Brevet FR3123264A1 — publié le 20221202

L’invention concerne un groupe motopropulseur (10) comportant : - une machine électrique (100) qui comprend un arbre de sortie (110), - un réducteur de vitesse (200) comprenant un arbre primaire (210), l’un des arbre de sortie et arbre primaire présentant une extrémité creuse (111) et l’autre présentant une première extrémité engagée à l’intérieur de ladite extrémité creuse, et - des moyens de transmission (300) du couple entre l’arbre de sortie et l’arbre primaire. Selon l’invention, lesdits moyens de transmission comportent des éléments roulants engagés dans des rainures pratiquées en creux sur ladite première extrémité et dans ladite extrémité creuse, lesdites rainures s’étendant longitudinalement selon des axes parallèles à l’axe (A1) de l’arbre de sortie. Figure pour l’abrégé : Fig.2 Groupe motopropulseur Domaine technique de l'invention La présente invention concerne de manière générale la transmission mécanique d’un couple. Elle concerne plus particulièrement un groupe motopropulseur comportant : - une machine électrique qui comprend un arbre de sortie, - un réducteur de vitesse (tel qu’une boîte de vitesse à plusieurs rapports, un réducteur mécanique mono-rapport…) comprenant un arbre primaire, et - des moyens de transmission du couple entre l’arbre de sortie et l’arbre primaire. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans un groupe motopropulseur hybride, notamment pour véhicule automobile. Elle est plus particulièrement avantageuse encore lorsque le groupe motopropulseur comporte une machine électrique à flux axial, mais trouve également son application dans un groupe motopropulseur à machine électrique à flux radial. Etat de la technique Un véhicule automobile électrique ou hybride comporte un groupe motopropulseur qui comprend une machine électrique couplée à un réducteur de vitesse, ce dernier pouvant être un simple mécanisme de pignonnerie, un variateur, une boîte de vitesses… La machine électrique comporte alors un rotor qui est monté sur un arbre de sortie, lequel est connecté à l’entrée du réducteur, et plus précisément à son arbre primaire. A titre d’exemple, la machine électrique peut être du type à flux axial et comporter un rotor flanqué de deux stators. Les stators sont alors légèrement écartés du rotor pour éviter tout frottement. Ainsi, de chaque côté du rotor se trouve un espace appelé entrefer. La performance de la machine électrique dépend de la valeur de ces entrefers, de leurs constances tout autour de l’axe de rotation du rotor, et de la symétrie de ces entrefers de part et d’autre du rotor. La moindre erreur de géométrie a des conséquences sur les performances du moteur et sur sa durée de vie. Par exemple, puisque la machine électrique est du type à flux axial, on comprend qu’une différence de valeurs entre les deux entrefers provoque une attraction du rotor par le stator le plus proche. Cet effort peut être important. Il peut en outre être cyclique et entrainer une fatigue des matériaux composant la machine électrique. Les roulements de soutien du rotor sont aussi davantage sollicités et nécessitent d’être dimensionnés en fonction de ces sollicitations. Un tel dimensionnement occasionne un surpoids et de frais importants. Ces problèmes sont inhérents au concept même de machine électrique à flux axial. Ils peuvent être provoqués ou accrus par des contraintes extérieures provenant du réducteur. En effet, les pignons employés dans le réducteur ont en général des dentures hélicoïdales qui exercent des poussées axiales pouvant provoquer des déplacements dans la machine électrique, et donc des variations de tailles des entrefers. C’est la raison pour laquelle le couplage entre l’arbre de sortie de la machine électrique et l’arbre primaire du réducteur est généralement réalisé au moyen de cannelures permettant un coulissement de ces deux arbres l’un par rapport à l’autre. L’inconvénient d’une telle liaison mécanique est que tout défaut d’alignement entre la sortie de la machine électrique et l’entrée du réducteur est susceptible d’empêcher les cannelures de librement coulisser les unes dans les autres, ce qui peut provoquer des déplacements de composants dans la machine électrique. Même si ce déplacement se limite à quelques dixièmes de millimètres, il pourra occasionner une perte importante de puissance (particulièrement dans le cas où la machine est à flux axial) et une chute sensible de la durée de vie de la machine électrique et de ses roulements (dans tous les cas). Présentation de l'invention Pour remédier à ce problème, la présente invention propose non pas de dimensionner les différents composants du groupe motopropulseur en fonction de ces contraintes, mais plutôt d’introduire un dispositif mécanique entre la sortie de la machine électrique et l’entrée du réducteur qui ne transmette pas les efforts axiaux dus à un défaut d’alignement entre la sortie de la machine électrique et l’entrée du réducteur. Plus particulièrement, on propose selon l’invention un groupe motopropulseur tel que défini dans l’introduction, dans lequel : - l’arbre de sortie (de la machine électrique) ou l’arbre primaire (du réducteur) présente une extrémité creuse tandis que l’autre arbre présente une première extrémité engagée à l’intérieur de cette extrémité creuse, et dans lequel - les moyens de transmission du couple entre les deux arbres comportent des éléments roulants (typiquement des billes) engagés dans des rainures pratiquées en creux sur ladite première extrémité et dans ladite extrémité creuse, lesdites rainures s’étendant longitudinalement selon des axes parallèles à l’axe de l’arbre de sortie. Ainsi, grâce à l’invention, tout défaut d’alignement ou tout déplacement axial entre l’arbre primaire et l’arbre de sortie pourra être repris par les éléments roulants, qui empêcheront toute transmission d’effort axial entre ces deux arbres. De ce fait, ces défauts seront sans effet sur la géométrie interne de la machine électrique, et notamment sur les caractéristiques géométriques des entrefers. Ainsi, la performance de la machine électrique et la durée de vie des roulements pourront être préservés. D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du groupe motopropulseur conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - les rainures présentent, sur une partie au moins de leurs longueurs, des sections uniformes en arc-de-cercle ; - lesdits moyens de transmission forment une coulisse à billes qui comporte une cage, les éléments roulants étant formées par des billes enchâssées dans la cage ; - il est prévu entre deux et cinq billes dans chaque rainure, et entre trois et huit rainures sur chacun des arbre de sortie et arbre primaire ; - chaque rainure prévue dans l’arbre primaire présente, du côté opposé à l’arbre de sortie, un fond qui communique avec l’intérieur de l’arbre primaire via un conduit de circulation de lubrifiant ; - l’extrémité creuse est portée par l’arbre de sortie, lequel arbre de sortie est formé d’une seule pièce, et les rainures sont réalisées en creux dans ledit arbre de sortie ; - l’extrémité creuse est portée par l’arbre de sortie, lequel arbre de sortie est formé d’au moins deux pièces, dont l’une forme une bague à l’intérieur de laquelle sont réalisées les rainures ; - la première extrémité est portée par l’arbre primaire ; - l’arbre primaire est formé d’une seule pièce monobloc sur laquelle sont réalisées les rainures ; - l’arbre primaire est formé d’au moins deux pièces distinctes, dont l’une forme une bague sur laquelle sont réalisées les rainures et qui est emmanchée sur l’autre pièce ; - les rainures sont réalisées sur une partie d’arbre primaire qui porte une roue dentée ou sur une bague qui est emmanchée sur ladite partie d’arbre primaire ; - il est prévu un moteur à combustion interne qui comporte un vilebrequin qui est adapté à être couplé à l’arbre primaire, du côté opposé à l’arbre de sortie de la machine électrique ; - la machine électrique est à flux axial. Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. Groupe motopropulseur (10) comportant : - une machine électrique (100) qui comprend un arbre de sortie (110), - un réducteur de vitesse (200) comprenant un arbre primaire (210), l’un des arbre de sortie (110) et arbre primaire (210) présentant une extrémité creuse (111) et l’autre des arbre de sortie (110) et arbre primaire (210) présentant une première extrémité (211) engagée à l’intérieur de ladite extrémité creuse (111), et - des moyens de transmission (300) du couple entre l’arbre de sortie (110) et l’arbre primaire (210), caractérisé en ce que lesdits moyens de transmission (300) comportent des éléments roulants (310) engagés dans des rainures (112, 212) pratiquées en creux sur ladite première extrémité (211) et dans ladite extrémité creuse (111), lesdites rainures (112, 212) s’étendant longitudinalement selon des axes parallèles à l’axe (A1) de l’arbre de sortie. Groupe motopropulseur (10) selon la revendication 1, dans lequel les rainures (112, 212) présentent, sur une partie au moins de leurs longueurs, des sections uniformes en arc-de-cercle. Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel lesdits moyens de transmission (300) forment une coulisse à billes qui comporte une cage (320), les éléments roulants (310) étant formées par des billes enchâssées dans la cage (320). Groupe motopropulseur (10) selon la revendication 3, dans lequel il est prévu entre deux et cinq billes dans chaque rainure (112, 212), et entre trois et huit rainures (112, 212) sur chacun des arbre de sortie (110) et arbre primaire (210). Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel chaque rainure (212) prévue dans l’arbre primaire (210) présente, du côté opposé à l’arbre de sortie (110), un fond (213) qui communique avec l’intérieur de l’arbre primaire (210) via un conduit (213A) de circulation de lubrifiant. Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’extrémité creuse (111) est portée par l’arbre de sortie (110), lequel arbre de sortie (110) est formé d’une seule pièce, et les rainures (112) sont réalisées en creux dans ledit arbre de sortie (110). Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel l’extrémité creuse (111) est portée par l’arbre de sortie (110), lequel arbre de sortie (110) est formé d’au moins deux pièces (115, 116), dont l’une forme une bague à l’intérieur de laquelle sont réalisées les rainures (112). Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la première extrémité (211) est portée par l’arbre primaire (210), et dans lequel les rainures (212) sont réalisées sur une partie d’arbre primaire (210) qui porte une roue dentée ou sur une bague qui est emmanchée sur ladite partie d’arbre primaire (210). Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel il est prévu un moteur à combustion interne qui comporte un vilebrequin qui est adapté à être couplé à l’arbre primaire (210), du côté opposé à l’arbre de sortie (110) de la machine électrique (100). Groupe motopropulseur (10) selon l’une des revendications 1 à 9, dans lequel la machine électrique (100) est à flux axial.