Brevet FR3125571A1 — publié le 20230127

Réducteur (5) pour groupe motopropulseur de véhicule électrique ou hybride, comprenant : - un arbre (10), et - une roue (11) montée sur l’arbre (10), apte à transmettre un couple, l’un au moins de l’arbre (10) de et de la roue (11) portant un dispositif d’amortissement d’oscillations (15), caractérisé en ce que le dispositif d’amortissement d’oscillations (15) comprend : - une tige (16) s’étendant entre une première extrémité (18) depuis l’arbre (10) ou la roue (11), et une deuxième extrémité (19) libre, et - une masse (17) disposée autour de la tige (16) et fixée à la tige (16). Figure d’abrégé: Fig 2 Réducteur pour véhicule électrique ou hybride avec au moins un dispositif d’amortissement La présente invention concerne un réducteur pour véhicule électrique ou hybride avec un ou plusieurs dispositifs d’amortissement, ainsi qu’un ensemble de propulsion pour un tel véhicule. Ce réducteur comprend de façon connue au moins une paire « roue menante / roue menée » pour permettre d’adapter la vitesse en sortie d’un moteur électrique à la vitesse des roues du véhicule qui viennent en contact avec le sol. Une roue menante coopère avec une roue menée de telle sorte que le couple ne transite pas de manière constante mais fluctue à la cadence de passage des dents des roues. Pour une roue donnée ou pour l’arbre portant cette roue, des vibrations se produisent à une fréquence correspondant à la vitesse de rotation de cette roue multipliée par le nombre de dents de cette roue. Lorsque cette fréquence est égale à la fréquence de résonance de cette roue ou de cet arbre, des vibrations importantes peuvent se produire, et ces vibrations peuvent endommager la boîte de vitesses et/ou créer du bruit. Il est connu de la demande DE 10 2017 114 491 de disposer dans un réducteur plusieurs dispositif d’amortissement d’oscillations, chaque dispositif d’amortissement d’oscillations se présentant sous la forme d’un manchon monté sur un arbre ou sur une zone d’une roue, ce manchon portant plusieurs saillies. Ces saillies ont une même longueur qui est faible, de sorte que le dispositif d’amortissement selon cette demande DE 10 2017 114 491 ne peut traiter qu’une seule fréquence et que ce dispositif d’amortissement n’est pas adapté aux hautes vitesses. Il existe un besoin pour amortir les oscillations dans un réducteur pour véhicule électrique ou hybride, à l’aide d’un dispositif qui soit de montage simple, et dont la fréquence puisse être réglée de façon précise à la fréquence de résonance que l’on souhaite traiter. L’invention a pour objet de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l’un de ses aspects, à l’aide d’un réducteur pour ensemble de propulsion de véhicule électrique ou hybride, comprenant : - un arbre, et - une roue montée sur l’arbre, apte à transmettre un couple, l’un au moins de l’arbre et de la roue portant un dispositif d’amortissement d’oscillations, caractérisé en ce que le dispositif d’amortissement d’oscillations comprend : - une tige s’étendant entre une première extrémité depuis l’arbre ou la roue, et une deuxième extrémité libre, et - une masse disposée autour de la tige et fixée à la tige. L’invention permet, en ajoutant une masse sur la tige, de pouvoir régler plus finement la fréquence de résonance du dispositif d’amortissement. La valeur du poids exprimé en kg de la masse et/ou sa position le long de la tige peuvent par exemple être utilisées comme paramètres de réglage de cette fréquence de résonance, comme on le verra par la suite. Par ailleurs, la présence d’une tige à laquelle est fixée une masse permet au dispositif d’amortissement d’agir en torsion lorsqu’il est porté par l’arbre et d’agir en flexion lorsqu’il est porté par la roue pour amortir les oscillations. La déformation de la tige permet tout ou partie de cet amortissement tandis que la masse apporte de l’énergie cinétique. Le dispositif d’amortissement selon l’invention ne présente aucun degré de liberté interne, au sens cinématique. Au sens de la présente demande et pour une roue donnée : - « axialement » se rapporte à l’axe de rotation de cette roue et de l’arbre et signifie « parallèlement à cet axe », et - « radialement » signifie « dans un plan perpendiculaire à cet axe et le long d’une droite coupant cet axe ». La tige est par exemple montée de façon fixe sur la roue ou sur l’arbre qui la porte. La première extrémité de la tige est par exemple soudée ou vissée ou collée sur la roue ou sur l’arbre qui la porte. La tige peut s’étendre perpendiculairement à la surface de la roue ou de l’arbre qui la porte. Ainsi, lorsque la tige est portée par l’arbre, la tige peut s’étendre radialement alors que lorsque la tige est portée par la roue, elle peut s’étendre axialement. Dans tout ce qui précède, le dispositif d’amortissement peut comprendre une unique tige. Le cas échéant, le dispositif d’amortissement est constitué par la tige et par la masse fixée sur la tige. Dans tout ce qui précède, la masse peut être une pièce creuse enfilée sur la tige puis fixée à cette dernière. En variante, la masse peut être surmoulée sur la tige. Dans toutes les variantes considérées, la masse et la tige peuvent ne pas être réalisées de façon monobloc, c’est-à-dire ne pas former une seule et même pièce. La masse présente par exemple une forme aplatie et peut s’étendre de part et d’autre de la tige. La masse présente par exemple une forme discoïde. Toute autre forme est possible pour la masse. Son contour, lorsque l’on se déplace autour de la tige, n’est pas limité à un cercle, pouvant avoir d’autres formes comme une ellipse ou un polygone comme un carré ou un losange par exemple. La tige peut occuper la région centrale de la masse. La tige peut présenter une section constante ou non le long de sa longueur. Lorsque la section n’est pas constante, elle peut varier de façon monotone ou non depuis la première extrémité vers la deuxième extrémité de la tige. La section de la tige peut par exemple décroître depuis la première extrémité vers la deuxième extrémité de la tige. Similairement à ce qui a été mentionné en rapport avec la masse, la section de la tige peut présenter un contour circulaire ou polygonale, notamment quadrilatéral tel que carré. La masse et la tige peuvent être réalisées dans la même matière ou dans des matériaux différents. La masse peut être plus lourde que la tige ou elle est plus légère que la tige. De préférence, la masse est plus lourde que la tige. Le rapport entre le poids de la masse exprimé en kg et le poids de la tige exprimé en kg peut être supérieur à 10, notamment supérieur à 50. La masse peut être montée de façon fixe à une distance mesurée le long de la tige depuis la première extrémité, cette distance étant strictement inférieure à la longueur de la tige mesurée entre sa première et sa deuxième extrémité. La distance est par exemple supérieure à ¼ de la longueur de la tige, notamment supérieure à la moitié de la longueur de la tige, notamment supérieure aux ¾ de la longueur de la tige. Selon le choix fait pour la distance depuis la première extrémité à laquelle est montée la masse par rapport à la longueur de la tige, on peut faire varier la fréquence de résonance du dispositif d’amortissement, sachant que cette variation est d’autant plus prononcée que la fixation de la masse est proche de la deuxième extrémité libre de la tige. Le dispositif d’amortissement est par exemple accordé à une fréquence de résonance égale au produit de : - la vitesse de rotation de l’arbre correspondant à sa fréquence de résonance et - du nombre de dents de la roue. Dans un exemple de mise en œuvre de l’invention, seul l’un de l’arbre et de la roue portée par cet arbre porte un dispositif d’amortissement tel que mentionné ci-dessus. Selon un autre exemple de mise en œuvre de l’invention, l’arbre porte un premier dispositif d’amortissement d’oscillations comprenant une première tige s’étendant entre une première extrémité depuis l’arbre, et une deuxième extrémité libre, et une première masse disposée autour de la première tige et fixée à la première tige à une première distance mesurée le long de la première tige depuis la première extrémité, et la roue porte un deuxième dispositif d’amortissement d’oscillations comprenant une deuxième tige s’étendant entre une première extrémité depuis la roue, et une deuxième extrémité libre, et une deuxième masse disposée autour de la deuxième tige et fixée à la deuxième tige à une deuxième distance mesurée le long de la deuxième tige depuis la première extrémité. Selon cet autre exemple, le premier dispositif d’amortissement et le deuxième dispositif d’amortissement peuvent être différents et différer par l’un au moins : - du poids de la masse, - de la longueur de la tige, - de la distance à laquelle est fixée la masse sur la tige D’autres différences alternatives ou additionnelles sont possibles, par exemple des différences de section de tige ou des différences de forme de masse ou des différences de matière. On dispose ainsi de plusieurs choix pour que la fréquence de résonance du premier dispositif d’amortissement soit différente de celle du deuxième dispositif d’amortissement, ce qui permet par exemple de traiter le cas où l’arbre et la roue ont des fréquences de résonance différentes. En variante, et toujours selon cet autre exemple de mise en œuvre, le premier dispositif d’amortissement et le deuxième dispositif d’amortissement sont identiques. Dans tout ce qui précède, la roue a par exemple un nombre de dents supérieur ou égal à huit, ou à neuf, ou à dix. La roue a par exemple un nombre de dents supérieur à seize ou dix-huit ou vingt. Le réducteur peut comprendre plusieurs arbres, chaque arbre portant au moins une roue, les roues coopérant entre elles de manière à transmettre le couple, tout ou partie des arbres et/ou tout ou partie des roues portant un dispositif d’amortissement tel que défini ci-dessus. Dans ce cas, les roues peuvent engrener directement entre elles pour transmettre le couple. En variante, un organe intermédiaire telle qu’une chaîne ou une courroie peut être interposée entre des roues pour transmettre le couple de l’une vers l’autre. L’invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un ensemble de propulsion pour véhicule électrique ou hybride, comprenant : - une machine électrique générant un couple pour déplacer le véhicule, et - le réducteur tel que défini ci-dessus. Un tel ensemble peut encore comprendre au moins une roue de véhicule apte à venir en contact avec le sol, à laquelle est couplé le réducteur. Le réducteur peut être soit directement couplé à la roue, soit être monté sur un différentiel de train avant ou sur un différentiel de train arrière de véhicule. Le cas échéant, plusieurs ensembles de propulsion similaires peuvent être embarqués sur le véhicule. La machine électrique peut présenter une puissance électrique nominale supérieure ou égale à 5 kW, à 15 kW, à 25 kW, à 50 kW, à 100kW ou à 300 kW. La machine électrique peut être une machine synchrone ou une machine asynchrone. La machine électrique a par exemple une tension nominale d’alimentation de 48V, ou une tension nominale d’alimentation supérieure à 200V, notamment à 300V. Le véhicule peut être un véhicule électrique ou un véhicule hybride. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d’exemples non limitatifs et à l’examen du dessin annexé sur lequel : représente de façon schématique un ensemble de propulsion dans lequel peut être implanté un réducteur selon l’invention, , et représentent trois variantes d’un amortisseur d’oscillations selon un exemple de mise en œuvre de l’invention, et est un graphe montrant l’évolution de la fréquence de résonance de l’amortisseur en fonction de la distance entre la première extrémité de la tige et le point de fixation de la masse sur cette tige. On a représenté sur la un ensemble de propulsion 1 auquel peut s’appliquer l’invention. Cet ensemble peut être intégré à un véhicule électrique ou hybride. Cet ensemble 1 comprend ici une machine électrique de propulsion 2 ayant un rotor et un stator, un convertisseur de tension permettant d’alimenter électriquement le stator à partir de l’énergie électrique fournie par une unité de stockage d’énergie électrique, et un réducteur 5 recevant le couple fourni par le rotor en vue de propulser le véhicule. La machine électrique de propulsion 2 est par exemple une machine synchrone à rotor à aimants permanents, fournissant une puissance nominale comprise entre 10 kW et 35 kW ou fournissant une puissance nominale supérieure à 100 kW. Le stator de cette machine synchrone peut comprendre un enroulement électrique formé par des conducteurs bobinés sur la carcasse du stator ou par des épingles reliées entre elles. L’enroulement électrique de stator est par exemple un enroulement triphasé ou un enroulement formé par deux enroulements triphasés. Le convertisseur de tension est par exemple un onduleur/redresseur permettant de convertir la tension continue de l’unité de stockage d’énergie électrique en une tension alternative pour alimenter électriquement le stator de la machine électrique de propulsion 2 dans un mode de propulsion du véhicule, et permettant de redresser la tension alternative induite aux bornes du stator de la machine électrique de propulsion 2 dans un mode régénératif. Le convertisseur de tension met par exemple en œuvre plusieurs bras de commutation, chaque bras comprenant des interrupteurs commandables, par exemple des transistors à effet de champ ou des transistors IGBT. Le convertisseur de tension reçoit ou applique selon le mode propulsion ou régénératif une tension à une unité de stockage d’énergie électrique qui a par exemple une tension nominale comprise entre 42V et 54V, par exemple une tension nominale de 48V. En variante, la tension nominale de cette unité de stockage d’énergie électrique est supérieure à 200V, par exemple à 300V. Le réducteur 5, dont une partie est représentée sur les figures 2 à 4, comprend plusieurs arbres 10 portant chacun une roue 11. Les roues 11 engrènent pour transmettre le couple fourni par la machine électrique 2 vers les roues du véhicule. Les roues 11 peuvent être choisies pour qu’un unique rapport soit possible, ou en variante pour que deux rapports distincts ou trois rapports distincts soient possibles. Chaque arbre 10 est ici porté par deux paliers 12. L’ensemble 1 peut être directement couplé à une roue du véhicule venant en contact du sol, ou être monté sur un différentiel d’essieu avant ou sur un différentiel d’essieu arrière. Chaque roue 11 présente un nombre de dents qui peut être supérieur à 8. Le nombre de dents peut varier d’une roue à l’autre. Une roue disposée en amont d’une autre dans le chemin du couple présente par exemple un nombre de dents compris entre 20 et 30 tandis que la roue en aval dans le chemin du couple avec laquelle elle engrène présente un nombre de dents compris entre 70 et 90. Comme on peut le voir sur la , un arbre 10 peut porter un dispositif d’amortissement d’oscillations 15. Ce dispositif 15 est ici constitué par une tige 16 et par une masse 17 fixée sur la tige 16. La tige 16 s’étend entre une première extrémité 18 naissant sur l’arbre 10 et une deuxième extrémité libre 19. On constate sur la que la tige 16 peut s’étendre perpendiculairement à la surface de l’arbre 10 d’où prend naissance la première extrémité 18. La tige 16 présente une longueur L mesurée entre sa première extrémité 18 et sa deuxième extrémité 19 qui peut être comprise entre 2 cm et 10 cm, étant par exemple égale à 5 cm. La tige 16 peut présenter une section S constante, tout le long de son axe, entre la première extrémité 18 et la deuxième extrémité 19. Il s’agit par exemple d’une section circulaire correspondant à un diamètre compris entre 1 mm et 10 mm La tige 16 est par exemple réalisée en acier, présentant une masse volumique ρ pouvant être de l’ordre de.7800kg/m 3 La tige 16 présente par exemple un module d’Young E compris entre 2.10 11 et 2.510 11 Pa et un moment d’inertie en flexion I dont la valeur est liée à la section S de la tige 16. On constate sur la que la masse 17 est fixée sur la tige 16 à une distance l de la première extrémité 18. Cette distance l peut ou non être strictement inférieure à la longueur L de la tige 16. La distance l est par exemple supérieure à ¼ de la longueur L, voire à la moitié de la longueur L. La montre l’évolution de la fréquence de résonance de la tige 16 selon la valeur de la distance l avec les valeurs suivantes : - longueur L : 5 cm - section S de la tige 16 : 1 cm 2 , avec une forme carrée - poids de la masse 17 : 100g - matériau de la tige 16 : acier On constate que le déplacement du point de fixation de la masse 17 sur la tige 16 ne conduit, lorsque l’on reste dans la première moitié de la tige 16 depuis la première extrémité 18, qu’à une faible variation de la fréquence de résonance du dispositif d’amortissement d’oscillations 15. Cette fréquence conserve alors une valeur comprise entre 3000 et 3400 Hz dans l’exemple considéré. Lorsque l’on se rapproche davantage de la deuxième extrémité libre 19, cette variation de fréquence de résonance s’accentue comme on peut le voir sur la , la fréquence de résonance pouvant passer d’une valeur de 3000 Hz à une valeur de 2300 Hz, par exemple. La masse 17 est disposée autour de la tige 16 qui occupe dans l’exemple considéré une zone centrale dans la masse 17. La masse est par exemple creuse et enfilée sur la tige 16 avant d’être fixée à celle-ci par collage ou soudure ou vissage, notamment. La masse 17 présente dans l’exemple considéré une forme aplatie, pouvant être une plaque de contour discoïde ou autre, par exemple carrée ou plus globalement polygonale. On peut jouer sur les différents paramètres précédents de manière à accorder le dispositif d’amortissement 15 à une fréquence de résonance égale au produit du nombre de dents de la roue 11 avec la vitesse de rotation de l’arbre 10 pour laquelle il entre en résonance. Ainsi, dans le cas où cette résonance de l’arbre 10 s’effectue pour une vitesse de 6000 tr/min et où la roue 11 présente 26 dents, on peut dimensionner le dispositif d’amortissement 15 de manière à ce que sa fréquence de résonance soit égale à 2500Hz. L’équation donnant la fréquence de résonance du dispositif d’amortissement 15 est la suivante dans l’exemple considéré, avec les paramètres tels qu’identifiés ci-dessus La diffère de la par le fait que le dispositif d’amortissement d’oscillations 15 n’est plus porté par l’arbre 10 mais par la roue 11. Comme on peut le voir sur la , la tige 16 s’étend alors axialement le long de l’arbre 10, et non plus radialement par rapport à celui-ci. Ce qui a été décrit en rapport avec la s’applique encore pour la . La diffère des exemples des figures 2 et 3 par le fait que deux dispositifs d’amortissement d’oscillations 15 sont portés par le couple « arbre/roue », chacun portant un tel dispositif d’amortissement d’oscillations 15. Ces deux dispositifs d’amortissement d’oscillations 15 peuvent être identiques, et donc présenter une même fréquence de résonance. En variante, lorsque deux dispositifs d’amortissement d’oscillations 15 sont portés par un couple « arbre/roue », ils peuvent présenter des fréquences de résonance différentes. Cette différence peut être obtenue en faisant varier, d’un dispositif d’amortissement d’oscillations à l’autre : - la longueur L de la tige 16, - la section S de la tige 16, - la masse volumique de la tige 16, - le module d’Young E de la tige 16, - le moment d’inertie en flexion I de la tige 16, - la distance l à laquelle est fixée la masse 17 sur la tige 16, - le poids m de la masse 17, exprimé en kg L’invention n’est pas limitée aux exemples qui viennent d’être décrits. Réducteur (5) pour ensemble de propulsion (1) de véhicule électrique ou hybride, comprenant : - un arbre (10), et - une roue (11) montée sur l’arbre (10), apte à transmettre un couple, l’un au moins de l’arbre (10) et de la roue (11) portant un dispositif d’amortissement d’oscillations (15) caractérisé en ce que le dispositif d’amortissement d’oscillations (15) comprend : - une tige (16) s’étendant entre une première extrémité (18) depuis l’arbre (10) ou la roue (11), et une deuxième extrémité (19) libre, et - une masse (17) disposée autour de la tige (16) et fixée à la tige (16). Réducteur selon la revendication 1, la tige (16) étant montée de façon fixe sur la roue (11) ou sur l’arbre (10) qui la porte. Réducteur selon la revendication 1 ou 2, la tige (16) s’étendant perpendiculairement à la surface de la roue (11) ou de l’arbre (10) qui la porte. Réducteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, la masse (17) étant montée de façon fixe à une distance (l) mesurée le long de la tige (16) depuis la première extrémité (18), cette distance (l) étant strictement inférieure à la longueur (L) de la tige mesurée entre sa première (18) et sa deuxième (19) extrémité. Réducteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le dispositif d’amortissement (15) étant accordé à une fréquence de résonance égale au produit de la vitesse de rotation de l’arbre (10) correspondant à sa fréquence de résonance et du nombre de dents de la roue (11). Réducteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, le rapport entre le poids de la masse (17) exprimé en kg et le poids de la tige (16) exprimé en kg étant supérieur à 10. Réducteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’arbre (10) portant un premier dispositif d’amortissement d’oscillations (15) comprenant une première tige (16) s’étendant entre une première extrémité depuis l’arbre (10), et une deuxième extrémité libre, et une première masse (17) disposée autour de la première tige (16) et fixée à la première tige (16) à une première distance mesurée le long de la première tige depuis la première extrémité, , la roue (11) portant un deuxième dispositif d’amortissement d’oscillations (15) comprenant une deuxième tige (16) s’étendant entre une première extrémité depuis la roue (11), et une deuxième extrémité libre, et une deuxième masse (17) disposée autour de la deuxième tige (16) et fixée à la deuxième tige (16) à une deuxième distance mesurée le long de la deuxième tige (16) depuis la première extrémité, le premier dispositif d’amortissement et le deuxième dispositif d’amortissement différant par l’un au moins : - du poids de sa masse, - de la longueur de sa tige, - de la distance à laquelle est fixée sa masse sur sa tige Réducteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, l’arbre (10) portant un premier dispositif d’amortissement d’oscillations (15) comprenant une première tige (16) s’étendant entre une première extrémité depuis l’arbre (10), et une deuxième extrémité libre, et une première masse (17) disposée autour de la première tige (16) et fixée à la première tige (16) à une première distance mesurée le long de la première tige (16) depuis la première extrémité, la roue (11) portant un deuxième dispositif d’amortissement d’oscillations (15) comprenant une deuxième tige (16) s’étendant entre une première extrémité depuis la roue (11), et une deuxième extrémité libre, et une deuxième masse (17) disposée autour de la deuxième tige (16) et fixée à la deuxième tige (16) à une deuxième distance mesurée le long de la deuxième tige (16) depuis la première extrémité, le premier dispositif d’amortissement et le deuxième dispositif d’amortissement étant identiques. Réducteur selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant plusieurs arbres (10), chaque arbre (10) portant au moins une roue (11), les roues coopérant entre elles de manière à transmettre le couple, tout ou partie des arbres et/ou tout ou partie des roues portant un dispositif d’amortissement (15) selon l’une quelconque des revendications précédentes. Ensemble de propulsion (1) comprenant : - une machine électrique tournante (2), et - le réducteur (5) selon l’une quelconque des revendications précédentes.