Brevet FR3077694A1 — publié le 20190809

Générateur électrique pour véhicule automobile Le domaine de l'invention est celui de la conception et de la fabrication d'équipements pour véhicules automobiles. Plus précisément, l'invention concerne un équipement permettant le rechargement de batteries dans les véhicules automobiles électriques ou hybrides. Les véhicules électriques ou hybrides permettent de réduire voire supprimer les émissions de gaz polluants rejetés par les véhicules à moteurs thermiques. Pour cela, ces véhicules utilisent l'énergie électrique pour alimenter un ou plusieurs moteurs électriques. Toutefois, les véhicules électriques ou hybrides présentent comme principal inconvénient une autonomie limitée. En effet, l'énergie électrique est stockée dans des batteries généralement situées dans le coffre ou sous le plancher du véhicule. Ces batteries, d'une part augmentent le poids du véhicule et, d'autre part, sont de capacité limitée, et offrent en tout état de cause le plus souvent une autonomie nettement inférieure à celle offerte par un réservoir de carburant d'un véhicule à moteur thermique. Il est donc nécessaire de recharger les batteries de manière fréquente. Cependant, le chargement d'une batterie de véhicule électrique demande un temps d'immobilisation important. Même si pour réduire ce temps d'immobilisation, des chargeurs rapides ont été développés, à autonomie égale, le temps de charge d'une batterie reste très largement supérieur au temps nécessaire pour remplir un réservoir de carburant. Les constructeurs et équipementiers automobiles cherchent alors à développer des générateurs permettant de recharger les batteries des véhicules électriques ou hybrides lors de leur utilisation. Une solution évidente est d'utiliser un alternateur, comme cela est déjà le cas pour régénérer les batteries de moteurs qui permettent le démarrage des véhicules thermiques et le fonctionnement des équipements de bords tels que les autoradios, les systèmes de navigations, les lumières ou encore les vitres électriques. Cette solution n'est toutefois pas viable pour le chargement de batteries des véhicules électriques ou hybrides. En effet, pour permettre une bonne charge des batteries, il faudrait des alternateurs de grandes dimensions qui réduiraient l'espace disponible dans 2 l'habitacle et alourdiraient le véhicule, ce qui engendrerait une augmentation de la consommation électrique et deviendraient contreproductif. En outre, les alternateurs sont reliés au vilebrequin du moteur par l'intermédiaire d'une courroie. 5 Toute la puissance fournie par le moteur n'est donc pas utilisée pour mouvoir le véhicule puisqu'une partie de cette puissance sert à l'entraînement de l'alternateur. L'alternateur requiert en effet un couple minimal de fonctionnement qui est fourni par une partie de la force transmise par la courroie. Les constructeurs et équipementiers automobiles cherchent donc des 10 solutions qui permettent la recharge des batteries sans que les performances du véhicule ne soient impactées ou quasiment. Le document de brevet publié sous le numéro FR2389500 décrit un générateur de courant électrique pour le rechargement d'au moins une batterie d'un véhicule automobile, qui comprend : 15 - un rotor et, - un stator. Le stator, qui comprend un bobinage, est monté à demeure sur la partie intérieure d'une jante et tourne autour du rotor, solidaire d'une partie fixe d'un train roulant, pour générer avec un aimant permanent, solidaire du rotor, un courant 20 électrique destiné à recharger les batteries du véhicule. Ce générateur n'est pas sans inconvénient. En effet, le montage du bobinage à l'intérieur de la jante impose que des jantes spécifiques soient développées pour un véhicule donné. En cas de crevaison par exemple, si la roue avariée est remplacée par une 25 roue de secours dépourvue de bobinage, le générateur ne pourra alors plus recharger les batteries. Par ailleurs, en cas d'impact sur une jante ou de changement de la jante, il est nécessaire d'équiper le véhicule d'une jante identique, c'est-à-dire d'une jante pourvue d'un bobinage. 30 Le retrait d'une jante équipée d'un bobinage entraine donc de façon systématique le désassemblage du générateur. Il n'est ainsi pas possible de réaliser un simple changement de jante sans que cela n'impacte le générateur. En outre, de telles jantes sont onéreuses puisque pourvues d'un bobinage, ce qui rend les opérations de maintenance plus coûteuses pour le possesseur du 3 véhicule. Ces opérations de maintenance sont également plus longues pour les professionnels puisque l'approvisionnement de jantes équipées d'un bobinage est plus difficile, notamment du fait que ce type de jantes soit peu répandu. L'invention a notamment pour objectif de proposer un générateur de courant 5 électrique pour le rechargement des batteries d'un véhicule hybride ou électrique qui pallie les inconvénients de l'art antérieur. L'invention a également pour objectif de proposer un tel générateur qui ne dégrade ni les performances du véhicule, ni l'habilité à l'intérieur de l'habitacle du véhicule. 10 L'invention a en outre pour objectif de proposer un tel générateur qui ne complexifie pas les opérations de maintenance des trains roulants du véhicule, notamment le changement d'une roue avariée. Ces objectifs, ainsi que d'autres qui apparaîtront par la suite, sont atteints grâce à l'invention qui a pour objet un générateur de courant électrique pour le 15 rechargement d'au moins une batterie d'un véhicule automobile électrique ou hybride, le générateur comprenant : - un stator, - un rotor, caractérisé en ce que : 20 - le rotor est solidaire d'un carter externe de frein à tambour d'une roue ; - le stator comprend au moins deux parties montées de manière amovible sur une partie fixe d'un train roulant du véhicule automobile, et en ce que le stator présente une cavité annulaire dans laquelle est situé un bobinage du générateur et dans laquelle un aimant permanent du générateur est 25 inséré. Un tel générateur peut être laissé à demeure sur le véhicule lors du changement d'une roue par exemple. Ainsi, la maintenance du véhicule est simplifiée et le coût du changement de roue reste égal à celui d'un véhicule classique pour le possesseur du véhicule. 30 De plus, la cavité interne dans laquelle est situé le bobinage, et dans laquelle l'aimant permanent est inséré, permet de protéger des saletés et des poussières du frein à tambour le générateur au bénéfice de la production d'énergie électrique. 4 Selon un mode préféré de réalisation, le stator comprend un disque portant, à une extrémité radialement externe, la cavité annulaire, la cavité annulaire s'ouvrant selon une direction parallèle à l'axe de rotation de la roue. Le disque permet d'écarter la cavité annulaire de l'axe de rotation de la roue 5 pour permettre à la fois une installation aisée du générateur et un assemblage rapide et simple du stator avec le rotor, notamment par l'insertion de l'aimant permanent dans la cavité annulaire selon un mouvement de translation parallèle à l'axe de rotation de la roue. L'installation du stator s'opère selon un sens d'insertion comparable à celui 10 d'une roue, ce qui ne nécessite donc pas un apprentissage lourd de montage pour l'installateur. Selon un mode de réalisation particulier, le stator est fixé sur une tôle tronconique solidaire d'une fusée de roue. Cela permet notamment de faciliter l'accès au frein à tambour sans 15 nécessiter un démontage du stator, notamment dans le cadre d'une opération de maintenance du frein à tambour. Avantageusement, l'aimant permanent du générateur est solidaire du rotor. Le bobinage étant fixe sur le stator, l'aimant permanant peut ainsi tourner par rapport au bobinage pour permettre la création d'un courant électrique. 20 De préférence, le rotor comprend une pièce support ayant : - une portion centrale formant une cavité destinée à recevoir le carter externe de frein à tambour, - une portion annulaire s'étendant radialement à l'extérieur de la portion centrale et, 25 - une portion cylindrique s'étendant depuis la portion annulaire et destinée à être reçue dans la cavité annulaire du stator. La portion centrale permet un montage simplifié de la pièce support sur le carter externe de frein. En effet, la cavité formée par la portion centrale permet d'une part de guider cette dernière sur le carter externe et, d'autre part, de réaliser un pré- 30 montage de la pièce support, le pré-montage étant rendu définitif par l'utilisation de moyens ad hoc. Par ailleurs, la portion annulaire et la portion cylindrique permettent de réaliser des moyens d'appui et de support de l'aimant permanent, ce qui facilite son insertion dans la cavité annulaire du stator. 5 Dans ce cas, il est préférable que l'aimant permanent se présente sous la forme d'une couronne annulaire fixée sur la portion cylindrique de la pièce support du rotor. Selon un mode de réalisation préféré, le stator et le rotor présentent un 5 diamètre hors tout sensiblement égal, la portion annulaire de la pièce support du rotor étant destinée à former un couvercle de la cavité annulaire du stator. Cela permet notamment d'obtenir un générateur compact et de protéger le bobinage et l'aimant permanent des salissures externes qui pourraient réduire le rendement de production du générateur. 10 Avantageusement, la pièce support du rotor est fixée sur le carter externe du frein à tambour par vissage. De préférence, quatre vis régulièrement espacées sont mises en oeuvre, ce qui permet un montage et un démontage rapides et fiable. Préférentiellement, le stator comprend des moyens de connexion du 15 générateur à au moins une batterie du véhicule. L'énergie électrique produite par le générateur peut ainsi être acheminée jusqu'à la ou chaque batterie via un réseau électrique, comprenant ou non un régulateur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus 20 clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés dont la figure unique illustre, schématiquement en coupe, un générateur électrique pour véhicule automobile, selon l'invention. Tel que représenté sur la figure unique, un générateur 1 électrique selon 25 l'invention comprend : - un stator 2 et, - un rotor 3. Le générateur 1 est destiné à être monté dans un passage de roue d'un véhicule automobile électrique ou hybride. 30 Plus précisément, le générateur 1 est destiné à être monté autour d'un frein à tambour pour permettre le rechargement d'au moins une batterie du véhicule. Le stator 2 est destiné à être monté sur une partie fixe d'un train roulant du véhicule tandis que le rotor 3, par définition en mouvement par rapport au stator 2, est destiné à être monté sur une partie tournante du même train roulant. 6 Selon le mode de réalisation illustré, le stator 2 est fixé sur une tôle 4 tronconique solidaire d'une fusée de roue du véhicule, et le rotor 3 est fixé sur un carter 5 externe d'un frein à tambour. Tel qu'il sera expliqué après, le générateur présente une forme générale 5 annulaire centrée sur un axe X de rotation d'une roue du véhicule. Avantageusement, le véhicule peut comprendre autant de générateurs 1, selon l'invention, qu'il comprend de freins à tambours, et donc de roues. Le stator 2, comprend une cavité 21 annulaire dans laquelle est logé un bobinage 22. 10 Plus précisément, la cavité 21 annulaire est portée par un disque 23 et située à l'extrémité radialement externe de celui-ci. La cavité 21 annulaire est délimitée par : - une paroi radialement interne 24, - une paroi radialement externe 25 et, 15 - une paroi de fond 26 de la cavité 21 annulaire. Comme il sera expliqué après, lorsque le stator 2 est monté sur le véhicule, la cavité annulaire 21 s'ouvre selon une direction parallèle à l'axe X de rotation de la roue. Comme illustré sur la figure unique, le bobinage 22 est monté contre la paroi 20 radialement externe 25 de la cavité annulaire 21. Plus précisément, des moyens de connexion 27 sont montés sur la paroi radialement externe 25 et le bobinage 22 est solidarisé sur ces moyens de connexion 27. Les moyens de connexion 27 permettent notamment de relier le générateur 25 1 à la ou chaque batterie du véhicule. Le rotor 3 comprend, quant à lui, une pièce support 31 de laquelle est solidaire un aimant permanent 32. Tel qu'illustré sur la figure unique, la pièce support 31 est par exemple une pièce métallique qui comprend trois portions, à savoir : 30 - une portion centrale 311, - une portion annulaire 312 et, - une portion cylindrique 313. La portion centrale 311 forme une cavité 314 destinée à recevoir le carter 5 externe d'un frein à tambour, ce carter 5 présentant une forme de cloche. 7 Plus précisément, la portion centrale 311 comprend une première partie 311a et une deuxième partie 311b formant, en section, un U définissant la cavité 314. La première partie 311a présente des orifices 311c permettant la fixation de la pièce support 31 sur le carter 5 externe du frein à tambour comme il sera expliqué 5 ci-après. Par ailleurs, la première partie 311a comprend une bordure annulaire 315 formant un épaulement avec la première partie 311a. Cet épaulement a pour but de permettre un emboîtement de la pièce support 31 sur le carter 5 externe par coopération de forme, avant leur assemblage final. 10 La portion annulaire 312 s'étend radialement à l'extérieur de la portion centrale 31 selon une direction sensiblement perpendiculaire à la deuxième partie 311b. Plus précisément, la portion annulaire 312 s'étend depuis une extrémité de la deuxième partie 311b opposée à la première partie 311a. La portion annulaire 312 de la pièce support 31 du rotor 3 présente un 15 diamètre hors tout sensiblement égal à celui du stator 2 de sorte à permettre la protection de l'aimant permanent 32 comme il sera expliqué ci-après. En d'autres termes, lorsque le générateur 1 est assemblé, la portion annulaire 312 de la pièce support 31 s'étend radialement depuis la portion centrale 311 jusqu'à la paroi radialement externe 25 de la cavité 21 du stator 2. 20 Enfin, la portion cylindrique 313 s'étend depuis la portion annulaire 312 parallèlement à la deuxième partie 311b, à l'opposé de la première partie 311a. L'aimant permanent 32 se présente quant à lui sous la forme d'une couronne annulaire fixée sur la portion cylindrique 313 de la pièce support 31 du rotor 3. Plus particulièrement, l'aimant permanent 32 est fixé à l'extérieur de la 25 portion cylindrique 313. Pour monter le générateur 1 dans le passage de roue d'un véhicule, un technicien procède comme suit. Dans un premier temps, le technicien monte le stator sur la tôle 4 au moyen de boulons 6 comprenant chacun une vis 6a et un écrou 6b. De préférence, le stator 30 2 est monté sur la tôle 4 par quatre boulons 6 régulièrement espacés. Dans un deuxième temps, le technicien assemble le rotor 3 sur le carter 5 externe du frein à tambour. 8 Pour cela, le technicien positionne la portion centrale 311 de la pièce support 31 sur le carter 5 externe par coopération de forme entre le carter 5 externe et l'épaulement formé par la première partie 311a et la bordure annulaire 315. Lorsque le rotor est correctement positionné, la portion cylindrique 313 et 5 l'aimant permanent 32 sont logés dans la cavité 21 du stator. La portion annulaire 312 forme alors un couvercle de la cavité 21 du stator 2. Le technicien peut ensuite fixer de manière amovible la pièce support 31 sur le carter 5 externe au moyen de vis 7 venant en prise hélicoïdale avec des taraudages réalisés dans le carter 5 externe. De préférence, le rotor 3 est monté sur le carter 5 10 par quatre vis 7 régulièrement espacées. Enfin, dans un troisième temps, le technicien raccorde les moyens de connexion 27 du générateur 1 à la ou chaque batterie du véhicule par l'intermédiaire, ou non, d'un régulateur. Le générateur 1 qui vient d'être décrit permet de fiabiliser le rechargement 15 des batteries puisque les saletés et la poussière de frein ne peuvent atteindre ni l'aimant, ni le bobinage. De plus, ce générateur 1 offre la possibilité de changer une roue du véhicule sans que le générateur n'ait à être démonté entièrement ou partiellement. La maintenance du véhicule, en particulier le changement d'une roue, s'en trouve ainsi 20 facilitée. Par ailleurs, le générateur 1 est indépendant, économique et écologique. En effet, Pour son fonctionnement, le générateur 1 n'a besoin que du mouvement de rotation de la roue du véhicule. Contrairement aux alternateurs qui nécessitent que le moteur soit en marche, un simple déplacement du véhicule, en le 25 poussant par exemple, permet de recharger les batteries. Il n'y a donc pas de perte d'énergie en sortie du moteur de sorte que toute la puisse fournie par le moteur soit entièrement exploitable pour mouvoir le véhicule. L'aspect économique est obtenu par la simplicité du générateur 1 qui ne fait pas intervenir de courroie dédiée ou non et permet donc de s'affranchir des opérations 30 de maintenance de la courroie, opérations généralement longues et coûteuses. Enfin, l'aspect écologique est notamment dû à l'absence de courroie qui est une pièce d'usure à changer de manière récurrente, et à l'utilisation de matériaux robustes et simples d'obtention, comme les matériaux métalliques. 9 Dès lors, il n'y a pas de remplacement de pièces d'usure tout au long de la durée de vie du véhicule et donc du générateur 1, ce qui limite les déchets et donc leur traitement, un tel traitement pouvant demander une énergie importante et, parfois, l'utilisation de produits chimiques polluants. 5 Un véhicule équipé de générateurs 1 selon l'invention comprendra, de préférence, deux générateurs 1 montés sur les roues arrière. 5 1. 10 15 2. 20 3. 25 4. 30 5. 10