrage du moteur thermique transparent et rapide, il offre la possibilité de recharger la batterie de puissance 3 quelque soit la vitesse du véhicule, il offre une possibilité de récupération de l'énergie 20 lors du freinage, ainsi que la possibilité d'une transmission continue dynamique. [0067] On remarque que les principes proposés sont technologiquement simples car ils ne nécessitent pas d'actionneur et très peu de mécanique. [0068] On précise que le moyen de réduction 7 ou 70 peut être de différentes structures. Au lieu d'être un train d'engrenages à arbres parallèles il peut s'agir d'une courroie, d'une 25 chaine ou d'un train épicycloïdal. Il comprend plusieurs rapports de réduction. [0069] Le frein du moteur 2 quand il est présent peut être positionné sur le moteur et peut être de type roue libre débrayable. [0070] Le système de réduction 7 ou 70 peut comporter plusieurs rapports de réduction, sous la forme d'une boîte de vitesses au moins deux rapports discrets. Ce système est 30 positionné afin d'augmenter le couple à basse vitesse tout en conservant une vitesse maximale importante. La variation des rapports peut être continue. 10 [0071] La surmultiplication du régime du moteur thermique permet de compacter significativement les organes électriques afin de réduire les coûts et la taille de la transmission électrifiée. [0072] On précise que l'introduction du multiplicateur 100 permet par exemple à couple 5 et régime constants pour le moteur électrique 1, de changer le mode de fonctionnement de la machine électrique de couplage d'un régime de 6000 tr/min à un régime de 18000 tr/min et d'un couple de 140 Nm à 46,6 Nm, avec comme conséquence sur la machine électrique de traction une modification du régime de 6000 tr/min à 18000 tr/min et du couple de 420 Nm à 140 Nm. 10 [0073] On utilise alors un réducteur 7 ou 70, dont le rapport au lieu d'être de 0,25 est de 0,083, pour obtenir un régime et un couple à la roue inchangés. [0074] Dans cet exemple, la surmultiplication du régime apportée par le multiplicateur 100 est d'un rapport 3, pour un régime moteur de 6000 tr/min avec un couple de 140 Nm, amenant un couple à la roue de 2240 Nm pour un régime de 1500 tr/min. REVENDICATIONS1. Procédé de mise en place d'une motorisation pour un véhicule automobile, la motorisation comprenant une première machine électrique tournante (50) formée par un premier (5b, 51) et un deuxième (50a) bobinages et une deuxième machine électrique tournante (60) formée par un troisième (60b) et un quatrième (6a) bobinages, un support (200) des deuxième (50a) et troisième (60b) bobinages les couplant en rotation autour d'un axe commun de rotation, et le quatrième bobinage (6a) constituant un stator, le procédé comprenant l'alimentation électrique de la première machine électrique (50) en électricité par le premier bobinage (5b, 51) et l'alimentation électrique de la deuxième machine électrique (60) par le quatrième bobinage (6a), et le couplage en rotation du support (200) à un train de roues motrices (8), le procédé étant caractérisé en ce que l'on effectue un choix pour savoir si la motorisation doit être uniquement à actionnement électrique ou doit être à actionnement hydride électrique et thermique et qu'en fonction du choix, pour une motorisation à actionnement uniquement électrique on active un moyen de blocage en rotation (21) du premier bobinage (51), et, pour une motorisation hybride à actionnement électrique et thermique, on couple le premier bobinage (5b) en rotation avec un moteur thermique (1) et on l'alimente électriquement par un collecteur tournant (50c). 2. Procédé de mise en place d'une motorisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (200) comprend un arbre creux (201) dans lequel est inséré un arbre interne (301) constituant un prolongement d'un coeur (300) sur lequel est monté le premier bobinage (5b, 51), et auquel, dans la motorisation hybride, on couple en rotation le moteur thermique (1), à l'opposé du premier bobinage (51) suivant l'axe commun de rotation, le couplage du support (200) au train de roues motrices (8) étant effectué à l'opposé du deuxième bobinage (50a) vis-à-vis du troisième bobinage (60b), suivant l'axe commun de rotation, et dans la motorisation hybride, on met en place le collecteur tournant (50c) à l'opposé du moteur thermique (1) vis-à-vis du premier bobinage (5b), suivant l'axe commun de rotation, ou dans l'espace interne du premier bobinage (5b). 3. Procédé de mise en place d'une motorisation selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que dans la motorisation hybride, on couple le moteur thermique (1) au premier bobinage (5b) par un système de surmultiplication de 12 régime (100) qui comprend un train d'engrenages à arbres parallèles, une courroie, une chaîne, ou un train épicycloïdal. 4. Procédé de mise en place d'une motorisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans la motorisation hybride, le système de surmultiplication de régime (100) 5 comprend une boîte de vitesses à plusieurs rapports. 5. Procédé de mise en place d'une motorisation selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans la motorisation hybride on met en place un frein à tambour (20) à l'intérieur du premier bobinage (5b), pour bloquer la rotation du premier bobinage (5b) sur commande. 10 6. Procédé de mise en place d'une motorisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que la motorisation hybride est une motorisation de type hybride rechargeable, la rotation du premier bobinage (5b) étant bloquée sur commande pour un parcours avec moteur thermique éteint. 7. Procédé de mise en place d'une motorisation selon l'une des revendications 1 à 6, 15 caractérisé en ce que dans la motorisation à actionnement uniquement électrique le moyen de blocage (21) comprend un système doigt et cannelure (21). 8. Procédé de mise en place d'une motorisation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que dans la motorisation à actionnement uniquement électrique, on met en place une connexion électrique fixe (52) pour alimenter le premier bobinage 20 (51).